基于STM32的生物电阻抗测量系统的设计与应用

为了更好地了解患者的血凝病理状况,方便医生及时用药,基于STM32和AD5933设计了一种血凝电阻抗测量系统。使用该系统测量标准电阻、电容构成的RC并联网络,与TH2832LCR电桥仪对比,误差小于0.9%;进行标准电阻的扫频测量,误差小于0.5%。提出一种凝血因子反应时间R检测方法,对40组血样进行测量,并与实际R值对比,误差均小于4%;使用等浓度差的CaCl_(2)溶液与多组枸橼酸钠抗凝血混合,发现随着CaCl_(2)溶液浓度以0.025mol/L微量减小,R明显增大,符合生物学规律;在不同条件下对多组血样进行测量,误差均小于5%。结果表明该电阻抗测量系统可以用于凝血因子反应时间的检测,且具有较高的精度、灵敏度和较好的重复性、重现性。

基于脉冲响应的高强度聚焦超声换能器电阻抗测量方法

高强度聚焦超声(HIFU)换能器是HIFU治疗系统的关键部件,其电阻抗特性是决定各系统参数和换能器工作特性的重要参数。目前采用的阻抗分析仪和频域测量方法成本较高,且难以实现在线测量。为此,对基于脉冲响应的超声换能器电阻抗时域测量方法进行了研究,对测量原理进行了理论分析和仿真验证,并组建了脉冲响应测量实验平台,通过实际测量,比较了脉冲响应法和阻抗分析仪的测量结果,分析了影响测量结果的因素。研究结果表明:在通过电流取样电阻校正和小波去噪后,基于脉冲响应的电阻抗测量方法能取得较高的测量准确度,且测量成本低,可集成于设备实现超声换能器电阻抗的在线测量,为进一步研究高强度聚焦超声换能器的电阻抗特性提供了有力的手段。

用于乳腺电阻抗测量的三种电流源恒流特性的研究

研究生物电阻抗测量电流源的恒流特性,选择最佳方案。讨论了三种电压控制电流源(VCCS)方案,分别是:Howland电流源、改进型Howland电流源和带直流稳定环路的双极电流源,分析电路参数对输出阻抗的影响,运用NI Multisim12.0软件对三种电流源的恒流特性进行比较,选取其中两个较好的方案进行了实物测试。仿真和实验结果表明,带直流稳定环路的双极电流源在三种电流源中频率或负载变化时性能最优。带直流稳定环路的双极电流源是乳腺电阻抗测量用电流源的最佳方案。

多通道生物电阻抗测量系统的设计与开发

电阻抗测量在人体体成分分析、生物电阻抗成像等领域方面具有广泛应用。基于ADI公司的高精度生物阻抗测量芯片AD5933,本文开发了一套多通道电阻抗测量装置,它可按照人体5电阻模型测量人体体成分,也能扩展为8电极或16电极进行电阻抗成像研究。测试结果表明该装置输出数据合理正确,进一步的电阻抗成像实验证实其能够识别并定位被测空间中金属棒的位置及轮廓,为进一步的多通道探测类应用研究提供了良好的基础平台。

应用于电阻抗测量的表面微电极研究

目前,采用电阻抗方法对肉品进行鲜度评价的相关研究中,电极通常采用针状电极。针状电极测量中需要刺入肉品内部,会在一定程度上破坏肉品外观,影响该型式电极的广泛使用。本文提出采用表面微电极进行阻抗测量,微电极仅需要与肉品表面接触即可进行测量。通过印制电路板加工技术制作了一组表面微电极,通过盐水水槽实验对该组电极进行了测试。测试结果表明,表面微电极的参数与测量准确度之间存在明显的相关关系。采用最优的电极参数设计,表面微电极用于电阻抗测量可以获得准确的结果。

