CN212326397U - 一种人体组织生物电阻抗的检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种人体组织生物电阻抗的检测装置，包括控制器、电源模块、检测探头、激励信号模块、信号处理模块、声光提示模块；检测探头具有正电极和负电极；激励信号模块的输出端与检测探头的信号输入端连接；信号处理模块的信号接收端与检测探头的信号输出端连接；声光提示模块包括发声单元和发光单元；控制器为嵌入式控制系统模块；控制器具有ADC模块以及存储器，ADC模块的输入端与信号处理模块的信号发出端连接，存储器与ADC模块电连接；控制器的控制端与激励信号模块的受控端、声光提示模块的受控端分别连接。本实用新型能对人体组织生物电阻抗进行检测，并以声光提示的方式让检测者获知检测情况。

Description

一种人体组织生物电阻抗的检测装置

技术领域

本实用新型涉及一种人体组织生物电阻抗的检测装置，属于医疗检测技术领域。

背景技术

据申请人了解，人体组织生物电阻抗检测，是一种利用人体组织与器官的电特性及其变化规律提取与人体生理、病理状况相关的生物医学信息的检测技术；通常借助置于体表的电极系统向人体送入一微小的测量信号，检测相应的电阻抗及其变化，然后根据不同的应用目的，获取相关的生理和病理信息。它具有无创、无害，廉价、操作简单和功能信息丰富等特点。人体组织生物电阻抗的检测对于人体病变组织识别、外科手术中沿椎弓根置入螺钉的导航等都能起到很重要的作用。

现有技术中已有多种用于检测组织电阻抗的技术方案，例如：

专利号CN200710018677.8、授权公告号CN100508880C的中国发明专利，公开了一种实时多信息提取的电阻抗扫描检测系统及方法，系统包括PC机、数据传输接口模块、微处理器、控制模块、数据采集模块、前级检测模块、激励源和激励电极；检测电极阵列提取检测信号，并将信号送入前级检测模块，检测信号经电流电压转换模块后通过多路开关送入数据采集单元的对应的A/D模数转换器和数据缓存模块，由数据缓存模块进入微处理器；PC机通过传输接口模块与微处理器模块进行数据传输，发出控制命令或接收数据；PC机内有支持数据分析、曲线描绘、图像显示和信息提示的软件；进而得到被测目标体的实时电阻抗信息、多频阻抗信息及一维阻抗特性。

申请号CN201510313863.9、申请公布号CN106264525A的中国发明专利申请，公开了一种基于频域宽带信号的生物阻抗测量系统及其方法。该系统包括用于控制该系统的生物组织测量的CPU控制单元、与CPU控制单元连接的FPGA处理单元、与FPGA处理单元连接的数模转换单元、与数模转换单元连接的信号放大单元以及与信号放大单元连接的生物阻抗测量电极阵列。

申请号CN201710515742.1、申请公布号CN107137082A的中国发明专利申请，公开了一种人体细胞组织无损检测装置及其检测方法，包括探头、数据馈线，探头上设置有采样电极阵列和激励电极阵列，探头内嵌入有嵌入式实时信号处理电路。检测方法包括利用探头实时检测生物组织电阻抗频谱，对所检测到的阻抗频谱进行归类判断，将检测到的组织状况显示为图像信息，定位病变区域，便于内镜重点检测判读或取样，对病变区域生物组织重复采样，计算频谱特性及判读，对检测到各类生物组织的电阻抗频谱信息进行后处理。通过检测探头的激励电极注入多频率小电流激励信号，检测探头的采样集电极阵列采样被测组织两端的实时电压，采集到的电流和电压数据传到存储器，用于后续的被测组织电阻抗频谱计算和比对。

本实用新型的申请人从自身实际情况出发，经研制得出了不同于现有技术的技术方案。

实用新型内容

本实用新型目的在于：针对上述现有技术存在的问题，提出一种人体组织生物电阻抗的检测装置，可用于检测被测人体组织的生物电阻抗值，并以声光进行提示。

为了达到以上目的，本实用新型的技术方案如下：

一种人体组织生物电阻抗的检测装置，包括控制器以及电源模块，其特征是，还包括检测探头、激励信号模块、信号处理模块、声光提示模块；

所述检测探头具有正电极和负电极，所述检测探头还具有信号输入端和信号输出端；所述激励信号模块具有输出端和受控端；所述激励信号模块的输出端与检测探头的信号输入端连接；所述信号处理模块具有信号接收端以及信号发出端；所述信号处理模块的信号接收端与检测探头的信号输出端连接；所述声光提示模块具有受控端，所述声光提示模块包括发声单元和发光单元；

