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基于单片机的生物电阻抗频谱测量系统

发布时间:2020-06-30 19:44:07 阅读: 来源:邦定机厂家

0 引 言 长期以来,对生物组织电性质的研究一直是生物医学工程学关注的热点。生物组织的电学性质是人们认识生命物质的一个重要方面。 生命物质电阻抗作为一个重要的电参数,在电性质研究中占有很重要的地位,生物组织生理病理特性可以通过电阻抗来反映。许多研究表明,生物组织电特性的频率依赖性很强,因此,对生物组织电特性的研究常采用多频电阻抗法。目前,国内外学者已经通过研究生物组织的阻抗特性预测早期疾病、治疗过程中的监护、区分正常组织和病变组织等。在这些研究报道中发现,对相关生物组织的阻抗特性主要使用现成的阻抗分析仪测量,这些仪器均非针对生物组织而设计,因此存在对测量对象造成破坏、非实时、价格昂贵等问题。同时对生物组织频谱测量系统的研究也在逐渐展开,并有少数的国外相关报道。因此,在这些研究的基础上,总结并设计一种先进、优化、方便快捷的生物电阻抗测量系统。该系统能全自动、在很短时间内完成从1 Hz~10 MHz的逐频扫描,并记录和显示各频率点对应的幅值和相位。同时,系统可以和PC机相关联,具有很强的可扩展性。

本文引用地址: 测量原理 生物组织在不同的频率下,具有不同的阻抗特性。对生物组织阻抗特性测量采用两电极法,电路由电极和组织组成的电极系统Zx及无感容的标准纯电阻Rs串联组成。由于信号源产生的电压只有毫伏,检测到的Zx和Rs两端电压通过同比例放大后的电压为UZ和UR。设信号源输出电压Ui=Umsin(ωt)。同时信号源Ui,UZ和UR之间的关系满足平行四边形法则,通过Zx和Rs的电流I,UZ和UR可表示为:

通过式(2)和式(3),可以计算得式(4):

因此,通过测量和计算就可以获得生物组织的幅频和相频特性。

2 生物电阻抗频谱测量系统2.1 系统总体 生物阻抗频谱测量系统原理如图1所示。该系统主要包括电源模块、实验平台、信号检测、MCU、液晶显示、键盘、SD卡存储器、USB接口等。

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