基于多周期欠采样技术的生物电阻抗成像硬件系统

姓名：袁亚南学号：0743032052 班级：07303042生物阻抗特性及测量的国内外现状生物阻抗：人类很早就了解到生物的电阻特性，也给出了生物体产生电阻的原因：它是当细胞内外液中电解质离子在电场中移动时，黏滞介质和狭小管道对离子运动的阻碍作用所致。

进一步的研究表明，当低频电流通过时，生物结构具有更为复杂的电阻性质，可分解为不随时间变化的分量和随时间变化的分量。

前者就是普通的直流电阻成分，在一定限度内阻值保持不变，电流与电压呈线性关系，起变阻器作用；后者随外加电压时间的延长，电流和电压的变化呈非线性变化，即具有交流电阻抗特性（或成分），起滤波器的作用。

目前，这两种作用是解释神经和肌肉等组织兴奋和冲动的基础。

在描述物质的电阻特性时，有两个重要的概念：一是电阻率；二是电导率。

它们之间互为倒数，都是表示物质导电性能的物理量。

表5.1中列出了一些生物组织的电阻率和电导率。

可以看出，人体内各种组织的电阻率极不相同，血清电阻率最低，肌肉次之，肝、脑等组织的电阻率稍高，脂肪和骨骸的电阻率最高，肿瘤组织与正常组织亦有差别，在身体内这些组织交叉组合形成了非均质导体。

生物膜具有电容特性，有关研究表明，生物膜不但具有静态电容性质，而且还具有极化电容性质，即当外加交流电时，生物膜的电容率不仅变化，膜的电容值也要发生变化。

有关细胞的许多电特性研究表明，一般活细胞表面带有负电荷，细胞内部电场为零，内部为等势区，只是在细胞膜上存在电场，因此细胞膜可以看作是一个电容器。

1925-1927年，H ·弗里克用阻抗法测出狗的红电球细胞单位面积的电容值为0.81μF ·cm -2，根据实验结果，弗里克提出了他的假设，认为多数类型细胞膜为一球形膜，膜是由双分子层脂类分子组成，其相对电容率为εr =3。

根据球形电容器公式可知，膜单位面积的电容公式为 d C rm εε0=通过上式可得细胞膜的厚度为d ≈3nm 。

而现代测量手段（如X 射线和电镜等）测出的各种细胞膜厚度为7～10.5nm ，结果不相吻合，这说明弗里克假设的细胞膜结构存在缺陷。

基于AD5933的高精度生物阻抗测量方法引言：生物阻抗测量技术广泛应用于生物医学领域，可以用于非侵入性的检测人体组织的电特性，对疾病的早期诊断、治疗效果评估等方面有重要意义。

