基于m序列的生物电阻抗快速测量方法研究毕业论文

基于生物电阻抗的体脂测量方法与系统研究引言：随着体重管理意识的增强以及健康生活方式的提倡，测量人体体脂成分的需求日益增加。

体重指数被广泛运用，但是其缺陷在于只能区分脂肪和不含脂肪的组织，无法确定身体中脂肪的分布和体征的水平。

其他的传统测量方法，例如皮褶厚度、测量周长和截面面积等方法也存在着局限性。

生物电阻抗分析技术（BIA）已被广泛运用来进行人体组成分析。

本篇论文研究将主要介绍基于生物电阻抗的体脂测量方法，并结合一个体脂测量系统的研究来进行阐述。

第一部分：生物电阻抗生物电阻抗分析技术（BIA）是一种基于组织导电能力的生物医学信号测量技术。

主要通过分析电信号在身体不同组织中的传递速度和导电能力来推断人体中不同组织的百分比质量。

在BIA中，电流通过身体，被电极引导，然后通过身体的不同组织，最终经过第二个电极返回 BIA。

在这个过程中，电流受到与组织导电能力有关的电阻、偏导、容抗等因素的影响。

当这些身体组成分分别具有其特定的电导值时，BIA的设备可以通过交流电分析器来计算测量信号的复杂阻抗（Z）。

人体也可以视为多个电导体组成的电路，通过对多个测量信号Z的测量，可以得出人体不同组织的阻抗，从而得到体脂率等相关信息。

第二部分：生物电阻抗的测量方法研究为了有效测量人体的体脂率，BIA的设备需要经过高精度的校准和验证。

在BIA测量中，配置电流和电极尺寸、电极形状、测量频率等参数对测量结果有着直接的影响。

为了降低测量误差，应选择适当的测量参数和测量方式。

此外，在进行测量之前，需要通过对样本进行验证或重复测量并检查结果来评估BIA设备的准确性。

以下是一些影响BIA测量准确性和精度的因素：1. 体内水分含量：由于组织的水分含量在一定程度上影响组织的电导性和阻抗，因此测量前应注意体内的水分含量，以便更准确地评估体脂率。

2. 测量频率：偏高或者偏低的测量频率可能导致体内水分含量的变化，从而影响BIA测量结果的准确性。

3. 配置电流强度：测量设备的配置电流应根据被测样本的性质进行调整，过大或者过小的电流强度可能会导致测量结果的精度下降。

生物电阻抗法(BIA)测量学生人体成分的应用性研究(一)作者：何春林平越顾秀华左坤来源：《职业时空》2011年第09期摘要：运用文献资料法分析人体成分的变化对体质健康状况的影响，阐明研究身体成分的意义，以数据分析学生体质健康状况，对各种测量和评价身体成分的方法进行了综合阐述，探讨水下称重法、DEXA、BMI、皮褶法等测量方法的优缺点。

通过分析，得出这些方法中存在操作复杂、准确度不高、影响因素多、设备成本费用高等诸多因素，不适合学生群体进行身体成分测试。

关键词：身体成分；学生体质；测量方法随着科学技术的日益进步以及经济的快速发展，人们的生活水平日益提高。

富裕的生活给人们带来的不仅仅是富足，更多的是由于不注意生活习惯而带来的健康问题。

体质健康状况逐年下降，超重和肥胖的发生率与日俱增，各种代谢类疾病的趋于年轻化，2002年我国人群的超重率为17.6%，肥胖率为5.6%，比1992年几乎翻了一倍［1］。