所述控制器为嵌入式控制系统模块；所述控制器具有ADC模块以及存储器，所述ADC模块的输入端与信号处理模块的信号发出端连接，所述存储器与ADC模块电连接；所述控制器还具有控制端，该控制端与激励信号模块的受控端、声光提示模块的受控端分别连接；

所述电源模块分别与控制器、检测探头、激励信号模块、信号处理模块、声光提示模块电连接。

该检测装置在运行时，在嵌入式控制系统模块控制下，激励信号模块将电脉冲激励信号发送至检测探头，当检测探头的电极与被测人体组织接触时，电脉冲激励信号对被测人体组织产生激励作用，随后被测人体组织在其激励下产生微弱的电流反馈信号，该电流反馈信号会在检测探头的正电极和负电极之间形成电压，从而使检测探头产生电压信号，检测探头将该电压信号发送至信号处理模块，该电压信号经处理后发至嵌入式控制系统模块中，最终得出被测人体组织的阻抗值，嵌入式控制系统模块根据阻抗值情况控制声光提示模块发出相应的声光提示，让检测者获知当前被测人体组织的检测情况。

本实用新型还可以采用以下优选方案：

优选地，所述激励信号模块具有在嵌入式控制系统模块控制下产生预设频率的电脉冲激励信号、并将该电脉冲激励信号发送至检测探头的第一状态；

所述检测探头具有将电脉冲激励信号传递至其正电极和负电极的第二状态，以及将其正电极和负电极产生的电压信号发送至信号处理模块的第三状态；

所述信号处理模块具有将收到的电压信号进行处理进而发送至控制器的ADC模块的第四状态；

所述嵌入式控制系统模块具有由ADC模块将收到的信号经AD转换为阻抗检测信号数据、并存储于存储器中的第五状态，以及嵌入式控制系统模块根据阻抗检测信号数据进行滤波处理、计算后得出被测人体组织阻抗值的第五状态；

所述声光提示模块具有在嵌入式控制系统模块控制下发出声光提示的第六状态。

采用该优选方案后，可进一步明确各组成单元的具体状态，使整个检测装置能更加顺利有效地运行。

优选地，所述激励信号模块的输出端与检测探头的信号输入端之间、所述信号处理模块的信号接收端与检测探头的信号输出端之间、所述ADC模块的输入端与信号处理模块的信号发出端之间、所述控制器的控制端与激励信号模块的受控端之间、所述控制器的控制端与声光提示模块的受控端之间分别经导线连接。

采用该优选方案后，可进一步明确以上各模块之间的连接方式。

优选地，所述信号处理模块具有依次连接的信号调制电路、信号放大电路、信号解调电路、信号滤波电路、以及信号整形电路；所述信号调制电路具有的输入端与信号处理模块的信号接收端重合，所述信号整形电路具有的输出端与信号发出端重合。

更优选地，所述信号放大电路采用轨到轨运算放大器；所述信号滤波电路采用N阶巴特沃斯带通滤波器，N为正整数且≥2。

采用该优选方案后，可进一步明确信号处理模块的具体结构和处理过程。其中，轨到轨运算放大器具有高带宽、低温漂、低噪声的特点，能更好地对调制后信号进行放大处理；N阶巴特沃斯带通滤波器可以滤除信号中的低频和高频噪声。

优选地，所述检测装置还包括供标定控制器计算准确度的标准阻抗电路，所述标准阻抗电路由第一电阻、第二电阻、电容构成，所述标准阻抗电路还具有第一外接端、第二外接端；所述第一外接端、电容的一端、第一电阻的一端三者直接电连接，所述电容的另一端与第二电阻的一端电连接，所述第二外接端、第一电阻的另一端、第二电阻的另一端三者直接电连接；所述第一电阻、第二电阻分别采用调节式变阻器。

更优选地，所述标准阻抗电路具有：调节标准阻抗电路中第一电阻和/或第二电阻的电阻值，然后利用LCR表测量该标准阻抗电路的当前阻抗值Zs，且0≤Zs≤100kΩ的准备状态；