AD5933是一种高精度的阻抗测量芯片，能够实现高精度、快速的生物阻抗测量。

本文将介绍基于AD5933的高精度生物阻抗测量方法。

一、AD5933芯片介绍AD5933是一种可编程频率扫描阻抗测量器，内部集成了数字锁相放大器、数字控制功能和频率合成器。

它通过编程控制可以实现频率扫描、数据采集、数字滤波等功能，具有高精度、低功耗的特点。

AD5933在生物阻抗测量方面有广泛的应用。

1.系统硬件构建高精度生物阻抗测量方法的系统硬件主要包括AD5933芯片、电极、集成放大器和微控制器等。

其中，AD5933芯片负责控制测量流程和采集数据，电极用于与被测生物组织接触，集成放大器用于放大电压信号，微控制器用于控制AD5933芯片和处理采集数据。

2.测量流程设计测量流程主要包括以下步骤：（1）设置AD5933的输出频率范围和扫描步长。

（2）给被测生物组织施加一个小幅度的交流电压信号。

（3）采集交流电压信号和电流信号，并计算生物组织的阻抗值。

（4）根据测量结果计算生物组织的电特性参数，如电阻、电容和电感等。

3.数据处理方法数据处理方法主要包括以下几个方面：（1）对采集到的电压和电流信号进行滤波处理，降低噪声干扰。

（2）采用积分算法或离散傅里叶变换等方法计算生物组织的阻抗值。

（3）使用拟合算法对测量结果进行拟合，得到生物组织的电特性参数。

4.精度提高方法为了提高测量的精度，可以采取以下方法：（1）选择合适的测量频率范围和步长，以覆盖生物组织的阻抗变化范围。

（2）增加采样率，提高数据采集的精度。

（3）优化滤波算法，降低噪声干扰。

（4）加入自动校准功能，减少系统误差。

结论：基于AD5933的高精度生物阻抗测量方法能够准确、快速地测量生物组织的电特性，具有广泛的应用前景。

低成本生物电阻抗测量模拟前端AFE4300及其应用张弦【摘要】生物电阻抗分析人体健康信息检测方面具有重要的应用价值.利用单芯片模拟前端AFE4300设计了一款人体生物电阻抗检测单元,并利用人体阻抗模拟网络对该检测单元进行了验证.验证结果表明,该系统幅值相对误差不超过1.5％,相位角最大误差不超过0.8°,该检测单元硬件结构简单,可用于低成本、小型化生物电阻抗相关健康检测产品开发.【期刊名称】《安徽电子信息职业技术学院学报》【年(卷),期】2018(017)004【总页数】5页(P33-37)【关键词】生物电阻抗;单芯片;低成本;多频复阻抗【作者】张弦【作者单位】安徽省食品药品审评认证中心, 安徽合肥 230051【正文语种】中文【中图分类】TP806引言生物电阻抗信号是人体生物信号中的一个重要参数，生物电阻抗测量技术具有无创、廉价、功能信息丰富和操作简单的优点，在生物医学工程上有着重要的研究和应用价值[1-4]。

目前人们对生物电阻抗测量技术进行了诸多研究[5-7]，但大部分采用的是单频测量技术，且测试电路复杂，生物电阻抗测量研究向小型化、复阻抗方向发展[8-10]。

本文并以TI公司的集成前端模拟芯片AFE4300为阻抗测量模块，设计出一种生物电阻抗的检测单元，实现多频激励的生物电阻抗测量。

一、测量方法（一）芯片特点AFE4300是德州仪器最新推出的一款高精度低功耗前端解决方案集成芯片，该芯片集成了两个单独的信号链，一个用来重量测量，另一个则是采用16位860sps ADC进行人体成分分析。

器件中的三个BCM通路允许对身体手和足间的部分身体阻抗进行分析(BIA)，从而得出人体成分的全图。

器件的工作电压2 V～3.6 V，主要用于衡器和人体成分测量。

利用AFE4300可以测量手到手、脚到脚、手到脚之间的电阻抗，它的主要特点有：精度高，AFE4300的四电极测量技术可以降低电极接触阻抗对准确度的影响；功耗低，AFE4300的工作电流损耗低于1mA，电源电压的范围在2V-3.6V之间；体积小，AFE4300采用12mm*12mm TQFP-80封装，集成了生物电阻抗测量方法的信号发生模块，放大模块，IQ解调模块，ADC模块等多个部分，减少了生物电阻抗测量系统的外围硬件电路。

基于多周期积累的机械扫描被动测向方法研究吕钢;赵鑫;郭琳琳【摘要】基于多周期积累的算法思想主要包含多周期幅度加权法和α-β延迟滤波两个相互承应的部分,前者通过对N个历史周期截获辐射源包络的最大幅度的积累,提高了处理得益;后者一方面对前者的延迟缺陷作了补偿,另一方面完成了前者的单次测向结果作平滑滤波.同时给出了多周期幅度加权法导致的延迟周期数与历史截获情况的关系,最后通过试验分析验证了该机械扫描被动测向方法.【期刊名称】《雷达与对抗》【年(卷),期】2014(034)004【总页数】5页(P42-45,58)【关键词】雷达;测向;多周期积累;幅度加权;延迟滤波【作者】吕钢;赵鑫;郭琳琳【作者单位】中国船舶重工集团公司第二二四所研究所,南京211153;中国船舶重工集团公司第二二四所研究所,南京211153;中国船舶重工集团公司第二二四所研究所,南京211153【正文语种】中文【中图分类】TN957.52由于辐射源天线扫描速度与被动探测雷达天线扫描速度的不一致和时间上的不相关，两者天线方向图之间的互相调制将不可避免地导致被动雷达截获的辐射源脉冲幅度起伏加剧，从而导致接收到的最大幅度所对应的方位不一定就是辐射源的真实方位；同时，由于天线副瓣、旁瓣、背瓣，以及地物及海面反射和多径效应等因素的影响，会进一步地扩大被动探测雷达在一个天线周期内对辐射源目标的测向误差，甚至造成同一辐射源目标的分裂。