体质健康状况下降给个人的生活带来极大的不便和健康隐患，更为社会增添了许多额外的负担。

资料显示，由超重和肥胖引发的高血压、糖尿病、冠心病和脑猝等疾病造成的直接经济负担高达211.1亿元人民币，占其直接疾病负担的25.5%［2］。

体质健康状况逐年下降已经成为现实和必须面对的问题。

一、研究身体成分的意义人体成分测量与研究已广泛应用于运动医学、康复医学、临床医学、体育科研、医疗体检、国民体质监测、健身美体医学等多个领域。

人体成分（Body Composition）是指组成人体各组织器官的总成分，其总重量就是体重，它包括脂肪成分和非脂肪成分两大类，前者重量称为体脂重，体脂重量占体重的百分比是体脂率，后者包括内脏、骨骼、肌肉、水份、矿物盐等各种成分的重量，又叫瘦体重或去脂体重。

身体成分是反映人体生长发育内在结构比例特征的指标，人体内在结构成分不同，机能运动也各不相同，而且在各个成分之间要有一定的比例，才能维持正常的生理机能。

bioelectric impedance analysis bioelectric impedance analysis（生物电阻抗分析）是一种测量人体组织中电流通过的方法。

它是一种常见的非侵入性技术，用于评估人体组织中的脂肪含量、肌肉质量和身体液体等。

第一步：简单介绍生物电阻抗分析生物电阻抗分析是一种通过在人体中施加微弱电流来测量电流通过的技术。

这种电流通过电极放置在人体上的特定位置，从而测量组织对电流的阻抗。

根据电流通过的难易程度，可以推断出组织的脂肪含量、水分含量和肌肉质量。

第二步：生物电阻抗分析的原理和方法生物电阻抗分析是基于人体组织对电流的阻抗属性来测量的。

人体组织主要由细胞、水分和脂肪组成，而这些成分对电流的通过有不同的阻抗。

生物电阻抗分析经常使用双频率或多频率电流，在人体上的特定位置放置电极。

通常在脚掌和手掌间测量电流的通过，因为这两个部位的身体组织含水量较高，可以提供更精确的测量结果。

测量过程中，电流经过人体组织后，根据电流通过的难易程度，测量仪器可以计算出脂肪含量和肌肉质量的估算值。

这是因为脂肪组织对电流的阻抗较低，而肌肉组织对电流的阻抗较高。

第三步：生物电阻抗分析的应用生物电阻抗分析广泛应用于健康领域，例如体重管理、营养评估和运动训练等。

1. 体重管理：通过测量体脂含量，生物电阻抗分析可以帮助人们了解自己的体脂百分比。

对于想要减重或控制体重的人来说，这些信息可以指导饮食和运动计划。

2. 营养评估：生物电阻抗分析可以测量人体的瘦体重和水分含量，从而评估人体的营养状况。

通过监测这些指标，医生和营养师可以为个体制定个性化的饮食计划。

3. 运动训练：生物电阻抗分析可以帮助运动员和健身爱好者监测肌肉质量的变化。

通过定期测量肌肉质量的变化，运动员可以了解自己的训练效果，并相应地调整训练计划。

第四步：生物电阻抗分析的优缺点尽管生物电阻抗分析是一种便捷且非侵入性的技术，但它也有一些优缺点。

生物电阻抗生物电阻抗是一种用来描述生物体组织对电流通过的阻力的物理量。

在医学领域，生物电阻抗的研究在诊断、治疗和监测疾病方面发挥着重要作用。

