多频多段人体生物电阻抗测量系统

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1、·122·《测控技术》2012年第31卷第4期多频多段人体生物电阻抗测量系统高秀娥，唐佳，陈波(大连大学信息工程学院，辽宁大连116622)摘要:人体生物电阻抗是人体体成分的重要组成部分，在一定程度上反映了人体组织的生理状况。基于此，设计了一套基于八电极的多频多段人体生物电阻抗测量系统。测量系统由单片机系统、正弦交流激励电流源、有效值检测电路等组成，实现了5～500kHz频率范围的左右上下肢及躯干的5段测量。测试结果表明，测量系统实现了人体生物电阻抗的幅值和相位的高精度测量，幅值相对误差小于0．7%，相位绝对误差小于0．8°。关键词:生物电;阻抗测量;多频多段中图分类号:T

2、M93文献标识码:A文章编号:1000－8829(2012)04－0122－03ABioelectricalImpedanceMeasurementSystemBasedonMulti-FrequencyandMulti-SegmentTechnologyGAOXiu-e，TANGJia，CHENBo(InformationandEngineeringCollege，DalianUniversity，Dalian116622，China)Abstract:Bioelectricalimpedanceisanimportantcompositionofhumanbody，an

3、dreflectsthephysicalcondi-tionsofhumantissuestosomeextent．Basedonthis，amulti-frequencyandmulti-segmentbioelectricalimped-ancemeasurementsystemisdesignedontheprincipleofeightelectrodes．Infact，thesystem，whichconsistsofMCUsystem，sinusoidalexcitationcurrentsource，RMS-to-DCcircuitandetc，hasachi

4、evedtheimpedancemeasurementoftheextremitiesaswellasthetrunkunderthefrequencyrangedfrom5～500kHz．Experimentresultsshowthatthesystemfinallyrealizeshigh-accuracymeasurementsofamplitudeandphaseofbioelectricalimpedancewiththeresultofarelativeerrorofmagnitudewhichislessthan0．7%andanabsoluteerroro

5、fphasewhichislessthan0．8°．Keywords:bioelectricity;impedancemeasurement;multi-frequencyandmulti-segment人体生物电阻抗是一个能够反映整个人体或其组比较昂贵，缺乏灵活的上位机接口，不利于普及推［1］［2］成部分的电属性的物理参数。通过生物电阻抗可广。因此，需要进一步研究多频多段的生物电阻抗以了解人体组织的生理状态和病理状况，从而在一定测量方案，研制生物电阻抗测量系统，提高测量精度。程度上克服繁琐的临床检查给病人带来的不便，因此，1多频多段生物电阻抗测量原理开展生物电阻抗的测量与

6、分析具有十分重要的理论意义和实用价值。1．1多频测量原理目前，市场上已有部分生物电阻抗分析设备，其主人体组织细胞包括细胞内液、细胞外液和细胞膜，要不足是采用单频测量技术、缺乏相位检测，同时价格常用RC三元件生物电阻抗模型来表示人体生物组［3］织。如图1中ZX所示，细胞膜等效电容Cm与细胞收稿日期:2011－09－02内液等效电阻Ri串联后再与细胞外液等效电阻Re并基金项目:国家863计划资助项目(2010AAXX);辽宁省教育厅联。生物组织在不同的频率下，具有不同的阻抗特性。基金资助项目(LT2010007)采用串联标准电阻RS的方法来测量人体生物电阻抗，作者简介:高秀娥(

7、1976—)，女，辽宁大连人，讲师，主要研究方如图1所示。将激励电流输入测量模型，检测ZX、RS向为系统监控;唐佳(1986—)，男，湖南岳阳人，硕士研究生，主要研究方向为嵌入式系统设计;陈波(1972—)，男，四川武胜和(ZX+RS)两端电压，通过同比例放大后的电压分别人，博士，教授，主要研究方向为嵌入式系统设计。为UZ、UR和Ui。由电路原理可知UZ、UR和Ui之间的多频多段人体生物电阻抗测量系统·123·［4］关系满足图1所示的平行四边形法则，设通过ZX和RS的电流为IS，则UZRSUZ∠φZUZZX==UZ