传统的起始终止算法已经不能满足这种情况下的测向精度需求。

被动探测雷达对辐射源目标的方位测量与跟踪算法主要包括起始终止法、平均值法、滑窗平均滤波、最小二乘拟合等。

当目标处于静止状态时，上述方法利用对目标的方位进行多次测量取平均的方法以平滑各种因素造成的目标方位的抖动，降低方位测量的均方根误差，具有一定的实际应用效果。

而当目标处于运动状态时，平均值法等将造成目标方位的滞后效应，从而影响对目标的测向精度，进而降低被动探测系统对目标的定位精度。

电阻抗断层成像硬件系统
尤富生
【期刊名称】《国外医学：生物医学工程分册》
【年(卷),期】1998(021)003
【摘要】本文主要回顾了目前已报道的电阻抗断层成像硬件系统性能及参数，给出了ＥＩＴ硬件系统的基本结构框图，对激励电路，测量电路等主要功能单元的结构及性能进行了分析。

【总页数】6页(P134-139)
【作者】尤富生
【作者单位】陕西西安第四军医大学生物医学工程系
【正文语种】中文
【中图分类】R318.04
【相关文献】
1.磁感应断层成像硬件系统与实验的研究进展 [J], 王雷;刘锐岗;周伟;董秀珍
2.基于多周期欠采样技术的生物电阻抗成像硬件系统∗ [J], 侯海岭;王化祥;陈晓艳
3.在体兔脑组织电阻抗频率特性测量及电阻抗断层成像 [J], 吴小明;董秀珍;秦明新;王跃民
4.生物组织复电阻抗频谱测量及电阻抗断层成像系统的研究 [J], 付峰;臧益民;董秀珍;朱妙章;秦明新;王跃民
5.一个32电极电阻抗断层成像硬件系统 [J], 尤富生;董秀珍;秦明新;史学涛;汤孟兴;刘锐岗
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用于生物阻抗测量的同步多通道高精度恒流源
李刚;郝丽玲;邢佳;林凌
【期刊名称】《电子产品世界》
【年(卷),期】2012(19)3
【摘要】针对生物电阻抗测量和成像系统的激励源须满足两路以上同步输出、高频率精度、各路相位独立可调、输出为恒流性质等特殊要求,本文分析了多极共用时钟的DDS芯片作为生物电阻抗测量和成像系统激励源的应用优势,设计了以AD9959为核心的用于生物阻抗测量或成像系统的恒流驱动信号源.设计的信号源四通道输出同步,频率精度为0.0058Hz,各通道相位分别可调且最小步长为0.022°,幅值分辨率可达9.8μA,控制方便,电路简单.
【总页数】4页(P35-38)
【作者】李刚;郝丽玲;邢佳;林凌
【作者单位】天津大学天津市生物医学检测技术与仪器重点实验室,天津300072;天津大学天津市生物医学检测技术与仪器重点实验室,天津300072;天津大学天津市生物医学检测技术与仪器重点实验室,天津300072;天津大学天津市生物医学检测技术与仪器重点实验室,天津300072
【正文语种】中文
【相关文献】
1.用于电磁感应阻抗测量的高精度鉴相器 [J], 秦明新;王聪;董秀珍;尤富生;史学涛;刘锐岗;付峰
2.自适应逆控制原理应用于高精度恒流源 [J], 王贵恩;康实;邱晓毅
3.基于AD5933的高精度生物阻抗测量方法 [J], 林凌;王斯亮;李刚
4.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
5.用于生物医学成像的多通道高精度TDC芯片设计 [J], 王雷;魏廷存;郑然
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用笔记本电脑构建生物阻抗记录仪——基于虚拟仪器技术翁剑枫;戴备军;钟海伟【摘要】运用虚拟仪器技术研制一种基于笔记本电脑的便捷式生物阻抗记录仪,其目的在于使医生在医学实验中可方便地测定、记录动物活体心肌组织的阻抗特性变化,以揭示生物阻抗变化与生物组织的病理特征之间的相关性.系统利用美国NI公司的虚拟仪器技术,由带PCMCIA插槽的笔记本电脑和NI多功能数据采集卡构建二线制阻抗测量系统,通过软件编程按设定的频率提供强度可控的被测生物组织激励信号,再通过DAQ采集被测生物组织的电压信号,计算测定出被测生物电阻抗(模).此系统已经浙江省人民医院心胸外科成功地试用于动物实验中,可对心肌阻抗值变化进行全程记录,而记录数据还可进一步予以离线分析处理,因而该系统非常适用于生物阻抗变化与生物病理特征相关性的医学研究.【期刊名称】《浙江科技学院学报》【年(卷),期】2012(024)001【总页数】7页(P20-26)【关键词】心肌阻抗;阻抗测量;虚拟仪器;数据采集卡【作者】翁剑枫;戴备军;钟海伟【作者单位】浙江科技学院信息与电子工程学院,杭州310023;浙江省人民医院心胸外科,杭州310014;浙江科技学院信息与电子工程学院,杭州310023【正文语种】中文【中图分类】R318.11生理电阻抗的研究始于19世纪末20世纪初。