本文将介绍生物电阻抗的概念、原理、应用和未来发展方向。

概念生物电阻抗是指生物组织对电流通过的阻力。

生物体内不同类型的组织（如血液、肌肉、骨骼等）对电流的传导能力不同，因而有不同的电阻抗。

通过测量生物体对电流的阻抗，可以获取有关生物组织结构和功能的信息。

原理生物电阻抗测量的原理是利用电极在生物组织表面施加电流，然后测量电流通过组织时的电压变化。

通过欧姆定律可以计算出生物组织的电阻抗值。

生物电阻抗与组织的导电性、形状、大小和脂肪含量等因素有关。

应用医学诊断生物电阻抗技术在医学诊断中被广泛应用。

例如，生物电阻抗成像技术（BIA）可以用来评估人体的体脂含量、肌肉质量等生理参数，帮助医生确定患者的健康状况。

生物学研究生物电阻抗还可以应用于生物学研究领域。

研究人员可以利用生物电阻抗技术研究细胞的电导率、细胞膜通透性等生理特征，从而深入了解生物体内部的微观结构和功能。

未来发展方向随着科技的不断进步，生物电阻抗技术将会在医学诊断、生物学研究等领域发挥更加重要的作用。

未来，研究人员可能会进一步探索生物体组织对不同频率、波形电流的响应特性，以提高生物电阻抗技术的分辨率和准确性。

结论生物电阻抗是一种重要的生物物理学参数，可以用来评估生物组织的结构和功能。

通过生物电阻抗技术的研究和应用，我们可以更好地理解生物体内部的生理过程，为医学诊断和生物学研究提供重要的参考依据。

希望未来生物电阻抗技术能够取得更大的突破，为人类健康和科学研究做出更大的贡献。

生物电阻抗测量实验的设计与研究
毛光金;沈林勇;张煜辉;金定毅
【期刊名称】《工业控制计算机》
【年(卷),期】2014(027)001
【摘要】生物电阻抗法测量生物组织的电特性参数,是近年来发展起来的一种新方法.该技术利用生物组织的电特性及其变化提取与人体生理、病理状况相关的生物医学信息的一种无损伤检测技术.详细介绍生物电阻抗测量实验的电路、电极的设计以及计算方法的研究,实现对生物病变组织的实时在线测量与分析.
【总页数】3页(P57-58,60)
【作者】毛光金;沈林勇;张煜辉;金定毅
【作者单位】上海大学机电工程与自动化学院,上海200072;上海大学机电工程与自动化学院,上海200072;第二军医大学第一附属医院神经外科,上海200433;上海大学机电工程与自动化学院,上海200072
【正文语种】中文
【相关文献】
1.低成本生物电阻抗测量模拟前端AFE4300及其应用 [J], 张弦
2.多频率激励生物电阻抗测量方法的研究 [J], 庄翠芳;阳波;牛俊泽
3.多通道生物电阻抗测量系统的设计与开发 [J], 卜世俊;张伟;李思君;张振宇
4.生物电阻抗测量技术临床应用与研究进展 [J], 劳期迎;曹殿青
5.生物电阻抗测量方法进展及应用 [J], 孙中标;叶继伦;张旭;罗珺涵;车晓漫;吴柔
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生物电阻抗测量技术生物电阻抗测量技术，听起来是不是特别高大上？其实啊，它就像一个超级侦探，在我们的身体里探寻各种秘密呢。