针对生物组织电阻抗测量的多路温度监测和控制装置设计

目的:为校正温度对电阻抗测量实验结果的影响,设计一种多路温度监测和控制装置,使实验环境温度一致,提高实验的准确性和可信性。方法:该装置由温度检测模块、放大模块、模拟选择模块、A/D转换模块、光电隔离模块、主控模块、温度控制模块组成。装置采用5路温度传感器,以STM32F103C6T6作为主控处理器,利用74HC4051模拟选择器,以PT7-25E2作为温度探头,信号放大后采用12位A/D转换器进行A/D转换,采用6N137光耦合器隔离数字信号处理与模拟信号处理部分;通过USB口将测温数据实时传递到上位机,上位机对数据进行实时处理、存储及显示,分析数据并产生温度控制信号,利用继电器驱动加热器或制冷器,实现温度控制功能。结果:该装置可将实验温度精确控制在设定值±0.1℃范围内,具有可行性与稳定性。结论:该装置能较好地控制环境温度,为未来电阻抗测量提供了温度一致的实验环境。

电阻抗测量法快速检测鲜奶中大肠菌群

电阻抗测量法快速检测鲜奶中大肠菌群李小燕（深圳商检局）近三十年来，随着分析微生物学领域的迅速发展，微生物快速检测技术如气相色谱、生物发光、放射测量和电阻抗测量等方法［１］，冲破了百年来传统手工操作的纯培养方法，使微生物分析检测技术进入到一个新的层次。...

电阻抗与EIT测量微系统设计

以微系统结构、高稳定性为设计目标,构建一套基于ATmega16单片机和AD5933的电阻抗与EIT测量微系统。AD5933芯片内部集成了DDS部分、滤波放大部分、12位A/D转换部分和片上的DSP离散傅里叶变换解调部分,避免了各个模块时序不一致造成的误差,提高了系统的稳定性和抗干扰性。基于Matlab平台开发图形用户界面(GUI),实现了数据无线通讯、阻抗图谱绘制、特征参数计算、EIT图像重建。对均匀场进行100次数据采集,系统信噪比达70 dB。对高精度电阻、离体猪肉分别进行阻抗测试,根据Cole-Cole理论,绘制了阻抗圆图,测量结果与最小二乘算法拟合效果相符。针对16电极实验槽中不同位置和不同数量的有机玻璃棒分布,采用高斯牛顿重建算法进行电阻抗图像重建,成像效果良好,验证了系统的有效性与可行性。

电阻抗测量评估不同的通气频率和呼气末正压时局部肺容量变化的研究

目的机械通气期间气体的不均匀分布，特别是由于肺不张引起的不均匀的通气可引起健康肺泡的过度通气，导致急性肺损伤和慢性肺疾病，因而增加了病死率和发病率。特别是早产儿需要长期应用机械通气的更是处于危险的状态。新的策略主要是持续监护局部通气可解决不均匀充气的问题。方法对6个健康的新生猪（4d±1d，1．66±0．31kg）应用8个电极分布于肺的四个部分（上、下、左、右）进行电阻抗测量（EIM）。潮气阻抗和功能残气阻抗随着呼气末正压（PEEP）水平的变化[2、4、6和8cmH2O（1cmH2O=0．098kPa）]和呼吸机频率从0．5到15Hz的变化进行观察。同时评估总的肺和局部肺的变化。结果从肺的4个部分获得的局部潮气阻抗总和明显反映了与在改变呼吸机频率和PEEP期间由肺体积扫描术测得的潮气量（r^2=0．98），PEEP从4cmH2O降至2cmH2O，引起总潮气阻抗（TTI）明显增加，同样潮气量（VT）也增加，而呼吸频率从0．5升至15Hz，引起TTI和VT明显降低。增加频率发现有一个较均匀的气体分布作用，但高的PEEP不会引起更均匀的通气，获得的最小阻抗值代替功能残气量（FRC）显示在6h的实验期间持续下降。结论EIM对评估胸腔气体容量显示很好的适应性，这种方法提示作为一种非损伤性的床边的方法持续监护新生儿任何模式下的机械通气中局部肺通气的变化，可获得一定的影响，对临床有一定的参考价值。

生物组织电阻抗——温度特性与测量

在高强度聚焦超声(HIFU)热疗技术中利用声热效应产生的局部高温使组织热凝固性坏死来治疗肿瘤,而组织温度监测是其应用的关键。本文针对HIFU作用下焦域处生物组织内温度——电阻抗关系进行温度监测的前期探究,研究生物组织电导率随温度变化特性并运用四电极法测量温度——电阻抗关系。通过建立电阻抗分布模型,运用温度——电阻抗关系反演生物组织温度分布。