生物阻抗（bio-impedance）技术［1-4］指利用生物组织与器官的电阻抗特性及其变化提取相关生理或病理信息的一种检测技术。

研究表明，生物电阻抗对体液变化极为敏感。

因此，生物阻抗技术被认为在医学中具有广阔的应用前景。

它可用于人体心、肺、脑功能的评价，或从中提取人体组织和器官功能信息，已有的应用如阻抗血流图、阻抗成像技术等。

生物电阻抗技术的基本测量方式［4］通常是四电极测量系统，其中一对电极向被检测生物组织施加安全的交流激励电流（或电压），另一对电极检测被测组织的电阻抗或阻抗变化，根据不同的应用目的，研究阻抗或阻抗变化情况，从而获取相关的生理和病理信息。

第32卷第1期2011年1月微 计 算 机 应 用M I C ROCOM P UTER APPL I C AT I O NSV ol 32N o 1Jan 2011基于FPGA的生物电阻抗成像系统激励源设计与实现*陈晓艳 吴佳妮(天津科技大学 电子信息与自动化学院 天津 300222)摘要:设计并实现一种基于FPGA的生物电阻抗断层成像系统的激励源,带宽为33KH z且相位可调。

在N otepad++中根据P icoB l aze指令系统编写控制代码,经K CPS M3编译生成用户程序,采用中断方式控制数模转换并按设定频率对输出信号进行采样,经巴特沃斯二阶低通滤波输出。

结果:仿真与实验结果证明了该方法有效、可行。

本文为生物电阻抗断层成像系统激励源的设计实现提供了一种新方法,具有编程量小、开发时间短及出错概率低的优势。

关键词:电阻抗成像系统 激励源 FPGA 巴特沃斯滤波器FPGA Based Excitati on Source i n B io medicalE l ectrical I mpedance To m ography Syste mC HEN X iaoyan,WU Jian i(T ianji n U n i versity o f Sc i ence&T echno logy,Schoo l o f E l ec tron i c and A uto m ati on,T ian jin,300222,Chi na)Abstrac t:Sub j ect:A n exc itati on source for bio m edical e l ec trical i m pedance tomog raphy syste m based on FPGA is desi gned and i m ple m ented w ith33KH z bandw idt h and ad j ustab l e phases M ethod:Codes are prog ramm ed by P icoB l aze i nstructi ons by N otepad++,and comp iled t o use r prog ram s by K CPS M3asse m bler D i g ita l-ana l og conv ers i on i s carried out i n i nterrupti on subrouti ne,and t he output d i g ita l si gnals are sa m pled at the setti ng frequency,and filtered by a second-order Butte r wo rt h l ow-pass filter R esults:the propo sed m ethod offer a nove l effec ti ve and feasible approach to sa tisfy the require m ents of ex cita ti on source i n bi o electr i ca l i m pedance to m o g raphy syste mK eywords:E lectr ica l i m pedance to m ography,ex cita tion source;FPGA,Bu tter w orth filter电阻抗断层成像是继形态、结构成像之后,于近30年发展的新一代医学成像技术。

