人体细胞内外液生物阻抗合成多频检测方法研究
发布时间：2021-07-02 18:56
体液的平衡对于人体健康具有重要意义,通过测量细胞内外液容量评估身体体液总量及分布,在营养状况、运动机能评估以及透析治疗、癌症筛查等众多领域当中广泛使用。而基于生物阻抗谱技术的细胞内外液测量方法具有无创、便捷、快速、可重复等优点,是细胞内外液测量方式中最为常用的一种。本文针对人体细胞内外液生物阻抗多频同步测量技术,研究多频同步激励信号的合成方法,以及信号频率、幅值参数的设计方案,并设计了配套的生物阻抗合成多频检测系统。首先通过了解细胞内外液生物阻抗谱法的测量原理,确定细胞内外液计算方程。然后研究了多频激励信号的合成方法,结合人体生物组织的电气特性与多频激励信号测量原理,设计了一种适合于人体生物阻抗测量的多频激励信号,理论计算与仿真分析结果表明,本文激励信号主谐波功率占比达到63.71%,波峰因数等于1.25,相比传统多频正弦激励方案,本文激励信号设计方案测量误差平均降低1.73%,信号信噪比提高约10dB。然后针对混频激励下生物阻抗的测量特点,设计了配套的测量系统,其中包括逻辑控制模块、多频信号发生模块、信号调理模块、数据传输模块以及上位机软件。逻辑控制模块以FPGA为载体,使用Veri...
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
人体身体成分结构
第2章细胞内外液生物阻抗测量技术7图2.2细胞膜的结构[39]Fig.2.2Structureofcellmembrane表2.1肌肉组织中细胞外液（血浆+组织间质）及细胞内液的离子浓度（mmol/L）Tab.2.1Ionconcentrationofextracellularfluid(plasma+interstitium)andintracellularfluidinmuscletissue(mmol/L)离子Na+K+Ca2+Mg+Cl-HCO3-PO4-蛋白质有机酸血浆142453103272165组织间质1514.35.43.2109.728.72.1175.3细胞内液10160352814055Schwan通过研究实验发现，当低频电流（<5kHz）通过细胞时，细胞膜呈现出较高的电阻率；随着电流频率的增大，细胞膜的绝缘绝缘能力逐渐下降，到频率上升到1MHz以上时，电流可以几乎完全透过细胞膜在细胞外液与细胞内液中自由流动。根据上述特性，可以将人体生物组织简化成为由电阻电容构成的电路模型，对于一个细胞的等效电路图如图2-3.a所示，其中EC表示细胞外液的并联电容，ER表示细胞外液电阻，mC表示细胞膜的并联电容，mR表示细胞膜电阻，IC表示细胞内液的并联电容，IR表示细胞内液电阻。整个生物组织可以视为由无数个图2.3.a的电路模型串联而成。图2.3生物组织等效电路Fig2.3Equivalentcircuitofbiologicaltissue
第2章细胞内外液生物阻抗测量技术7图2.2细胞膜的结构[39]Fig.2.2Structureofcellmembrane表2.1肌肉组织中细胞外液（血浆+组织间质）及细胞内液的离子浓度（mmol/L）Tab.2.1Ionconcentrationofextracellularfluid(plasma+interstitium)andintracellularfluidinmuscletissue(mmol/L)离子Na+K+Ca2+Mg+Cl-HCO3-PO4-蛋白质有机酸血浆142453103272165组织间质1514.35.43.2109.728.72.1175.3细胞内液10160352814055Schwan通过研究实验发现，当低频电流（<5kHz）通过细胞时，细胞膜呈现出较高的电阻率；随着电流频率的增大，细胞膜的绝缘绝缘能力逐渐下降，到频率上升到1MHz以上时，电流可以几乎完全透过细胞膜在细胞外液与细胞内液中自由流动。根据上述特性，可以将人体生物组织简化成为由电阻电容构成的电路模型，对于一个细胞的等效电路图如图2-3.a所示，其中EC表示细胞外液的并联电容，ER表示细胞外液电阻，mC表示细胞膜的并联电容，mR表示细胞膜电阻，IC表示细胞内液的并联电容，IR表示细胞内液电阻。整个生物组织可以视为由无数个图2.3.a的电路模型串联而成。图2.3生物组织等效电路Fig2.3Equivalentcircuitofbiologicaltissue
【参考文献】：
期刊论文
[1]影响血液透析患者长期生存率的相关因素分析[J]. 武晴文,李静,李荣山,王利华. 中国血液净化. 2019(08)
[2]人体水成分检测的方法学研究及临床应用[J]. 周胜男,陈伟. 中国医学科学院学报. 2018(05)
[3]肝硬化肝性脑病诊疗指南[J]. 徐小元,丁惠国,李文刚,贾继东,魏来,段钟平,刘玉兰,令狐恩强,庄辉. 临床肝胆病杂志. 2018(10)
[4]微弱信号检测与数据采集技术研究[J]. 李海. 电子测试. 2018(19)
[5]生物电阻抗早期监测乳腺癌术后上肢淋巴水肿的敏感性与特异性研究[J]. 沈莉,谢娜,王鹤玮,阮祥梅,陈旦,贾杰. 中国康复医学杂志. 2018(04)
[6]基于DDR3 SDRAM的高速大容量数据缓存设计[J]. 马其琪,鲍爱达. 计算机测量与控制. 2015(09)
[7]基于FPGA的DDR3 SDRAM控制器设计及实现[J]. 张刚,贾建超,赵龙. 电子科技. 2014(01)
[8]基于Walsh函数的多频率同步信号合成方法[J]. 杨宇祥,吕林涛,乐静,王建,高宗海. 仪器仪表学报. 2011(07)
