本實用新型涉及一種生物電阻抗測量系統，特別是涉及一種更加高效合理的人體成分測量電路。

背景技術：

人體生物阻抗系統是一個能夠反映整個人體或其組成部分電屬性的物理參數，通過測量生物阻抗可以了解人體組織的生理狀態和病理狀況，從而在一定程度上克服繁瑣的臨床檢查給病人帶來的不便。生物電阻抗的測量的準確性是影響本系統測量精度和穩定度的重要因素，因此激勵電極的選通和測量電極的選通時序及電路設計尤為重要。目前的雙頻交替測量系統，主要存在三個問題：

1)通道選通切換頻繁，導致裝置測量周期延長。

2)考慮到實際操作中人體結構的多樣性，使用全身整段電阻測量時，會使得電阻抗測量結果的動態范圍變大。為了保證較寬的測量范圍，對采樣芯片的要求更高或需要提供內置不同PGA的數模轉換器，增加成本。

3)多次繁瑣的電阻測量增加軟件計算量。

技術實現要素：

為了解決現有系統的諸多問題，本實用新型提供了一種雙頻率、人體五節段八電極生物阻抗測量系統，包括頻率、激勵電極和測量電極的選通電路，可以做到縮短系統測量時間、簡化電阻計算而且保證電阻測量精度。

本實用新型所采用如下技術方案：

一種生物電阻抗測量系統，包括：主控單片機、數字隔離器、信號控制電路、頻率選通電路、雙頻交變恒流源電路、激勵電極選通電 路、測量電極選通電路、信號檢波電路、激勵電極、測量電極；

所述的信號控制電路通過數字隔離器與主控單片機相連；所述的信號電路分別與頻率選通電路、雙頻交變恒流源電路、激勵電極選通電路、測量電極選通電路相連；

所述的雙頻交變恒流源電路，一端與頻率選通電路相連，另一端與激勵電極選通電路相連；

所述的數字隔離器與頻率選通電路相連；

所述的測量電極選通電路與信號檢波電路相連；

所述的激勵電極與激勵電極選通電路相連；

所述的測量電極與測量電極選通電路相連。

所述的激勵電極包括四個電極，形成兩組激勵組合，一組與左手左腳掌相連，一組與右手右腳掌相連；激勵電極與激勵電極選通電路相連；

所述的測量電極包括四個電極，分別連接于人體的左手拇指、右手拇指、左腳跟、右腳跟處；測量電極與測量電極選通電路相連；

所述的激勵電極選通電路由主控單片機控制，依次選通每組激勵組合，通過這兩個電極將電流傳輸到人體；

所述的測量電極選通電路由主控單片機控制，依次選通兩個測量電極，測量兩電極間的電壓。

所述的頻率選通電路采用1片74HC4053實現，所述的激勵電極選通電路和測量電極選通電路采用4片74HC4051實現，共需八根控制線控制；所述的信號控制電路采用1片CD4094實現。

本實用新型通過舍棄兩手、兩腿之間的激勵組合和整段電阻測量組合，避免了常規選通電路帶來切換過多、測量時間周期長的弊??；而將軀干電阻和腿部電阻相加作為一段電阻測量，解決了軀干電阻過 小帶來測量精度不高的問題，也使得整個電阻抗測量動態范圍變小。本實用新型極大的優化了測量步驟，在高精度交變恒流源激勵下，保證實際測量的準確性，使預測人體成分更高效，成本更低。

附圖說明

圖1：為本實用新型的測量系統結構框圖；

圖2：為本實用新型的人體阻抗模型圖；

圖3：為本實用新型的信號控制電路圖；

圖4：為本實用新型的頻率選通電路圖；

圖5：為本實用新型的激勵、測量電極選通電路圖；

圖6：為本實用新型的人體阻抗測量原理圖。

具體實施方式

下面通過實施例，并結合附圖，對本實用新型的技術方案作進一步具體的說明。

如圖1所示，一種基于雙頻的生物電阻抗測量系統，包括：主控單片機、數字隔離器、信號控制電路、頻率選通電路、雙頻交變恒流源電路、激勵電極選通電路、測量電極選通電路、信號檢波電路、激勵電極、測量電極。信號控制電路通過數字隔離器與主控單片機相連，控制頻率選通電路、激勵電極選通電路和測量電極選通電路。

如圖2所示，將人體阻抗看成5個節段的阻抗，右手臂的阻抗用Z_RA表示,左手臂的阻抗Z_LA用表示，右腿的阻抗用Z_RL表示，左腿的阻抗用Z_LL表示，軀干的阻抗用Z_TR表示。與圖6對照，激勵電極1、3、5、7連接在手掌、腳掌對應標號處，測量電極2、4、6、8連接在拇 指、腳跟對應標號處。

