[实用新型]基于频域宽带信号的生物阻抗测量系统

说明书

技术领域

本实用新型属于生物阻抗测量技术领域，尤其是涉及一种基于频域宽带信号的生物阻抗测量系统。

背景技术

生物阻抗测量是一种利用生物组织与器官的电特性及其变化规律提取与人体生理、病理状况相关信息的检测技术，具有无创、无害、廉价、操作简单和功能信息丰富等特点。在进行生物阻抗测量时，根据待测生物组织的频率特性，需要发射不同频率的正弦单音信号，每发一个单音正弦信号，测量一次生物组织在该频率下的幅度和相位，需要经过多次重复测量，才能得到所需的幅相响应。当需要频率精度较高时，往往一次完整的频域测量需要几百上千次单音测量的合成，这会导致速度非常慢。例如：在1KHz～2MHz内选取100个频率，通过数字频率综合器发单音信号，每发送一次单音，测量一次该单音信号的幅度和相位。100个频点需要测量100次才能完成全频段的扫描。因此，该现有方法一般存在一些不足：1)速度非常慢：在实际场景中，测试者手握探头，并判断探头与生物组织的接触情况，接触良好后保持一段时间以待测量完毕；如果测量设备需要测试者保持的时间大于1秒，测试者的肢体抖动便会影响测试结果，而传统的方法数据采集时间加上信号处理时间，远大于1秒；2)频率分辨力低：频率分辨力越高，能体现生物组织的频率响应细节，在做算法的数据拟合时能更精确，而更高的频率分辨力需要更多的频点，系统速度将更低。

而另一种方法是采用数模转换器发送脉冲信号，由于脉冲信号经过离散傅立叶变换之后能反映整个频域的信息。但这种方法存在单个频点的信噪比很低，且其时域波形为脉冲，脉冲信号对电路的动态和响应时间要求很高，因此该方法现有技术一般用的较少。

实用新型内容

针对上述现有技术存在的不足，本实用新型的目的是提供一种快速采样和分辨率高的基于频域宽带信号的生物阻抗测量系统。

为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案如下：

一种基于频域宽带信号的生物阻抗测量系统，该系统包括

CPU控制单元，用于控制该系统的生物组织测量；

FPGA处理单元，与所述CPU控制单元连接；

数模转换单元，与所述FPGA处理单元连接，用于将数字信号与模拟信号实现相互转换；

信号放大单元，与所述数模转换单元连接，用于将模拟信号放大；

生物阻抗测量电极阵列，与所述信号放大单元连接，用于激励和采集生物组织的生物阻抗信号。

优选的，所述FPGA处理单元包括信号合成模块、与所述信号合成模块连接的FIR整形滤波模块、FIR窄带滤波模块和与所述FIR窄带滤波模块连接的离散傅里叶变换模块。

优选的，所述数模转换模单元包括过采样数模转换模块、过采样模数转换模块Ⅰ和过采样模数转换模块Ⅱ，其中所述过采样数模转换模块与所述FIR整形滤波模块连接，所述过采样模数转换模块Ⅰ和所述过采样模数转换模块Ⅱ分别均与所述FIR窄带滤波模块连接。

进一步的，所述信号放大单元包括模拟前端驱动模块、模拟前端放大模块Ⅰ和模拟前端放大模块Ⅱ，其中所述模拟前端驱动模块与所述过采样数模转换模块连接，所述模拟前端放大模块Ⅰ与所述过采样模数转换模块Ⅰ连接，所述模拟前端放大模块Ⅱ与所述过采样模数转换模块Ⅱ连接。

更进一步的，所述生物阻抗测量电极阵列主要由四个生物阻抗测量电极呈圆周阵列分布构成，所述生物阻抗测量电极分别与所述模拟前端驱动模块、所述模拟前端放大模块Ⅰ和所述模拟前端放大模块Ⅱ连接。

采用上述结构后，本实用新型和现有技术相比所具有的优点如下：本实用新型采用分别采集待测生物组织的输入输出信号的双通道，在FPGA内部同时做并行解调运算，使测试系统能一次生成几千个频点的幅度和相位信息，同时不仅将测量速度提高了几百倍，而且还提高了频率分辨率。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明：

图1是本实用新型实施例所述生物阻抗测量系统的结构示意图。

附图标记：

10-CPU控制单元；20-FPGA处理单元，21-信号合成模块，22-FIR整形滤波模块，23-FIR窄带滤波模块，24-离散傅里叶变换模块；30-数模转换单元，31-过采样数模转换模块，32-过采样模数转换模块Ⅰ，33-过采样模数转换模块Ⅱ；40-信号放大单元，41-模拟前端驱动模块，42-模拟前端放大模块Ⅰ，43-模拟前端放大模块Ⅱ；50-生物阻抗测量电极阵列，51-生物阻抗测量电极。

具体实施方式