咱们先来说说这生物电阻抗测量技术到底是个啥。

简单来讲，就好比电流在咱们身体里走一趟，身体里不同的组织啊，就像不同的路况。

肌肉啊、脂肪啊、水分啊，这些对电流的阻碍都不太一样。

就像走在平坦的马路上和走在坑坑洼洼的小路上，感觉肯定不一样，电流也是这样。

这技术就是通过测量电流在身体里遇到的不同“路况”，来了解身体里的各种情况。

这技术在健康监测方面可太有用了。

你想啊，现在好多人都关心自己的身体，想知道自己到底是胖是瘦，胖在哪里瘦在哪里。

这生物电阻抗测量技术就能清楚地告诉你身体里脂肪和肌肉的比例。

比如说，你感觉自己最近好像胖了，可又不知道是多了几斤肉还是多了几斤水膘。

这时候啊，这个技术就像一个精准的秤，能把你身体里的这些成分分得明明白白。

它可比那种普通的体重秤厉害多了，体重秤只能告诉你一个数字，这个技术能告诉你数字背后的秘密呢。

再说说在医疗领域的应用吧。

医生们有时候就像在黑暗中摸索的人，需要各种工具来帮助他们找到病因。

生物电阻抗测量技术就像一盏小灯。

比如说，当身体某个部位出现水肿的时候，这个部位的电阻抗就会发生变化。

就像一条小河突然变宽了，水流的阻力就不一样了。

医生通过这个技术就能快速发现身体里这些不正常的变化，就像顺着蛛丝马迹找到小偷一样，然后就能更准确地进行诊断和治疗了。

那这个技术在运动领域呢？这对那些健身爱好者来说，简直就是个私人教练啊。

你在健身房里挥汗如雨，想知道自己的训练效果怎么样。

这个技术就能告诉你肌肉是不是增长了，脂肪是不是减少了。

它就像一个贴心的小助手，时刻关注着你的身体变化。

你看那些运动员，他们都特别注重身体成分的分析，这个技术就能让他们清楚地知道自己的身体处于什么状态，就像给他们的身体画了一张详细的地图。

不过呢，这生物电阻抗测量技术也不是完美无缺的。

有时候啊，就像再好的相机也有拍不清楚的时候。

29Journal of China Prescription Drug Vol.17 No.2·综述·生物电阻抗测量技术也称为生物医学电阻抗成像技术，是一种利用生物细胞内液与细胞外液导电性检测人体组织或器官功能改变的诊疗新手段。

其理论基础是人体所含的大量细胞内液及细胞外液均具有导电性，在交流电激发下，生物组织产生复杂的电阻抗，其取决于组织组成、结构、健康状态和应用信号频率，因此生物电阻抗方法可以用于非侵入性组织表征[1]。

由于这些组织参数的阻抗响应随施加信号的频率而变化，因此在宽频带上进行的阻抗分析提供了关于组织内部的更多信息，这有助于我们更好地理解生物组织的解剖学、生理学和病理学，并且生物电阻抗测量技术具有无创、快速、相对成本低、安全、操作简便、可重复性高和反应信息丰富、易被医生和患者接受等优点，所以生物组织的电阻抗被挖掘分析，是一种用于非侵入性生理或病理学研究的有效工具。

近些年来，随着科学技术的高速发展，生物电阻抗的研究不断被深入挖掘，其技术检测的手段也不断完善和多元化，生物电阻抗测量技术已成为辅助临床诊疗中一种新兴技术并得到广泛应用。

本文主要回顾了生物电阻抗在呼吸监测、脑心肺血流图、人体成分分析、断层成像技术等不同领域的应用，并通过探讨了其中工作原理、优点和缺点、技术问题现状和未来趋势，提出电阻抗技术的发展前景。

1 生物电阻抗测量系统生物电阻抗测量技术发展几十年来，其测量办法从电桥法、调制法，发展到现在最常用的恒压或恒流源法。

而恒压或恒流源法根据检测的路数与电极的位置，可分为传统二电极法、传统四电极法、两路检测信号法（四电极）、两路检测信号（八电极）、三路检测信号（六电极）、四路检测信号（八电极）。