在准备状态基础上，标准阻抗电路的第一外接端、第二外接端与检测探头的正电极、负电极对应连接，激励信号模块进入第一状态且发出的电脉冲激励信号具有预设频率，检测探头进入第二状态向该标准阻抗电路发出该电脉冲激励信号，检测探头检测该标准阻抗电路当前输出电压Vout的标定状态。

采用该优选方案后，可通过重复标准阻抗电路的准备状态和标定状态，获得若干组由阻抗值Zs、输出电压Vout构成的阻抗-电压数据并得出电压-阻抗值关系曲线，进而将该曲线的拟合公式作为控制器在其第五状态中的计算公式。如此即可进一步通过校准控制器在其第五状态中的计算公式来标定控制器计算准确度。

优选地，所述检测探头的正电极和负电极采用同心结构；所述电源模块采用隔绝外部干扰的隔离结构；所述声光提示模块的发光单元为LED灯。

采用该优选方案，可进一步优化检测探头、电源模块、声光提示模块的结构。

采用本实用新型后，能对人体组织生物电阻抗进行检测，并以声光提示的方式让检测者获知检测情况。本实用新型尤其适用于对于人体病变组织的识别、外科手术中沿椎弓根置入螺钉的导航等场景。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

图1为本实用新型实施例1的电气结构示意图。

图2为本实用新型实施例1中信号处理模块对电压信号的处理流程图。

图3为本实用新型实施例1标准阻抗电路的示意图。

图4为本实用新型实施例1中作为示例的电压-阻抗值关系曲线图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，本实施例人体组织生物电阻抗的检测装置，包括控制器以及电源模块，还包括检测探头、激励信号模块、信号处理模块、声光提示模块；检测探头具有正电极和负电极，检测探头还具有信号输入端和信号输出端；激励信号模块具有输出端和受控端；激励信号模块的输出端与检测探头的信号输入端连接；信号处理模块具有信号接收端以及信号发出端；信号处理模块的信号接收端与检测探头的信号输出端连接；声光提示模块具有受控端，声光提示模块包括发声单元和发光单元；控制器为嵌入式控制系统模块；控制器具有ADC模块以及存储器，ADC模块的输入端与信号处理模块的信号发出端连接，存储器与ADC模块电连接；控制器还具有控制端，该控制端与激励信号模块的受控端、声光提示模块的受控端分别连接；电源模块分别与控制器、检测探头、激励信号模块、信号处理模块、声光提示模块电连接(图中未示)。

激励信号模块具有在嵌入式控制系统模块控制下产生预设频率的电脉冲激励信号、并将该电脉冲激励信号发送至检测探头的第一状态；检测探头具有将电脉冲激励信号传递至其正电极和负电极的第二状态，以及将其正电极和负电极产生的电压信号发送至信号处理模块的第三状态；信号处理模块具有将收到的电压信号进行处理进而发送至控制器的ADC模块的第四状态；嵌入式控制系统模块具有由ADC模块将收到的信号经AD转换为阻抗检测信号数据、并存储于存储器中的第五状态，以及嵌入式控制系统模块根据阻抗检测信号数据进行滤波处理、计算后得出被测人体组织阻抗值的第五状态；声光提示模块具有在嵌入式控制系统模块控制下发出声光提示的第六状态。

激励信号模块的输出端与检测探头的信号输入端之间、信号处理模块的信号接收端与检测探头的信号输出端之间、ADC模块的输入端与信号处理模块的信号发出端之间、控制器的控制端与激励信号模块的受控端之间、控制器的控制端与声光提示模块的受控端之间分别经导线连接。

具体而言，激励信号模块的第一状态中，电脉冲激励信号的预设频率的范围为100Hz～20kHz。

信号处理模块具有依次连接的信号调制电路、信号放大电路、信号解调电路、信号滤波电路、以及信号整形电路；信号调制电路具有的输入端与信号处理模块的信号接收端重合，信号整形电路具有的输出端与信号发出端重合；信号放大电路采用轨到轨运算放大器；信号滤波电路采用N阶巴特沃斯带通滤波器，N为正整数且≥2。

信号处理模块的第四状态中，如图2所示，处理包括：电压信号依次经信号调整电路进行调制处理、经信号放大电路进行放大处理、经信号解调电路进行解调处理、经信号滤波电路进行滤波处理、经信号整形电路进行整形处理为平滑的信号曲线。

