人体细胞内外液容量多频阻抗检测方法研究

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1、摘要生物电阻抗技术是通过提取生物体的电阻抗信息反映生物体生理、病理相关信息的检测技术，而细胞内外液容量测量是生物电阻抗技术的一个重要应用分支。细胞内外液容量的变化过程，其生物电阻抗有着明显的改变。利用电信号在人体生物组织中的传输特性，由激励源发出正弦电流信号作用于被测体，通过对采集信号的处理，得到被测部位阻抗的幅值和相位。人体内液体的容量与阻抗数据有对应关系，因此，生物电阻抗测量细胞内外液容量具有重要的研究价值和意义。本文基于生物电阻抗检测技术的基本原理，研究了多频分段测量方法的理论及关键技术，设计了一套人体细胞内外液容量多频检测系统。首先

2、基于多频测量电阻抗的基本原理以及生物细胞组织的电特性，研究了检测人体细胞内外液容量的检测方法；为了得到输出精度高、频率和相位处理速度快、波形失真小及频率可调的正弦电压信号，采用直接数字频率合成技术设计激励源；针对生物电阻抗测量系统的恒流源需满足高电流精度、波形稳定、高输出阻抗等特殊要求，结合第二代电流镜及反馈环技术设计了高精度低功耗电压控制电流源；设计自举式放大器结构的电压跟随器以减小检测电极与皮肤的接触阻抗，并消除人体生理噪声对采集信号的影响；基于检测信号是差分输入且电压幅值较小的特点，为得到不同频率下的测量信息，设计了差分转单端放大电路

3、，提高检测信号的准确性；设计鉴幅鉴相电路，提取生物电阻抗的幅值和相位信息，实现对被测信号的高精度测量；最后通过液晶显示屏实现人机交互界面显示细胞内外液容量的检测数据，完成了细胞内外液多频阻抗检测系统的设计。应用细胞内外液容量多频阻抗检测系统，通过在不同频率下，分别测量人体左上肢、右上肢、左小腿、右小腿的生物电阻抗，结合人体细胞内外液与生物阻抗计算公式，得到人体各部位细胞内外液容量，并通过调整两测量电极的间距，验证细胞内外液阻抗与电极间距的相关性。实验结果表明：细胞内外液容量与被测部位体积成正比；男性体内细胞内外液容量所占体重比率略高于女性；

4、且随着两电极间距离的增加，细胞内外液阻抗均极显著增加，阻抗的增加与电极距离高度相关，本文所研究的方法及系统可用于人体细胞内外液容量测量。关键字：生物电阻抗，细胞外液，激励电流源，多频测量IAbstractBioelectricalimpedancetechnologyisadetectiontechniquethatextractsorganism'selectricalimpedanceinformationtoreflectphysiologicalandpathologicalinformationoforganisms,andint

5、ra-andextra-cellularfluidvolumemeasurementisanimportantapplicationbranchofbioelectricalimpedancetechnology.Thechangeofintracellularandextracellularfluidvolumehasasignificantchangeinitsbioelectricalimpedance.Usingthetransmissioncharacteristicsoftheelectricalsignalinhumanbio

6、logicaltissues,asinusoidalcurrentsignalissentfromtheexcitationsourcetothemeasuredobject,andtheamplitudeandphaseoftheimpedanceofthemeasuredpartareobtainedbyprocessingthecollectedsignal.Thereisacorrespondingrelationshipbetweenthevolumeoffluidinthehumanbodyandtheimpedancedata

7、.Therefore,thebioelectricalimpedancemeasurementofintracellularandexternalfluidvolumehasimportantresearchvalueandsignificance.Basedonthebasicprincipleofbioelectricalimpedancedetectiontechnology,thispaperstudiesthetheoryandkeytechnologyofmulti-frequencysegmentedmeasurementme

8、thods,anddesignsasetofmulti-frequencydetectionsystemforhumanandhumanintracellularfluids.F