新辅助化疗后乳腺癌组织电阻抗特性测量方法及测量平台研究

目的探索新辅助化疗(Neoadjuvant Chemotherapy,NAC)后乳腺癌组织电阻抗特性的测量方法并建立测量平台,为研究NAC后乳腺癌组织的阻抗特性提供依据。方法设计了容量可调的圆筒形测量盒,基于二电极法建立了小体积生物组织电阻抗特性的测量平台,并通过测量梯度浓度的NaCl溶液和荷乳腺癌裸鼠模型的乳腺癌组织与癌周组织的电阻抗特性来验证平台的准确性与可行性。结果在测量频段内,当测量长度为5 mm时,测量得到NaCl溶液的电导率和理论值的相对误差(绝对值)在0.01 mol/L浓度时为8.2%,随后随着NaCl溶液浓度的上升而快速下降,并在0.09 mol/L浓度时降至1.7%,最后趋于平坦;当NaCl溶液浓度固定时,相对误差随着样品长度的增加而逐渐减小,但均在5%以内。在所测量频段范围内,癌组织的电导率为癌周组织的2.2~9.4倍,相对介电常数为癌周组织的3.0~6.3倍。结论建立的测量平台可实现小体积生物组织电阻抗特性的准确测量,为接下来的NAC后乳腺癌组织阻抗特性研究提供了平台和方法基础。

基于虚拟仪器的电阻抗断层成像测量系统设计

电阻抗断层成像技术是一种新兴的功能性成像技术,数据采集和处理是电阻抗成像的关键环节。本文设计了一个基于虚拟仪器的电阻抗成像测量系统,阐述了如何快速搭建一个实用性强的测量系统。硬件设计方面使用美国NI公司的DAQ数据采集卡作为核心,简化了整个系统的硬件结构,提高了系统的稳定性和精确度。软件方面使用LABVIEW进行激励-测量方式控制以及后期数据处理。经过实验,初步验证了系统的实用性。使用虚拟仪器,为搭建高性能、扩展性强的电阻抗断层成像系统提供了一个新的方式。

一种新的射频标签阻抗测量电路研究

文章提出了一种新的射频标签阻抗测量电路——匹配网络测量电路,并通过虚拟仪器LabVIEW来验证了该方法的可行性。

乳腺癌及周围组织电阻抗频谱特性与其病理学特征的研究

目的研究人体乳腺癌及其周围组织的电阻抗频谱特性,探究我国妇女乳腺组织电阻抗频谱特性的分布规律及其与病理学之间的关系。方法采用英国Solartron公司1255B型频率响应分析仪,在1Hz￣1MHz频率范围内用四电极法离体测量组织电阻抗频谱特性。将每个测量标本做成病理切片用于观察比较。结果从测量数据看,乳腺癌与其周围组织电阻抗频谱特性差异显著,脂肪组织的电阻率最高,乳腺癌次之,腺体组织最低,而脂肪组织的特征频率最低,腺体组织次之,乳腺癌最高。从病理学分析看,乳腺组织病理状态不同则其电阻抗特性也存在差别。结论人体乳腺癌及其周围组织的电阻抗特性存在显著性差异,同时发现测量样本的病理状态不同,其电阻抗特性不同。

用组合算法逐步提高电阻层析成像的分辨率

电阻层析测量中的软场效应和反演算法中的不适定性,常使作为测量结果的两相流层析图在相界面处呈模糊状态,给分析带来困难。采用迭代的定量性优化算法(如改进牛顿-拉夫逊类MNR算法),其图像分辨率虽较非迭代简单反演算法(如线性反投影LBP算法、灵敏度算法)的结果有改进,但当流型稍微复杂一点尤其当界面纵横交错时,迭代误差可能在某一个局部最优的水平上停留。如直接采用能全局寻优的基于遗传原理的反演算法,因其实际收敛性受到个体解结构中基因数量限制,层析图像的分辨力也受到限制。根据这个问题,本文采用LBP-MNR-GA组合算法层析成像的方法,应用组合算法中各相关算法的各自优点,逐步提取来自测量数据中的信息量,在提高层析图像分辨率上取得了较好的结果。