基于MC8051 IP核的多周期同步测频改进廖磊;谢征微;蒋涛【摘要】分析多周期同步测频原理及误差,在此基础上提出一种多周期同步测频的改进方法.该方法通过对标准频率计数值的修正,在不提高系统时钟频率和闸门时闻的前提下,实现了测量精度的提高,并详细分析了其测量误差.最后,讨论了在FPGA 中利用MC8051 IP核来实现真正意义的高性价比的SoPC频率测量问题.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2010(033)011【总页数】3页(P157-159)【关键词】多周期同步测频;频率测量;MC8051;IP核【作者】廖磊;谢征微;蒋涛【作者单位】四川师范大学,物理与电子工程学院,四川,成都,610066;四川师范大学,物理与电子工程学院,四川,成都,610066;四川师范大学,物理与电子工程学院,四川,成都,610066【正文语种】中文【中图分类】TM930 引言频率测量是现代电子测量中最常用的一种测试。

新型的频率计大多以可编程逻辑器件为核心，外置微控制器来控制系统的工作。

这种方式成本低廉，应用灵活，但系统复杂，集成度低，功耗较大。

随着PLD与EDA技术的发展，尤其是MCU IP核的发展，将处理器、数字逻辑，甚至存储器等嵌入到一块芯片之内，构建各种嵌入式系统和片上系统成为发展的必然趋势。

但广为人知的NiosⅡ，PowerPC,MicroBlaze,PicroBlaze等都需要容量巨大的RAM和FLASH才能正常运行，因此很难实现真正意义上的低成本和SoPC测频系统。

传统多周期同步测频法的相对误差仅由标准频率信号的频率和闸门开启时间决定。

标准频率信号的频率越高，闸门时间越长，则相对误差越小。

但频率的提高要受器件的工作频率限制，闸门时间的增长要求计数器有更长的字长，并且会降低测量速度。

文献[1-7]提出了全同步测频法，尽管可以大致消除±1个计数误差，但是难以实现被测信号与标准时钟的完全同步，测量时间无法预知。

生物电阻抗脑功能成像研究现状赵凯;严碧歌;杜柯;刘洋【期刊名称】《北京生物医学工程》【年(卷),期】2010(029)002【摘要】生物电阻抗成像技术在脑功能和脑疾病检测与监护中具有潜在的应用价值,并且具有无创伤、功能性、价格低、操作简便等优点,是目前生物医学工程的研究热点.本文主要介绍了生物电阻抗成像技术在脑功能和脑疾病成像的研究现状,并着重讨论了EIT(electrical impedance tomography,生物电阻抗断层成像)、MIT(magnetic induction tomography,磁感应电阻抗成像)、MREIT(magnetic resonance electrical impedance tomography,磁共振电阻抗成像)、MATMI(magnetoacoustic tomography with magnetic induction,磁感应磁声成像)技术在成像过程中的区别及今后有待近一步解决的理论与技术难题.【总页数】5页(P206-209,214)【作者】赵凯;严碧歌;杜柯;刘洋【作者单位】陕西师范大学物理学与信息技术学院,西安,710062;陕西师范大学物理学与信息技术学院,西安,710062;陕西师范大学物理学与信息技术学院,西安,710062;陕西师范大学物理学与信息技术学院,西安,710062【正文语种】中文【中图分类】Q64【相关文献】1.穴位配伍的脑功能成像研究现状 [J], 张继苹;曲姗姗;吴春晓;张少群;李志鹏;陈嘉荣;陈俊琦;欧阳怀亮;黄泳2.基于近红外脑功能成像技术的脑卒中研究现状 [J], 眭演祥;李春光;胡海燕;李娟;李伟达;郭浩;张虹淼3.针刺镇痛机制的磁共振脑功能成像研究现状 [J], 刘军平(综述);徐春生(综述);张威(综述);李传富(审校)4.光激活磁共振脑功能成像的研究现状及前景 [J], 吴瑞琪;李博;刘悦;徐富强5.生物电阻抗脑功能成像研究 [J], 秦明新;董秀珍因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

