CN1502300A - 用多阵列电极测量局部皮肤阻抗的装置和方法 - Google Patents

用多阵列电极测量局部皮肤阻抗的装置和方法 Download PDF

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Abstract

一种测量局部皮肤阻抗的装置，包括：多路电极，其含有多个位于具有预定面积的电极表面上的测量传感器；通路选择器，用于响应于通路控制信号，而选择包含在该多路电极中的每个通路；恒流电源，用于为被测量区域提供预定的恒定电流；预处理单元，用于当预定的恒定电流流经被测量区域时，放大和过滤在每个通路所测得的电势值；模拟/数字转换器，用于将从该预处理单元输出的电势值转换成数字信号；以及控制单元，用于产生该通路控制信号，处理从该模拟/数字转换器输出的数字信号，和控制整个装置。

Description

用多阵列电极测量局部皮肤阻抗的装置和方法
技术领域
本发明涉及对如皮肤这样的人体要害器官的电阻测量。更具体说，本发明涉及一种用多阵列电极来测量人体皮肤中局部阻抗分布的装置及方法。
背景技术
根据人体皮肤中局部阻抗的分布，可以获得各种与人体相关的信息。例如，局部阻抗分布已被用于尿素测试、血球计数测试以及凝血试验。此外，人体皮肤局部阻抗分布还能用于测量皮肤的传导率，以便确定附着电极的最佳位置或者测定血管中凝血状况来诊断心肌梗塞或动脉硬化症。
传统方案的缺点在于很难精确地检测出皮肤中局部阻抗的分布和趋向，并且没有将基本的接触电阻的问题考虑在内。
发明内容
本发明提供了一种用于测量局部皮肤阻抗的方法及其装置，从而能精确地确定人体皮肤上的穴位位置。
根据本发明的一个实施例的一个方面，提供了一个用于测量局部皮肤阻抗的装置，所述装置包括多路电极，其含有多个位于具有预定面积的电极表面上的测量传感器；通路选择器，用于响应于通路控制信号，而选择该多路电极中包含的每个通路；恒流电源，用于为被测量区域提供预定的恒定电流；预处理单元，用于当预定的恒定电流流经被测量区域时，放大和过滤在每个通路测得的电势值；模拟/数字转换器，用于将从该预处理单元输出的电势值转换成数字信号；以及控制单元，用于产生所述通路控制信、处理从该模拟/数字转换器输出的数字信号、和控制整个装置。
根据本发明的一个实施例的另一个方面，提供了一种获取局部皮肤阻抗的方法，包括：将恒流电源的两个电极放置于病人皮肤上的被测量区域周围，以预定距离与所述被测量区域相隔开，然后以预定时间周期通过所述两个电极向所述皮肤提供预定的恒定电流；将多路电极平行于被测量区域放置并调整测量压力；以及在所述恒流电源的所述两个电极之间提供预定的恒定电流，并在提供所述预定的恒定电流时，测量所述被测量区域的皮肤阻抗。
根据本发明的一个实施例的另一方面，还提供了一种测量局部皮肤阻抗的方法，包括：测量多个通路中每个通路的电势值，所述多个通路包含在放置于恒流电源的两个电极之间的多路电极中，所述恒流电源通过这两个电极向病人皮肤提供预定的恒定电流；放大和过滤每个通路中的所述电势值；将过滤后的所述电势值从模拟格式转换成数字格式；以及分析所述数字格式的电势值并以二维或三维空间阻抗分布的形式显示所述分析的结果。
优选地，该多路电极包括多个在具有预定面积的电极表面以矩阵形状排列的测量传感器。
优选地，依靠皮肤阻抗测量期间被测量区域的曲率来调整测量压力。
根据本发明的一个实施例的另一个方面，还提供了一种计算机可读介质，其中收录了用于根据本发明的方法的计算机程序。
附图说明
通过结合附图详细描述优选实施例，本发明上述的以及其它的特点和优点对于本领域普通技术人员来说将会更加清楚，其中：
图1是根据本发明一个实施例的测量局部皮肤阻抗的装置的示意图；
图2和3分别展示了根据本发明一个实施例的多路电极的端视和侧视图；
图4展示了利用根据本发明一个实施例的测量局部皮肤阻抗的装置来测量皮肤阻抗的过程的一个例子；