从频率角度，由采用单一恒定频率的电流通过生物组织进行测量的单频率测量方法，发展到输入不同频率的电流或电压而进行的多频率测量方法。

生物电阻抗的测量在不同的频段测量方法不同，测量人体的不同部位时方法也不尽相同，但总体测量结构大致如图1。

基于生物电阻抗的体脂测量方法与系统研究1. 引言体脂测量是评估人体健康状况和肥胖程度的重要手段之一。

传统的体脂测量方法如皮褶厚度测量和双能X射线吸收法存在一些局限性，如操作繁琐、时间消耗大、辐射风险等。

而基于生物电阻抗的体脂测量方法由于其非侵入性、简便易行等优势，近年来受到了广泛关注。

本文旨在系统研究基于生物电阻抗的体脂测量方法与系统，为人们提供一种准确、便捷的评估个体肥胖程度和健康风险的手段。

2. 基本原理2.1 生物电阻抗生物电阻抗是指人体组织对交流电流通过时所产生的阻力和反应。

人体组织由多种组分构成，如骨骼肌、皮下脂肪等，其对交流电流具有不同的导电能力。

通过在人体上施加微弱交流电流，并通过测量所产生的电压变化，可以计算出不同组织对电流通过时所产生的阻力值，从而推算出体脂含量。

2.2 电流传输路径电流在人体内传输的路径主要有两条，一条是经过细胞内液体，另一条是经过细胞外液体。

细胞内液体主要是细胞质和细胞核内的液体，其含有较高的电解质浓度；而细胞外液体则包括血浆和间质液等，其含有较低的电解质浓度。

由于电解质浓度的差异，导致了两条传输路径对电流的阻抗不同。

3. 仪器与方法3.1 仪器基于生物电阻抗的体脂测量方法主要依赖于生物阻抗仪。

生物阻抗仪由交流源、测量电极和数据处理系统等组成。

交流源用于产生微弱交流电流，测量电极则与人体接触以采集所产生的电压变化信号。

数据处理系统则对采集到的信号进行处理和计算。

3.2 测量方法基于生物阻抗仪进行体脂测量时，通常需要在人体上放置多个测量电极以覆盖不同部位组织。

常用的测量位置包括手腕、手指、脚踝等。

通过在不同位置施加交流电流，并测量相应的电压变化，可以计算出不同部位的电阻值，从而推算出体脂含量。

4. 影响因素4.1 年龄和性别年龄和性别是影响体脂含量的重要因素。

随着年龄的增长，人体肌肉含量逐渐减少，而脂肪含量逐渐增加。

此外，女性相比男性在同样年龄下一般具有更高的体脂含量。

生物电阻抗检测技术及其应用1.引言1.1 概述概述生物电阻抗检测技术是一种通过测量生物体对电流的阻抗来研究生物体特性的方法。

生物电阻抗是指生物体组织对电流的阻碍程度，可以提供诸如生物体组织阻抗、体液浓度、细胞结构和功能等信息。

近年来，随着电子技术和医学科学的迅速发展，生物电阻抗检测技术在医学领域和生物体成分分析中得到广泛应用。

生物电阻抗检测技术的工作原理基于生物电学理论，根据生物体组织的电导率差异来测量电流通过生物体的难易程度。

电阻抗测量方法包括直流电阻抗和交流电阻抗两种。

在直流电阻抗测量中，通过测量电流通过生物体所产生的电压差来计算阻抗值；而在交流电阻抗测量中，通过测量交流电流和电压之间的相位差来计算阻抗值。

生物电阻抗检测技术在医学领域有着广泛的应用。

例如，在疾病诊断和治疗中，可以利用生物电阻抗技术来监测生物体组织的变化，如肌肉疲劳、器官功能障碍等。

此外，生物电阻抗检测技术还可以用于身体健康监测、药物代谢研究和体液分析等方面，为医学科学的发展提供了有力的工具。

另外，生物电阻抗检测技术在生物体成分分析方面也发挥着重要作用。

通过测量电阻抗值，可以推断和分析生物体组织的成分，如脂肪含量、肌肉含量、水分含量等。

这对于体育训练、健身管理和营养评估等方面具有重要的意义。

总之，生物电阻抗检测技术作为一种非侵入性、实时监测的方法，具有广泛的应用前景。

在医学领域和生物体成分分析中，它为我们深入了解生物体的结构、功能以及相关疾病的发生机制提供了重要的工具和手段。

随着技术的不断发展和创新，相信生物电阻抗检测技术在未来还会有更加广泛的应用。

文章结构部分的内容可以按照以下方式编写：1.2 文章结构本文分为三个主要部分，分别是引言、正文和结论。

引言部分主要对生物电阻抗检测技术进行了概述，并介绍了本文的目的。

首先，文章会简要说明什么是生物电阻抗检测技术，以及它在医学领域和生物体成分分析方面的重要性。

其次，文章将描述本文的结构，即各个章节的主要内容和组织安排。

人体生物电阻抗的脉冲式检测方法及其应用
1、引言
在人体成分的研究中，测量人体生物电阻抗值可以得到水分、脂肪等与人体健康状况有关的信息，对人身体状况的监视、疾病的早期诊断有着重要的意义[1]。

