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人体生理关键参数测量系统设计

王庆祥  
【摘要】:人体总含水量包含细胞内液量和细胞外液量,细胞内外液量关系着体液的平衡状态,体液的平衡状态可以反映人体的健康状态。体液不平衡通常会导致患者脱水和水肿,其通常与其他疾病有关,如肾病,肝病,心脏衰竭等。所以通过检测患者的体液状态可以对疾病进行监控。现有的体液检测技术有X射线,CT法等。这些方法成本较高,检测设备不能随身佩戴,不能长时间对患者进行持续监测。而生物电阻抗法具有低成本,接触式测量的特点,可以方便的测量出人体细胞内外液含量,从而监测人体的体液平衡状态。本课题以国内外较成熟的生物电阻抗法理论为基础,主要完成以下工作内容:(1)对比了人体生理关键参数测量系统设计中阻抗测量的几种方法,最终选用较为常用的四电极测量法。在生物电阻抗理论的基础上,详细介绍了Cole-Cole阻抗圆理论和人体阻抗测量的分析方法。(2)设计了系统的整体硬件结构包括两个部分:阻抗测量控制电路,阻抗测量电路。测量人体阻抗的方法为先向生物组织注入安全电流,再通过采样电极检测相应回路的电压值和电流值,电压信号经过模数转换器变为数字信号,再由FPGA进行数据处理计算得出人体相应部位的阻抗值。单片机控制电路,得到该阻抗值后,将频率控制字发送给FPGA。FPGA进行频率转换,测量下一个需测频率的人体阻抗。同时单片机控制电路对接入电极也进行了控制,从而对人体不同部位的实现了分段式阻抗测量,并通过阻抗值计算出人体细胞内外液量。(3)为控制系统各模块协调,设计了单片机控制系统,通过人机交互方式控制阻抗测量流程,可以实现测量频率转换,测量部位选择。可以实现定时测量,从而达到对患者进行全天监测。


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