嵌入式控制系统模块的第五状态中，滤波处理为滑动平均滤波处理。

声光提示模块的第六状态中，声光提示包括具有预设音量、音调、发声频率的声音提示，以及具有预设闪烁频率的灯光提示；发声频率与闪烁频率相同。

例如，声光提示的一个示例如下：

(A)阻抗值属于正常范围时，声音的音量为1档、音调为嘟嘟声、发声频率为1次/秒，灯光的闪烁频率为1次/秒。

(B)阻抗值大于正常范围的端点高值时，声音的音量为2档、音调为滴滴声、发声频率为3次/秒，灯光的闪烁频率为3次/秒。

(C)阻抗值小于正常范围的端点低值时，声音的音量为2档、音调为嗒嗒声、发声频率为6.7次/秒，灯光的闪烁频率为6.7次/秒。

本实施例检测装置还包括供标定控制器计算准确度的标准阻抗电路，如图3所示，标准阻抗电路由第一电阻Re、第二电阻Ri、电容Cm构成，标准阻抗电路还具有第一外接端、第二外接端；第一外接端、电容的一端、第一电阻的一端三者直接电连接，电容的另一端与第二电阻的一端电连接，第二外接端、第一电阻的另一端、第二电阻的另一端三者直接电连接；第一电阻、第二电阻分别采用调节式变阻器。

标准阻抗电路具有：调节标准阻抗电路中第一电阻和/或第二电阻的电阻值，然后利用LCR表测量该标准阻抗电路的当前阻抗值Zs，且0≤Zs≤100kΩ的准备状态；

在准备状态基础上，标准阻抗电路的第一外接端、第二外接端与检测探头的正电极、负电极对应连接，激励信号模块进入第一状态且发出的电脉冲激励信号具有预设频率，检测探头进入第二状态向该标准阻抗电路发出该电脉冲激励信号，检测探头检测该标准阻抗电路当前输出电压Vout的标定状态。

通过重复标准阻抗电路的准备状态和标定状态，获得若干组由阻抗值Zs、输出电压Vout构成的阻抗-电压数据并得出电压-阻抗值关系曲线(如图4所示)，进而将该曲线的拟合公式作为控制器在其第五状态中的计算公式。

此外，检测探头的正电极和负电极采用同心结构；电源模块采用隔绝外部干扰的隔离结构；声光提示模块的发光单元为LED灯。

本实施例检测装置的使用过程如下：

在嵌入式控制系统模块控制下，激励信号模块产生预设频率(100Hz～20kHz)的电脉冲激励信号，并将该电脉冲激励信号发送至检测探头，检测探头将该电脉冲激励信号作用于外界。

将检测探头的电极直接接触被测人体组织，电脉冲激励信号会对被测人体组织产生激励作用，随后被测人体组织在其激励下产生微弱的电流反馈信号，该电流反馈信号会在检测探头的正电极和负电极之间形成电压，从而使检测探头产生电压信号，检测探头将该电压信号发送至信号处理模块。需要说明的是，检测探头的正电极和负电极既能发出电脉冲激励信号、又能检测电压，这是常规技术手段。

该电压信号首先经信号调整电路进行调制处理。由于调制后的信号是微弱信号，所以需要将其经信号放大电路进行放大处理。然后，将放大后的信号经信号解调电路进行解调处理。解调后的信号经信号滤波电路进行滤波处理。最后，将滤波后的信号经信号整形电路进行整形处理为平滑的信号曲线，然后发送至嵌入式控制系统模块。

嵌入式控制系统模块先对信号进行AD转换为阻抗检测信号数据后存入存储器，再对阻抗检测信号数据进行滑动平均滤波处理，之后计算得出相应的阻抗值。嵌入式控制系统模块根据阻抗值情况控制声光提示模块发出相应的声光提示，让检测者获知当前被测人体组织的检测情况。

本实施例的基本原理是在被测人体组织施加特定频率的电脉冲激励信号，并利用被测人体组织的电流反馈信号在检测探头正电极和负电极之间形成电压的特性来采集电压信号，继而通过相应处理、计算出被测人体组织的生物电阻抗值，并以此为依据进行相应的声光提示。

需要说明的是，本实施例的电气部件均由现有电子元器件构成。如果本实施例在实施过程中涉及了软件控制程序，则所涉及的软件控制程序均为成熟的现有技术产品，同时本实施例仅涉及对已有软件控制程序的使用，并不存在对软件控制程序本身的改进。