基于微分进化算法的电路模型匹配技术

根据电路模型单元库实现装备数学模型和物理模型的映射匹配,是基于模型的装备快速测试中的一项关键技术。电路模型匹配技术是进行基于装备物理模型进行故障诊断的基础。对模拟电路中的基本数学模型单元和物理模型单元进行了总结,建立了相应的模型库,针对装备中最基本的单元——可观测的模拟电路系统,提出了利用微分进化算法进行模拟电路模型匹配的方法。对阻抗测量电路的匹配实验结果表明,该方法能实现模型结构的完全匹配,模型参数的匹配误差在1%以内。

基于EIS-SVM的飞机复合材料健康监测研究

针对复合材料异常检测或健康监测的问题,对电阻抗谱法与支持向量机相结合应用于飞机复合材料构件健康监测进行了研究。制作了同面2电极传感器和两块碳纤维复合材料样板,设计实验电路测量了两个碳纤维被测样本的电阻抗谱,提取了不同类型的电阻抗特征参数;在Matlab软件平台上利用支持向量机对复合材料健康状态进行辨识,并比较分析了不同类型特征参数下的支持向量机辨识准确率。结果表明,相比于Cole-Cole曲线分段各段电阻抗实部或虚部幅值的平均值和频率——实部或虚部曲线分段线性拟合斜率,选取复合材料样板的Cole-Cole曲线分段线性拟合斜率作为特征参数时,支持向量机具有更高的健康状态辨识准确率。初步实验表明,支持向量机与电阻抗谱法结合起来进行飞机复合材料构件的健康监测是可行的。

基于血液的频率特性来区分血栓与气肿

本文介绍了使用电桥测试仪、Agilent 4285A,测量从10头猪上抽取的正常状态下以及凝固状态下的血液样本,得出其电导率和相位差。同时测量正常细胞的红细胞比容(血液中血细胞占全血容积的百分比)。在低于800kHz的情况下,正常血液和凝固血液的电导率之差保持在4.3mS/cm,在高于800kHz时呈递减趋势。电导率差与红细胞比容无关联(相关系数=0.04)。在1MHz到2MHz的情况下,正常血液和凝固血液的相位差达到最大值。因此,在1MHz到2MHz的情况下的相位差就能分辨出血栓和气肿。

基于电阻抗多模式检测芯片的体外热疗

热疗是继手术、化疗、放疗之后对癌症的一大治疗手段,但是目前其机理尚不明确,体外研究结论与临床应用尚有差距。为更好地研究在热应激/热疗过程中的细胞变化,该文构建了一套集成细胞电阻抗非标记动态检测、细胞形态动态记录、荧光标记检测功能并且能够自动测控温度的微全分析系统,对其控温性能进行了仿真与实测检验,对细胞培养及增殖过程进行了非标记连续监测,并利用此实验系统进行了癌细胞在2种热疗条件下的动态多模式检测。实验结果表明:HeLa细胞在41℃,2h热疗作用下,阻抗呈现"V"型变化,形态快速收缩后又迅速恢复贴壁,荧光标记检测显示细胞活力无明显改变;而在2次55℃,2min脉冲式热疗作用下,细胞阻抗呈现"L"型变化,细胞杀伤效果明显。该系统将传统标记技术与非标记检测技术结合,可用于细胞热应激/热疗的相关研究。

中药联合医学营养治疗对代谢综合征患者内脏脂肪的影响

目的观察中药对代谢综合征患者内脏脂肪的影响。方法将140例代谢综合征患者随机分为2组。对照组给予医学营养治疗及降糖、降压、调脂等治疗,试验组在此基础上加用中药,周期为90 d。采用电阻抗测量法观察内脏脂肪面积变化。结果试验组治疗后发现内脏脂肪面积和中医证素积分均较前明显改善(P <0.01)。对照组治疗前后去脂体质量、内脏脂肪面积无改善(P> 0.05)。组间对比,试验组体脂肪量和内脏脂肪面积下降更明显(P <0.01)。试验组中医证素积分下降更明显(P <0.05)。结论中药对改善代谢综合征患者内脏脂肪及临床症状具有优势。