生物组织阻抗频谱测量技术及特性的基础研究

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1、第四军医大学博士学位论文生物组织阻抗频谱测量技术及特性的基础研究研究生：林新学科专业：生物医学工程所在单位：第四军医大学医学电子工程教研室导师：董秀珍教授辅导教师：付峰副教授资助基金项目：国家自然科学基金项目(30270378)资助关键词：生物组织阻抗频谱数据库中国人民解放军第四军医大学2005年5月第四军医大学博士学位论文缩略语表缩略语英文全称中文全称FRACMRRCTADCDACDAQDIODMAEITICMFEITPCPGAPPSNRISDBMSCOM0DBCADODAOFrequencyResponseAnalyzeCommonModeRejectionRatioCom

2、putedtomographyAnalogdigitalconverterDigitalanalogconverterDamAcquisitionD讶talInput／OutputDirectmemoryaccessElectricalimpedancetomographyIntegratedCircuitMulti—frequencyElectricalimpedancetomographyPersonalcomputerProgrammablegainamplifierPhysicalPhantomSignal．．to．．noiseRatioImpedancespectra

3、DatabaseManageSystemComponentObjectModelOpenDatabaseConnectivityAetiveXDataObjectDataaccessobject频率响应分析共模抑制比计算机断层成像模，数转换器数／模转换器数据采集数字信号输入／输出直接内存存取电阻抗断层成像集成电路多频电阻抗断层成像个人计算机程控增益放大器物理模型信噪比阻抗频谱数据库管理系统组件对象模型开放式数据连接AetiveX数据对象数据访问对象第四军医大学博士学位论文生物组织阻抗频谱测量技术及特性的基础研究博士研究生：林新导师：董秀珍教授第四军医大学医学电子工程教研室，西安

4、710032中文摘要生物组织的阻抗频谱特性，主要是指生物组织电阻抗中，阻性和容性成份的值随着加载电信号的频率不同会发生较显著的变化。研究生物组织的阻抗频谱特性是各种生物电阻抗技术研究、各种生物电逆问题研究以及电磁场生物效应研究的需要，另外从生命科学研究的需要看，由于电阻抗特性是表征组织器官的一个重要的物理参数，是最有意义的参数之一，因此生物组织的阻抗频谱特性研究也是建立物理虚拟人(有组织器官的各种物理参数)、生理虚拟人(有组织器官的各种生理参数)的需要。为此，在国家自然科学基金课题《生物组织阻抗频谱特性研究》的资助下，展开了以下研究：1生物组织阻抗频谱特性测量平台的建立设计了一

5、个以阻抗分析仪SI-1260为核心的生物组织阻抗频谱测量系统。阻抗分析仪提供从10uHz到32MHz的正弦波电流，它输出信号的波形、幅值、频率、相位都可以由程序控制，且输出波形稳定、精确。利用阻抗分析仪电压测量电路以差动电压测量方式测量生物组织阻抗频谱。在阻抗分析仪与Pc之间通过IEEE一488总线实现数据传输。和文献报道的其它生物阻抗频谱测量系统不同的是，本文加入了温度控制系统和生命参数监测系统，通过对外部测量条件的控制来保证测量数据的准2第四军医大学博士学位论文确性。整个测量系统置于接地良好的屏蔽室内，减少了外界信号的干扰，进一步提高了测量准确性。本文设计了阻抗频谱四电极测

6、量系统。它包含两对电极：一对电流电极将恒定幅值的交变电流引入生物组织，另一对电压电极介入两电流电极之间，将检测出被测部位的电位差。由于四电极测量系统中供电电极与测量电极分离，电压电极处于电流密度分布比较均匀的中间段，当采用高输入阻抗的电压放大器时，电压电极与被测组织间的接触电阻可以忽略不计，同时电极与生物组织电解液之间的极化也可以忽略不计。所以整个测量系统适合用于较宽频率范围的生物阻抗频谱测量并具有较高的测量精度。2生物组织阻抗频谱特性测量方法学研究A)采样频率分布的研究组织阻抗频谱测量是在有限的频率点上进行的，然后通过数据拟和来获取组织阻抗频谱特征参数，所以测量频率点的选择及

7、其分布必将影响组织阻抗特征参数值的估算精度。多数研究者在组织阻抗频谱测量时，采用对数等距频率点分布或准线性频率分布，此时测量点大多分布在阻抗轨迹圆弧的两端，而中间区域测量点要少的多。针对这种频率点分布的不均衡性，我们在研究中提出使用等角频率点分布进行测量，在保持测量总点数不变的情况下，明显增加了中间段的测量点数。在仿真数据模型上，我们研究了三种采样频率分布对特征参数Ro、屁、口、fo估算精度的影响。结果表明：采用对数等距或准线性频率间隔时，对Ro、卉捕较高的估算精度，对眠五估算精度相对较低。