方波激励的生物电阻抗谱自动测试系统刘佳; 郑政; 吴永亮【期刊名称】《《北京生物医学工程》》【年(卷),期】2019(038)005【总页数】7页(P479-485)【关键词】生物电阻抗谱; 方波激励; 自动测试系统; 酵母细胞悬浮液【作者】刘佳; 郑政; 吴永亮【作者单位】上海理工大学上海 200093【正文语种】中文【中图分类】R318.040 引言分析生物组织或细胞的电阻抗谱（electric bioimpedance spectrum，EBS）可以获得其内部结构信息，而阻抗谱的测量具有无创、安全、简便、可实现在线测量等特点［1-3］，故EBS已经成为探究人体生理、病理状态信息的常用工具之一［4］。

阻抗谱的经典测试方法是稳态法，在感兴趣的范围内，用稳态正弦信号激励生物系统，通过分析其响应信号而得到阻抗谱［5-6］。

由于在每个测试频点上激励都需要持续较长的时间以保证信噪比，所以这是一种费时的方法［7-8］。

当需要观察生物系统的动态过程，比如细胞的运动过程或高压电脉冲过后细胞膜的恢复过程等，稳态法的测试速度可能无法超过生物系统的变化速度，因而不再适用［9-10］。

为满足动态系统EBS的测试需求，减少测量时间，近年来出现了许多基于时域的测试法，这些方法的共同特点是对被测生物系统施加短时宽频激励并分析其响应的频谱而获得阻抗谱［11-13］。

常用宽频激励信号包括短时脉冲、方波、调频信号、最大长度序列信号、多正弦激励信号、二进制多频信号等［14-16］。

在这些激励信号中，由于方波的产生简单可靠而且稳定性好，也是二进制信号的基础，所以使用非常广泛［17-18］。

但由于方波频谱下降比较快，单频方波无法满足生物系统EBS的带宽要求，文献［17］中提出了多频率方波分段测试的方法，从而兼顾测试速度和测试精度的要求。

为达此目的，需要设计一个自动测试系统，能够按照预先设置的频点自动产生方波激励，顺序进行频率转换，并在激励信号的触发下自动进行数据采集。

抗共模干扰能力强的生物电放大器
莫永良;黎萌
【期刊名称】《中国医疗器械杂志》
【年(卷),期】1992(016)002
【摘要】生物电的主要特点是:信号源内阻高,频率低,信号微弱(一般都在微伏级到毫伏级范围)。

我们设计了一个由七个F007运算放大器构成的生物电放大器,如图所示。

为提高输入阻抗,输入级由A_1和A_2构成同相并联型差动放大器。

本放大器的抗共模干扰能力之所以强。

【总页数】1页(P109)
【作者】莫永良;黎萌
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】R318.6
【相关文献】
1.测量放大器应用中的抗共模干扰 [J], 陆利忠
2.用差动放大器消除多点接地系统的共模干扰 [J], 樊锡德
3.可抗共模干扰的直流分量检测电路 [J], 王博
4.可抗共模干扰的直流分量检测电路 [J], 王博
5.抗共模干扰激光拍频法检验空间各向同性 [J], 陈绍光
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基于PCI总线和DSP技术的生物芯片测控与采集系统
柯学;罗正全
【期刊名称】《今日电子》
【年(卷),期】2003(000)010
【摘要】本文在介绍激光共聚焦生物芯片扫描仪结构原理基础上,论述了基于DSP 的PC测控采集技术、基于PCI总线的PC与DSP通信技术等关键技术.
【总页数】2页(P17-18)
【作者】柯学;罗正全
【作者单位】中国科学院光电技术研究所;中国科学院光电技术研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TP3
【相关文献】
1.基于PCI总线的双DSP数据采集系统 [J], 汪清;盛蕾
2.基于DSP的PCI总线数据采集系统的研究 [J], 黄涛;付胜波
3.基于PCI总线的高速DSP图像采集系统 [J], 黄洁
4.基于PCI总线多功能数据采集卡的风洞测控系统 [J], 朱博
5.基于PCI总线DSP数据采集系统设计 [J], 赖晓斌;胡泽;赖欣
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