图5是测试人员利用根据本发明一个实施例的测量局部皮肤阻抗的装置来测量病人皮肤阻抗的临床试验步骤的流程图；
图6是采用图1所示的装置测量局部皮肤阻抗的方法的流程图；
图7示出了利用根据本发明一个实施例的测量局部皮肤阻抗的装置测量皮肤阻抗时向多路电极施加的不同压力，以及该多路电极因压力不同而呈现的不同状态；
图8展示了利用根据本发明一个实施例的测量局部皮肤阻抗的装置在向多路电极施加不同压力时测量皮肤阻抗的一个例子；
图9A-9D展示了当向图8中所示的多路电极提供较弱压力时，足三里处的皮肤阻抗的二维和三维分布图；
图10A-10D展示了当向图8中所示的多路电极提供中等大小压力时，足三里处的皮肤阻抗的二维和三维分布图；
图11A-11C展示了当向图8中所示的多路电极提供较强压力时，足三里处的皮肤阻抗的二维和三维分布图；
图12展示了利用图1所示的装置测量督脉(governor vessel)的皮肤阻抗的一个实例；和
图13A-13C展示了利用图12所示的多路电极测得的督脉处的皮肤阻抗的二维和三维分布图。
具体实施方式
2002年10月24日提交的韩国专利申请No.2002-65185，名为“用多阵列电极测量局部皮肤阻抗的装置和方法”，在此通过引用而包含其全文。
现在将在下文中结合附图更详细地描述本发明，其中示出了本发明的优选实施例。然而，本发明还可以有其它不同形式的实施例，并不限于这里列出的实施例中所限定的内容。当然，这些实施例公开的内容将全面而完整，并向本领域普通技术人员全面传达本发明的范围。全文中相同的附图标记表示相同的部件。
图1是根据本发明一个实施例的测量局部皮肤阻抗装置100的示意图。参见图1，该装置100包括多路电极110、通路选择器120、恒流电源130、预处理单元140、模拟/数字(A/D)转换器150以及控制单元160。
多路电极110包括以矩阵形状排列于具有预定面积的电极表面上的多个测量传感器，用于在一个非常小的区域(即局部区段)测量皮肤阻抗。我们将参考图2和图3对多路电极110的结构作更详细的描述。
图2和3分别展示了根据本发明一个实施例的多路电极110的端视和侧视图。参见图2和图3，多路电极110中的多个测量传感器是用高约1mm的利诺钉(leeno pins)做成的，并以规则的间隔排列在直径约10mm的圆柱形探头末端的电极表面上。利诺钉是由Leeno Industrial Inc.制造的测量传感器。这些钉由于含有一个弹簧而具有极佳的张力，并且由金属导体制成以便适合于自动化操作。
如图所示，在局部皮肤阻抗测量期间为了使病人由接触压力产生的疼痛感最小，测量传感器的钉头突出只有很短的大约1mm的长度。多路电极110的顶端部分结构很容易与圆柱探头分开，这样测量传感器，即利诺钉很容易替换。在局部皮肤阻抗测量期间，提供给多路电极110的测量传感器的每一个的压力可以根据被测量主体部分的曲率而实现均匀的控制，或者对每个测量传感器分别实行不同的控制。
在图1和2中，多路电极110包括以5×5的矩阵排列的二十五(25)个测量传感器和二十五(25)个通路。然而，多路电极110也可以包括多于二十五(25)个通路。另外，还可以用微型电子机械系统(MEMS)电极代替利诺钉。
回到图1，通路选择器120响应于包含在控制单元160中的信号处理器162产生的通路控制信号CH_CTL，而选择每一通路。该装置100在通路选择器120所选择的每个通路处顺序测量皮肤电势，直至完成对多路电极110的所有通路的测量。
恒流电源130对身体部位提供恒定的电流以便测量皮肤电势。从恒流电源130输出的预定电流通过正(+)电极131施加到皮肤，然后输出到负(-)电极132，并然后再流回到恒流电源130内。正负电极131和132分别附着到皮肤的一个点上。这里，多路电极110测量在恒定电流流经的正电极131和负电极132之间的皮肤阻抗。由于在该身体部位内流动预定的电流，所以利用在多路电极110的每个通路上获取的电势值就可以得到皮肤的阻抗。