[9]基于FPGA的DDS信号发生器设计[J]. 高士友,胡学深,杜兴莉,刘桥. 现代电子技术. 2009(16)
硕士论文
[1]基于FPGA的低功耗USB多功能数据采集系统设计与实现[D]. 方雨虹.浙江大学 2019
[2]基于MATLAB的生物电阻抗谱数据处理方法研究[D]. 郭玥.西安理工大学 2018
[3]基于FPGA的万兆以太网与高速图像传输系统的研究与实现[D]. 李攀.西安电子科技大学 2017
[4]基于FPGA的多频EIT系统设计与实现[D]. 杨现仃.天津大学 2017
本文编号：3261035
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
人体身体成分结构
第2章细胞内外液生物阻抗测量技术7图2.2细胞膜的结构[39]Fig.2.2Structureofcellmembrane表2.1肌肉组织中细胞外液（血浆+组织间质）及细胞内液的离子浓度（mmol/L）Tab.2.1Ionconcentrationofextracellularfluid(plasma+interstitium)andintracellularfluidinmuscletissue(mmol/L)离子Na+K+Ca2+Mg+Cl-HCO3-PO4-蛋白质有机酸血浆142453103272165组织间质1514.35.43.2109.728.72.1175.3细胞内液10160352814055Schwan通过研究实验发现，当低频电流（<5kHz）通过细胞时，细胞膜呈现出较高的电阻率；随着电流频率的增大，细胞膜的绝缘绝缘能力逐渐下降，到频率上升到1MHz以上时，电流可以几乎完全透过细胞膜在细胞外液与细胞内液中自由流动。根据上述特性，可以将人体生物组织简化成为由电阻电容构成的电路模型，对于一个细胞的等效电路图如图2-3.a所示，其中EC表示细胞外液的并联电容，ER表示细胞外液电阻，mC表示细胞膜的并联电容，mR表示细胞膜电阻，IC表示细胞内液的并联电容，IR表示细胞内液电阻。整个生物组织可以视为由无数个图2.3.a的电路模型串联而成。图2.3生物组织等效电路Fig2.3Equivalentcircuitofbiologicaltissue
第2章细胞内外液生物阻抗测量技术7图2.2细胞膜的结构[39]Fig.2.2Structureofcellmembrane表2.1肌肉组织中细胞外液（血浆+组织间质）及细胞内液的离子浓度（mmol/L）Tab.2.1Ionconcentrationofextracellularfluid(plasma+interstitium)andintracellularfluidinmuscletissue(mmol/L)离子Na+K+Ca2+Mg+Cl-HCO3-PO4-蛋白质有机酸血浆142453103272165组织间质1514.35.43.2109.728.72.1175.3细胞内液10160352814055Schwan通过研究实验发现，当低频电流（<5kHz）通过细胞时，细胞膜呈现出较高的电阻率；随着电流频率的增大，细胞膜的绝缘绝缘能力逐渐下降，到频率上升到1MHz以上时，电流可以几乎完全透过细胞膜在细胞外液与细胞内液中自由流动。根据上述特性，可以将人体生物组织简化成为由电阻电容构成的电路模型，对于一个细胞的等效电路图如图2-3.a所示，其中EC表示细胞外液的并联电容，ER表示细胞外液电阻，mC表示细胞膜的并联电容，mR表示细胞膜电阻，IC表示细胞内液的并联电容，IR表示细胞内液电阻。整个生物组织可以视为由无数个图2.3.a的电路模型串联而成。图2.3生物组织等效电路Fig2.3Equivalentcircuitofbiologicaltissue
【参考文献】：
期刊论文
[1]影响血液透析患者长期生存率的相关因素分析[J]. 武晴文,李静,李荣山,王利华. 中国血液净化. 2019(08)
[2]人体水成分检测的方法学研究及临床应用[J]. 周胜男,陈伟. 中国医学科学院学报. 2018(05)
[3]肝硬化肝性脑病诊疗指南[J]. 徐小元,丁惠国,李文刚,贾继东,魏来,段钟平,刘玉兰,令狐恩强,庄辉. 临床肝胆病杂志. 2018(10)
[4]微弱信号检测与数据采集技术研究[J]. 李海. 电子测试. 2018(19)
[5]生物电阻抗早期监测乳腺癌术后上肢淋巴水肿的敏感性与特异性研究[J]. 沈莉,谢娜,王鹤玮,阮祥梅,陈旦,贾杰. 中国康复医学杂志. 2018(04)
[6]基于DDR3 SDRAM的高速大容量数据缓存设计[J]. 马其琪,鲍爱达. 计算机测量与控制. 2015(09)
[7]基于FPGA的DDR3 SDRAM控制器设计及实现[J]. 张刚,贾建超,赵龙. 电子科技. 2014(01)
[8]基于Walsh函数的多频率同步信号合成方法[J]. 杨宇祥,吕林涛,乐静,王建,高宗海. 仪器仪表学报. 2011(07)
[9]基于FPGA的DDS信号发生器设计[J]. 高士友,胡学深,杜兴莉,刘桥. 现代电子技术. 2009(16)
硕士论文
[1]基于FPGA的低功耗USB多功能数据采集系统设计与实现[D]. 方雨虹.浙江大学 2019
[2]基于MATLAB的生物电阻抗谱数据处理方法研究[D]. 郭玥.西安理工大学 2018
[3]基于FPGA的万兆以太网与高速图像传输系统的研究与实现[D]. 李攀.西安电子科技大学 2017
[4]基于FPGA的多频EIT系统设计与实现[D]. 杨现仃.天津大学 2017
本文编号：3261035
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