如圖3所示，信號控制電路采用的CD4094芯片引腳1（STR）為鎖存端，引腳2（D）為串行數據輸入端，引腳3（CP）為串行時鐘端。當STR為高電平時，8位并行輸出口QP0—QP7在時鐘的上升沿隨串行輸入變化；STR為低時，輸出鎖定。通過改變D端串行數據輸入，可以完全控制頻率選通、激勵電極選通和測量電極選通，極大簡化了調試過程。

如圖4所示，主控單片機通過定時器交替產生20K、100K頻率的方波信號即ISO_WA1，在濾波器前由二選一選擇開關選通，即將ISO_WA1接在74CH4053的ZA端，通過QP0控制S0，使20K和100K方波信號分別從A1、A0輸出即可實現。高精度交變恒流源變換電路是由高性能差分放大器組成，價格高昂，電路系統需20K、100K兩個交變恒流源變換電路，為節約成本，本系統在交變恒流源變換電路前用二選一選擇開關進行切換，ZC端連接交變恒流源輸入端，通過QP1控制S2,使20K和100K正弦信號分別從C1、C0輸入即可實現選通。

如圖5所示，將恒流信號接在一片74HC4051的COM端，而另一片的COM端接地，兩片芯片的獨立的輸入/輸出端接在不同的電極上即可實現對人體不同激勵電極的選通。S0控制A0、A1的選通，因為電流的流向是固定由U10流向U11，所以一片接激勵電極3（LA）、5（RL）,另一片接1（RA）,7（LL）,可保證電流有四種流向：左臂-左腿，右腿-右臂，左臂-右臂，右腿-左腿。使以后測量時激勵電流源的選擇更加方便合理。

測量電極選通芯片的兩個COM端做差分輸出，將獨立的輸入/輸出接在不同的測量電極上，即可實現不同測量電極的選通。S0,S1控制A0-A3的選通，分別接4（LA）、8（LL）、2（RA）、6（RL），由于芯片上電壓方向為U13（+）—U12（-）,兩片芯片均輸出四個引腳保證人體阻抗模型中電壓的方向可以任意選擇，避免電流與電壓反向。

如圖6所示，1、3、5、7為激勵電極，2、4、6、8為測量電極，分別與圖2相對應。本系統的激勵電極選通電路僅將1、5或3、7激勵電極配對選通，發送微弱的交流信號，和人體不同節段電阻形成通路,即激勵電流源有兩種：1—5（右腿—右臂），3—7（左臂—左腿），測量電極選通電路可以控制在4個測量電極中任意選擇2個測量電極配對選通，2個測量電極間的交流信號經整流、濾波后可測得電壓值，與電流之比就是阻抗。當測量選通信號選通測量電極時，激勵、測量電極的不同組合可以測得人體不同節段或者它們之間組合的阻抗值。如在激勵電極1、5間通入激勵電流，測量測量電極2、4間的電壓，電壓電流之比即為阻抗Z_RA，同理可測得各個阻抗的值。

如表1、表2所示，常規的激勵電極選通和測量電極選通流程如表1所示，其常規測量流程全面且每一節段電阻抗皆測量了兩次，所以可以保證測量精度。然而可以發現，在雙頻交替測量過程中，測量端選通切換較多，這會引來三方面的不利之處：一是通道切換過多會導致裝置測量時間加長；二是全身整段測量導致電阻動態范圍變大，加上人體的多樣性使得整個電阻抗測量動態范圍相當大，這就需要測量范圍寬或是內置不同PGA的數模轉換器即對采樣芯片要求較高；三 是過多的測量電阻給軟件計算引來繁瑣的工程量?？紤]到人體手臂電阻較大，腿部電阻次之，而軀干電阻很小只有幾十歐姆，可見軀干電阻不適宜單獨測量，對此，本系統結合常規的測量流程和人體電阻大致數量級關系改進了選通流程，如表2所示，相比于常規測量流程中每一節段電阻抗皆測量了兩次，本實用新型的測量流程中激勵電流給的方式減少到兩條路徑，并將測量電阻重新分配，每節段電阻經過兩次測量而可以相互驗證，軀干電阻因太小而不再單獨測量。

表1常規測量選通過程

表2本實用新型的選通時序

本實用新型中涉及到的方法或者軟件均為現有技術，是對本實用新型原理的進一步輔助說明，非本實用新型的創新內容，本實用新型僅對硬件電路進行改進和創新。

本文中所描述的具體實施例僅僅是對本實用新型精神作舉例說明。本實用新型所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本實用新型的精神或者超越所附權利要求書所定義的范圍。