【摘 要】
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生物电阻抗技术是生物医学行业领域的重要技术之一,作为临床医学乃至工业生产过程控制领域中的一个非常重要的应用技术,分析研究这一技术意义重大。本课题针对该领域的现状,从硬件和软件系统设计并实现了可行的便携性生物电阻抗监测系统。该设备支持长时间的监测,并对采集的数据进行分析,作为对人体神经系统状态判断的一种参考。本课题的具体工作如下:首先,阐述了生物电阻抗技术的研究背景,从各个应用领域入手,评估了该技术
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生物电阻抗技术是生物医学行业领域的重要技术之一,作为临床医学乃至工业生产过程控制领域中的一个非常重要的应用技术,分析研究这一技术意义重大。本课题针对该领域的现状,从硬件和软件系统设计并实现了可行的便携性生物电阻抗监测系统。该设备支持长时间的监测,并对采集的数据进行分析,作为对人体神经系统状态判断的一种参考。本课题的具体工作如下:首先,阐述了生物电阻抗技术的研究背景,从各个应用领域入手,评估了该技术国内外研究的现状与发展的趋势,并探讨了该技术可能的应用领域,指出了研究的意义。之后对生物电阻抗技术的基本概念和基础理论进行了介绍,阐述了细胞和生物组织在不同激励频率下的电生理性质,生物组织的RC三元件等效电路模型,Cole-Cole理论和频率散射原理。其次,设计了课题设备的硬件系统。其中阻抗测量采用AD5933芯片,同时设计了系统其他部分模块电路、PCB板以及设备外壳,并设计了设备的下位机及上位机的软件系统。课题设备上下位机可相互通讯,并使用上位机控制下位机进行测量前的参数选择,实现阻抗的测量,储存测量结果,读取已储存的多次测量结果进行处理并将储存结果导出。再次,对课题设备进行了测试,测试结果表明设备具备有效性和便携性,能够满足课题研究的需要,并进行了重复性实验和干扰因素实验,验证了实验方案的科学性和可信性。最后利用该设备测量了37个成年人左臂、右臂等位置的阻抗谱。之后对2名成年人受试者进行了长时间的阻抗监测,在其精神压力较大、失眠、紧张或其他特定状态时的阻抗进行了采集。实验结果如下:(1)本课题设备具有较高的准确度和精密度。(2)不同性别、职业、年龄和身体状态的成年人阻抗具有可区分的明显差异,可以作为个体之间区分的特征。(3)同一个体在不同的精神状态时,同一位置的生物电阻抗具有一定差异。同时,不同频率点的幅值和相位变化的趋势是相同的。实验结果表明了生物电阻抗监测的有效性和可行性,同时证明了生物电阻抗是可以用来反映人体功能及神经系统的变化,作为对人体神经系统状态判断的一种参考。
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