预处理单元140包括一个差动放大器(AMP)141和一个滤波器142。当由于恒流电源130的工作而使预定电流流经被测区域时，在多路电极110的每个通路上获取的电势值就被AMP 141放大了。放大的电势值通过滤波器142过滤。最好是，AMP 141具有高共模抑制特性和低噪声特性，例如AnalogDevices生产的AD620。可以采用截止频率等于或小于4Hz的六阶巴特沃思滤波器来实现滤波器142。采用电池(未示出)作为预处理单元140的电源。
A/D转换器150接收从预处理单元140输出的模拟信号，并将该模拟信号转换为数字信号，使之能在计算机中被处理。
控制单元160包括一个控制整个装置100的个人计算机(PC)161，和一个在PC 161的控制下处理从多路电极110获取的信号的信号处理器162。
从A/D转换器150输入的每个通路的数字电势值通过PC 161输入到信号处理器162中。该信号处理器162可采用National Instruments(国家仪器公司)制作的Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench(LabVIEW)软件以方便与PC161的连接。该LabVIEW软件是一个分析软件系统，它使得利用PC来执行通常由如示波器这样的仪器所执行的测量成为可能，并且能将多路电极110获取的电势值表示为二维和三维空间阻抗分布。尽管LabVIEW软件可以用在信号处理器162中，但这仅是一个例子，其他新开发的软件或硬件系统也能用在信号处理器162之中。
如上所述，根据本发明的测量局部皮肤阻抗的装置100可测量由施加于皮肤上两点131和132之间的电流所感应的电阻分量。装置100利用施加在局部区域上的多路电极110来获取皮肤阻抗，并用多种方式分析所获取的皮肤阻抗，这样就能够精确确定人体皮肤上的每个穴位的位置。以下的说明涉及利用根据本发明一个实施例的测量局部皮肤阻抗的装置100来测量皮肤阻抗的方法。
图4展示了用测量局部皮肤阻抗的装置100来获取皮肤阻抗的过程的例子。参见图4，恒流电源130的正负电极131和132在放置多路电极110的被测区域的相对两侧上以预定的距离分隔开。这里，正电极131是由心电图(ECG)电极实现的。由铜电极实现负电极132，这样病人可以将负电极132握在手中。如图8所示，当病人不能握住该负电极132时，可以用具有一个较宽接触表面的电极作为负电极132，以便能附着到预定位置。
图5是测试人员用根据本发明一个实施例的测量局部皮肤阻抗的装置100来测量病人皮肤阻抗的临床试验步骤的流程图。参见图5，在步骤510，在病人皮肤上标记将要测试的区域。在步骤520，将该将要测试的区域用蘸酒精的棉花清洁以除去杂质并保持测量过程中皮肤的水合度。
接下来，在步骤530，如图4所示，将恒流电源130的两个电极131和132放置为与将要测试的区域以预定的距离分隔开，并且在预定的时间周期内通过这两个电极131和132向该将要测试的区域提供恒定的电流。然后，在步骤540，多路电极110被放置在平行于将要测试的区域的方向，并调整测量压力。在操作中，测量期间向多路电极110施加的压力对所测值有显著的影响。因此，必须在不给病人造成痛苦的基础上使整个被测区域表面上的压力最大。
在步骤540中设置多路电极110之后，在步骤550，从恒流电源130向两个电极131和132之间提供恒定的电流。在步骤560，当提供了恒定电流时，可测量皮肤阻抗，并分析测量结果，从而确定穴位的确切位置。以下说明涉及测量局部皮肤阻抗的装置100的操作。
图6是采用图1所示的装置100来测量局部皮肤阻抗的方法的流程图。参见图6，在步骤610，装置100通过通路选择器120顺序地选择多路电极110的通路，然后在步骤620，测量每个被选择通路和参考通路之间的电势。