除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种人体组织生物电阻抗的检测装置，包括控制器以及电源模块，其特征是，还包括检测探头、激励信号模块、信号处理模块、声光提示模块；

所述检测探头具有正电极和负电极，所述检测探头还具有信号输入端和信号输出端；所述激励信号模块具有输出端和受控端；所述激励信号模块的输出端与检测探头的信号输入端连接；所述信号处理模块具有信号接收端以及信号发出端；所述信号处理模块的信号接收端与检测探头的信号输出端连接；所述声光提示模块具有受控端，所述声光提示模块包括发声单元和发光单元；

所述控制器为嵌入式控制系统模块；所述控制器具有ADC模块以及存储器，所述ADC模块的输入端与信号处理模块的信号发出端连接，所述存储器与ADC模块电连接；所述控制器还具有控制端，该控制端与激励信号模块的受控端、声光提示模块的受控端分别连接；

所述电源模块分别与控制器、检测探头、激励信号模块、信号处理模块、声光提示模块电连接。

2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征是，所述激励信号模块具有在嵌入式控制系统模块控制下产生预设频率的电脉冲激励信号、并将该电脉冲激励信号发送至检测探头的第一状态；

所述检测探头具有将电脉冲激励信号传递至其正电极和负电极的第二状态，以及将其正电极和负电极产生的电压信号发送至信号处理模块的第三状态；

所述信号处理模块具有将收到的电压信号进行处理进而发送至控制器的ADC模块的第四状态；

所述嵌入式控制系统模块具有由ADC模块将收到的信号经AD转换为阻抗检测信号数据、并存储于存储器中的第五状态，以及嵌入式控制系统模块根据阻抗检测信号数据进行滤波处理、计算后得出被测人体组织阻抗值的第五状态；

所述声光提示模块具有在嵌入式控制系统模块控制下发出声光提示的第六状态。

3.根据权利要求2所述的检测装置，其特征是，所述激励信号模块的输出端与检测探头的信号输入端之间、所述信号处理模块的信号接收端与检测探头的信号输出端之间、所述ADC模块的输入端与信号处理模块的信号发出端之间、所述控制器的控制端与激励信号模块的受控端之间、所述控制器的控制端与声光提示模块的受控端之间分别经导线连接。

4.根据权利要求2所述的检测装置，其特征是，所述信号处理模块具有依次连接的信号调制电路、信号放大电路、信号解调电路、信号滤波电路、以及信号整形电路；所述信号调制电路具有的输入端与信号处理模块的信号接收端重合，所述信号整形电路具有的输出端与信号发出端重合。

5.根据权利要求4所述的检测装置，其特征是，所述信号放大电路采用轨到轨运算放大器；所述信号滤波电路采用N阶巴特沃斯带通滤波器，N为正整数且≥2。

6.根据权利要求2所述的检测装置，其特征是，所述检测装置还包括供标定控制器计算准确度的标准阻抗电路，所述标准阻抗电路由第一电阻、第二电阻、电容构成，所述标准阻抗电路还具有第一外接端、第二外接端；所述第一外接端、电容的一端、第一电阻的一端三者直接电连接，所述电容的另一端与第二电阻的一端电连接，所述第二外接端、第一电阻的另一端、第二电阻的另一端三者直接电连接；所述第一电阻、第二电阻分别采用调节式变阻器。

7.根据权利要求6所述的检测装置，其特征是，所述标准阻抗电路具有：调节标准阻抗电路中第一电阻和/或第二电阻的电阻值，然后利用LCR表测量该标准阻抗电路的当前阻抗值Zs，且0≤Zs≤100kΩ的准备状态；

在准备状态基础上，标准阻抗电路的第一外接端、第二外接端与检测探头的正电极、负电极对应连接，激励信号模块进入第一状态且发出的电脉冲激励信号具有预设频率，检测探头进入第二状态向该标准阻抗电路发出该电脉冲激励信号，检测探头检测该标准阻抗电路当前输出电压Vout的标定状态。

8.根据权利要求1至7任一项所述的检测装置，其特征是，所述检测探头的正电极和负电极采用同心结构；所述电源模块采用隔绝外部干扰的隔离结构；所述声光提示模块的发光单元为LED灯。

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