人体组织的电阻抗特性比一般物体要复杂得多，最明显的特点是电阻抗的值会随着测量频率的变化而变化。

这是由于人体细胞内液体组织不是简单的表现为电阻的特性，细胞内水分与细胞膜的作用更多是以电容的特性存在。

显然，CPE环节的存在，使得人体的生物电阻抗原则上无法用简单的R、C元件所组成的集总参数电路模型来描述。

传统的人体生物电阻抗检测采用单频法，即只在一个固定频率下，利用正弦波信号进行测量，一般只测量电阻抗的模，所以实现简单，很适合在便携仪器上推广。

但是，单频法无法将CPE的影响表现出来，测量结果容易出现较大的误差。

为了能够更准确地得到人体生物电阻抗的信息，需要有一种可同时检测多个频率点电阻抗的方法。

脉冲式检测法是近几年发展起来的一种无损检测方法。

利用脉冲信号中所含有的多谐波频率成分，能够比正弦波信号激励提供更多的信息，并拥有更快的响应速度。

本文研制了一种以现场可编程门阵列（FPGA）为核心的脉冲式检测系统，利用该系统，对电阻抗的脉冲式检测方法的可行性进行了分析研究，在此基础上，对人体皮肤水分的脉冲式检测方法进行了实验分析。

2、电阻抗的脉冲式测量原理
方波脉冲信号作为电阻抗测量的激励源，波形稳定，易于同数字电路结合实现，且具有较宽的频谱，在防止被测单元极化的同时，能够得到多频率点。

基于MATLAB的生物电阻抗谱数据处理方法研究基于MATLAB的生物电阻抗谱数据处理方法研究本文研究的是基于MATLAB的生物电阻抗谱数据处理方法。

综合设计了生物电阻抗谱数据处理结构以及GUI用户访问界面结构,对生物电阻抗谱的数据处理方法准确把握,采用最小二乘和最小一乘拟合法达到了Cole-Cole拟合的效果并成功提取了Cole参数,通过MATLAB编程最终实现了可视化操作的BIS数据处理系统。

本文具体工作如下:首先,论文对生物电阻抗的概念、基本理论,生物电阻抗测量技术的发展以及目前的应用领域做了简要说明,指出生物电阻抗谱特征参数τ、R0、R∞和α是分析生物体的变化规律的重要依据,并总结了国内外对生物电阻抗谱特征参数提取的方法:主要有最小二乘和最小一乘两种方法。

其次,根据生物电阻抗特征方程四个参数τ、R0、R∞和α的求解思路,研究了具体算法。

首先在经典最小二乘曲线拟合的基础上,设计了基于最小二乘的阻抗模型,旨在避免对目标参数迭代求解,而是通过构造矩阵求解阻抗模型参数的定值,间接求出目标参数和Cole参数;在最小一乘曲线拟合中,由于绝对值的存在使其直接进行迭代求解很困难,因此设计了退火算法应用于最小一乘拟合。

对两种参数提取方法均设计出了算法流程图和MATLAB程序代码。

本文还设计了最小二乘与最小一乘拟合Cole-Cole圆的对比试验,得出结论最小一乘相比于最小二乘对含有异常值的小样本表现出更好的鲁棒性。

再次,构造了生物电阻抗数据处理结构,设计了基于MATLAB的生物电阻抗数据处理图形用户界面(GUI)用户访问界面结构。

GUI界面设计主要包括主界面、绘图界面以及Cole-Cole拟合界面,实现的数据处理功能包括文件管理、频谱图绘制、最小二乘/最小一乘Cole-Cole拟合算法以及τ、R0、R∞和α四个特征参数的计算等功能。

详细介绍了GUI界面的使用方法以及各模块中功能实现的核心MATLAB程序。

最后,通过处理注水肉BIS 实测数据来验证GUI数据处理界面的可行性。