pkb-akt 脉冲电流激励模式下阻抗测量的原理与实现论文

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1、PKB/Akt脉冲电流激励模式下阻抗测量的原理与实现论文李江，董秀珍，秦明新，尤富生，史学涛，杨滨，李世俊【关键词】脉冲激励源【Abstract】AIM：Tostudythemechanismandimplementationofcurrentpulseexcitingimpedancemeasurementofbiotissues.METHODS：Animpedancemeasurementsystemplementedbytimer,analogspleandholdamplifierandA/Dboard.

2、RESULTS:Thebloodpulsationofheadeasuredsuccessfully.CONCLUSION:paredodeusedinthemeasurementofimpedance,currentpulseexcitingmodecanoffermuchlopedancemeasurement;currentpulseexcitingsource;analogsA，以提供较大的电压变化，提高信噪比；但为了生物组织的安全，幅度一般＜5mA.我们探讨了低占空比脉冲恒流激励源模式下的电阻抗测量方法

3、［3］，并实现了其对头部血流的测量.相对于正弦波恒流源激励模式，本方法对生物组织提供较小电流负荷的同时，能获得较高的信噪比及较强的穿透性.1原理脉冲电流激励即对待测目标施加恒流脉冲信号，通过测量脉冲幅度获取阻抗值的方法.生物组织呈现阻容性，可以由Fig1的阻抗模型近似表示.其中Cs代表组织电容，Rs代表组织电阻，ΔZ表示组织的电阻变化.图1生物阻抗模型（略）Fig1Modelofbioimpedance（略）设脉冲激励电流的峰值幅度为Ip，则测量目标电阻变化导致的电压变化为：ΔＶ＝ＩＰΔＲ即激励峰值电流的幅度与相

4、应电压的幅度呈正比.因此通过提高激励电流，可以有效提高信噪比.激励峰值电流通过阻抗模型的电压响应为：V(t)=VR(t)+VC(t)=IP(Rs+ΔR)+IPt〖〗Cs设激励脉冲峰值波宽为Tonostablemultivibrator,M.M.）生成脉冲宽度1μs的脉冲控制信号.采用单刀双掷（singlepole/doublethropleandholdamplifier,SHA）获得，经放大后由NI6024E型A/D板通过外触发方式同步采集入计算机［４］.系统框图如Fig3所示.图3系统框图（略）Fig3Blo

5、ckdiagramofthesystem（略）系统工作时产生窄脉冲恒流源激励信号并将其加载到待测目标上，同时采集响应信号并送入计算机进行处理，得到阻抗变化信息.2.1时序控制时序控制电路为脉冲激励源，采样保持放大器以及A/D板外触发同步数据采集提供控制信号.在时钟信号的基础上，单稳触发器产生波宽100ns至100μs连续可调的脉冲信号控制模拟开关及A/D转换，同时产生波宽及波峰位置均可调的脉冲信号控制采样保持放大器.激励频率10kHz，脉冲宽度1μs，采样时间08μs时，电路中4个单稳触发器输出信号的时序如Fig

6、4所示.A:Controlofexcitement;B:Delay;C:Controlofsample;D:ControlofA/D.图4时序图（略）Fig4Timingdiagram（略）由于实际信号上升沿及下降沿附近存在振荡，因此采样控制信号上升沿在激励信号上升沿之后，下降沿在激励信号下降沿之前，可以提高采集精度.A/D转换信号下降沿有效，转换时刻在信号稳定之后，如Fig4（D）的下降沿所示.2.2激励源恒流脉冲激励源由激励控制信号，电源，模拟开关及两端口集成恒流器件构成.控制信号高电平时，待测目标与12V直

7、流电源连通，形成脉冲激励；控制信号低电平时，模拟开关断开.集成恒流器件串联在电源与待测目标的通路中保持电流的恒定.2.3数据采集采样保持放大器的输出信号经过隔直、放大后，通过外触发方式由A/D板同步采集进入计算机.由于采集频率为10kHz，而阻抗变化一般低于25Hz，因此可以采用软件叠加平均的方法降低采样频率，同时可以有效降低系统随机噪声的影响，进一步提高信噪比.3结果实验采用同心圆电极，置于面部前额眉弓上方，测量颞浅动脉血流的变化.电极外圈接激励信号地，内圈施加激励并进行测量.在频率10kHz，脉冲宽度1μs，

8、峰值电流10mA，增益67dB条件下，测量结果如Fig5所示.由Fig5看出，测量出的波形幅值稳定，切迹清楚.与传统正弦波激励模式下的阻抗血流测量结果相比，本方法能在较小的增益下获得稳定的阻抗变化波形，抗干扰能力较强，适用于对血流的连续监测.图5头部阻抗血流图（略）Fig5Impedanceplethysmogramonthehead（略）4讨论采用脉冲恒流激励方式测量生