之后，在步骤630，预处理单元140通过AMP 141放大被测电势，并通过滤波器142过滤放大后的电势。接下来，在步骤640，预处理单元140的模拟输出被输入到A/D转换器150中，并被A/D转换器150转换成数字信号。在步骤650，从A/D转换器150输出的数字信号被输入到信号处理器162中，并由信号处理器162进行处理。在步骤660，处理结果，即皮肤阻抗的空间分布，通过二维和三维的形式显示出来。基于该处理结果测试人员能够确定穴位的位置，并能够分析该穴位的特性。
在测试过程中施加于多路电极110上的压力会显著影响测量结果。因此，在用该装置100进行临床试验期间，对多路电极110施加了三种类型压力，即较弱压力、中等强度压力、和较强压力。
图7展示的是利用中测量局部皮肤阻抗的装置100测量皮肤阻抗时向多路电极110所施加的不同压力，以及该多路电极110因压力不同而呈现的不同状态。参考图7，当向多路电极110施加较弱的压力时，多路电极110仅正好与皮肤相接触。当施加中等大小的压力时，多路电极110对皮肤有轻微的压迫。当提供较大的压力时，多路电极110对皮肤压迫最大但并不会让病人感觉到任何痛苦。下列说明涉及向多路电极110施加每种压力的试验结果。
图8展示了根据本发明一个实施例的利用测量局部皮肤阻抗的装置100在向多路电极110施加的每种压力处所测量的皮肤阻抗的实例。参见图8，足三里穴位所在的区域比其它穴位所在之处要平坦些。在这种情况下，由于被测区域在膝盖以下，因此最好用具有较大接触部分的ECG电极作为恒流电源130的负电极132而不用图4中所示的铜电极。ECG电极连接到与足三里穴位以预定距离分隔开的部位，并被用作负电极132。
图9A-9D展示了当向图8中所示的多路电极110提供较弱压力时足三里穴位的皮肤阻抗二维和三维分布图。图10A-10D展示了当向图8中所示的多路电极110提供中等大小压力时足三里穴位的皮肤阻抗二维和三维分布图。
参见图9A-9D和10A-10D，当向多路电极110提供较弱压力时，电势差增加的区域在时间上延伸。这表明多路电极110在逐渐下压，这样向多路电极110提供的压力在时间上逐渐增加。因此，很显然测量结果会根据提供给多路电极110的压力而改变。
图11A-11C展示了当向图8中所示的多路电极110提供较强压力时足三里穴位的皮肤阻抗二维和三维分布图。参见图11A-11C，当向多路电极110提供较强压力时，与图9A-9D和10A-10D所示的测量足三里的结果不同，该穴位上独特的阻抗分布在几次试验中都很相似。具体地说，当向被测区域提供恒定电流时，足三里穴位的电势值比其周围非穴位区域的电势值要低，即导电性强或电阻小。足三里的这种低电阻特征在其它穴位，例如督脉也同样出现，。
图12展示了用图1所示的装置100测量督脉的皮肤阻抗的一个实例。参见图12，相比铜电极，最好使用具有较大接触部分的ECG电极作为恒流电源130的两个电极131和132中的负电极132。该ECG电极连接到与督脉以预定距离分隔开的部位，并被用作负电极132。
图13A-13C展示了通过图12所示的多路电极110所测得的督脉皮肤阻抗的二维和三维分布图。与图11A-11C所示的测量结果相似，在该穴位的独特阻抗分布在几次试验中都是相似的。
以上描述的本发明优选和示范实施例可以用计算机程序来实现，也可以在利用计算机可读介质执行该计算机程序的通用目的数字计算机中实现。该计算机可读介质可以包括储存介质，例如磁储存介质(如ROMs、软盘、硬盘及其类似物)、光可读介质(如CD-ROMs、DVDs及其类似物)以及载波(通过互联网传输)。
如上所述，根据本发明的测量局部皮肤阻抗的装置能够利用多路电极测量局部区域的皮肤阻抗分布，并能精确地分析所测得的皮肤阻抗分布。因此，能够在非常小的误差范围内找出人体上的穴位位置。另外，每一个经络系统(即一组穴位)的特性都能被分析并用于人体疾病的诊断和治疗中。
本发明的优选实施例在此已被公开，并且尽管采用了具体的术语，但它们仅以通用和说明的目的被使用和解释，而非限制性的目的。因此，本领域普通技术人员应明白在不脱离所附权利要求所定义的本发明的精神和范围的情况下，可对本发明进行各种形式和细节上的变更。

Claims (19)

1.一种测量局部皮肤阻抗的装置，包括：
多路电极，包括多个位于具有预定面积的电极表面上的测量传感器；
通路选择器，用于响应于通路控制信号而选择包含在该多路电极中的每个通路；
恒流电源，用于为被测量区域提供预定的恒定电流；
预处理单元，用于当所述预定的恒定电流流经所述被测量区域时，放大和过滤所述每个通路中所测得的电势值；
模拟/数字转换器，用于将从所述预处理单元输出的所述电势值转换成数字信号；以及
控制单元，用于产生所述通路控制信号，处理从所述模拟/数字转换器输出的数字信号，和控制整个装置。
2.如权利要求1所述的装置，其中所述多个测量传感器以矩阵形状排列在该电极表面。
3.如权利要求1所述的装置，其中所述测量传感器是由金属导体制成的钉状电极，并且包含一个弹簧。
4.如权利要求1所述的装置，其中所述多路还包括以5×5矩阵形状排列的二十五(25)个测量传感器。
5.如权利要求1所述的装置，其中测量皮肤阻抗期间，根据所述被测试区域的曲率来调整施加于所述每一测量传感器的压力。
6.如权利要求1所述的装置，其中所述多路电极包含一个微型电子机械系统(MEMS)电极。
7.如权利要求1所述的装置，其中所述恒流电源包括：
一个正电极和一个负电极，被连接到皮肤上的所述被测试区域周围位置，使得所述正负电极以预定的距离与所述被测区域分开，通过所述正电极向皮肤提供从所述恒流电源输出的所述预定的恒定电流，然后通过所述负电极从皮肤输出，并然后再流回到所述恒流电源。
8.如权利要求1所述的装置，其中所述预处理单元包括：
差动放大器；和
滤波器。
9.如权利要求8所述的装置，其中所述滤波器为截止频率等于或小于4Hz的六阶巴特沃思滤波器。
10.如权利要求1所述的装置，其中所述控制单元包括：
用于控制该装置的个人计算机；和
信号处理器，用以产生所述通路控制信号，并在该个人计算机的控制下，将从所述多路电极的所述每个通路中获取的电势值表示为二维阻抗分布和三位阻抗分布。
11.如权利要求10所述的装置，其中所述信号处理器是一个分析软件系统，它使得利用该个人计算机执行通常由如示波器这样的仪器来执行的测量成为可能。
12.一种获取局部皮肤阻抗的方法，包括：
(a)将恒流电源的两个电极放置于病人皮肤上的被测量区域周围，以预定距离与所述被测量区域相隔开，然后以预定时间周期通过所述两个电极向所述皮肤提供预定的恒定电流；
(b)将多路电极平行于被测量区域放置并调整测量压力；以及
(c)在所述恒流电源的所述两个电极之间提供预定的恒定电流，并在提供所述预定的恒定电流时，测量所述被测量区域的皮肤阻抗。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述多路电极包括：
在具有预定面积的电极表面以矩阵形状排列的多个测量传感器。
14.如权利要求12所述的方法，其中在(b)步骤中，在皮肤阻抗测量期间，根据所述被测量区域的曲率来调整所述测量压力。
15.一种测量局部皮肤阻抗的方法，包括：
测量多个通路中每个通路的电势值，所述多个通路包含在放置于恒流电源的两个电极之间的多路电极中，所述恒流电源通过这两个电极向病人皮肤提供预定的恒定电流；
放大和过滤每个通路中的所述电势值；
将过滤后的所述电势值从模拟格式转换成数字格式；以及
分析所述数字格式的电势值并以二维或三维空间阻抗分布的形式显示所述分析的结果。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述多路电极包括：
在具有预定面积的电极表面以矩阵形状排列的多个测量传感器。
17.一种其中收录了权利要求12中所述方法的计算机程序的计算机可读介质。
18.一种其中收录了权利要求14中所述方法的计算机程序的计算机可读介质。
19.一种其中收录了权利要求16中所述方法的计算机程序的计算机可读介质。
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