本發(fā)明屬于生物醫(yī)療，尤其涉及一種多頻同步生物電阻抗實時獲取方法。

背景技術：

1、生物電阻抗技術是利用生物組織及器官的電學特征來提取生物生理信息的無創(chuàng)檢測技術。它是利用置于體表的電極向生物體輸入微弱的檢測電流，然后測量適當部位的電壓變化，從而得到相關組織或器官的電阻抗變換情況，以獲取生理及病理信息。這種技術由于無創(chuàng)傷、安全、價格低廉等優(yōu)點，廣泛應用于現代醫(yī)學中，主要包括：電抗血流圖，人體阻抗成像、人體成分測量等方面。

2、生物電阻抗測量技術經歷了從直流到交流、從純電阻到復阻抗、從單頻點到多頻點的測量技術演變，但是，當前主流的多頻生物電阻抗測量方法仍然屬于分時單頻測量法，即從低頻到高頻逐次掃描生物體的阻抗，耗時長，并且由于生物體生理狀態(tài)受心跳、血流影響時刻發(fā)生變化，分時單頻測量法不能準確反應生物體在某一時刻的生物阻抗頻譜信息。利用多種單頻信號進行分時掃描的生物體阻抗測量方式則會引入新的生物體阻抗檢測誤差，這個誤差主要來源于生物體在進行生物體循環(huán)代謝周期時體液成分變化產生的生物體阻抗變化。例如生物體的心動周期，指的是生物體心臟跳動一次時，血液完成生物體組織的營養(yǎng)補給和帶走代謝廢物的一個循環(huán)。在一個心動周期內，血液內的成分產生變化，阻抗也隨之產生周期變化。

3、cn103705236a專利文獻1公開了一種生物電阻抗譜同步快速測量方法，該方法利用fpga實現了基于walsh函數的多頻同步激勵信號源及對應的生物電阻抗獲取方法，但是由于walsh函數信號相對于傳統(tǒng)的正弦信號存在一些缺點，其自相關性不理想，頻譜的旁瓣值較大，這樣一方面會產生假同步，另一方面由該方法獲得激勵源的頻率準確度有限，所以阻抗提取時必須增加dft的點數，同時增加修正算法來解決dft柵欄效應帶來的誤差，這將大大增加系統(tǒng)的運算量和復雜度。

4、cn104146709b專利文獻2公開了一種多頻點生物電阻抗快速獲取方法，該方法利用fpga編程實現基于頻率合成器的多頻同步激勵信號源及對應的生物電阻抗獲取方法，但是一方面該方案基于fpga生成不同頻率分量，再經過加法器合成多頻電流信號，設計方案復雜且合成時容易出現誤差.且頻率分量是fpga經查表實現，難以更改預設頻率；另一方面該方法利用幾個特定頻率進行“描點成線”，采頻率點較少，忽視了實際環(huán)境中存在的人體阻抗變化和實際寄生參數的影響，導致后期計算結果難以處理這些誤差。

5、采用fpga生成不同頻率分量，再經過加法器調制多頻電流信號，設計方案復雜且調制時容易出現誤差，頻率分量是fpga經查表實現，難以更改預設頻率。且目前采用的激勵信號不符合生物體阻抗特性，存在檢測生物體阻抗的檢測誤差較大的問題。

技術實現思路

1、本技術針對上述技術問題提出一種基于多頻同步信號的生物體阻抗檢測方法，利用基于方波生成的多頻同步信號對生物體阻抗進行實時高精度檢測，使檢測過程更加迎合生物體阻抗特性，解決檢測精度不足的問題。具體技術方案如下：

2、一種多頻同步生物電阻抗實時獲取方法，包括以下步驟：

3、在待測生物體上連接激勵電極對和采樣電極對，并在激勵電極對上串接參考電阻rref；

4、向參考電阻rref接入多頻同步信號激勵源vin，并分別采集參考電阻rref上的電壓vref和待測生物體上的電壓vx；

5、根據參考電阻rref、電壓vref和電壓vx計算待測生物體的生物電阻抗值。

6、進一步的，所述多頻同步信號激勵源vin的生成方式為：

7、由pwm源生成一個初始方波信號；

8、將初始方波信號調制降低上升時間，提高等效帶寬，獲得第二方波信號；

9、將第二方波信號進行高通濾波處理，增加信號中高頻分量的占比，獲得第三信號；

10、將第三信號通過幅頻調制處理增強信號幅值和改良信號波形，獲得多頻同步信號激勵源vin。

11、進一步的，計算待測生物體的生物電阻抗值的方法為：

12、在電壓vref和電壓vx的采樣頻率fs中選擇測量的頻率分量f0；

13、確定傅里葉變換的點數n，滿足fs/n＝f0/m，m為自然數；

14、基于傅里葉變換選頻公式計算vref對應頻點的幅值vf0_ref和vx對應頻點的幅值vf0_x；

15、基于vf0_ref和幅值vf0_x計算生物體阻抗zx的幅值|zx|和相位角θ。

16、進一步的，基于vf0_ref和幅值vf0_x計算生物體阻抗zx的幅值|zx|和相位角θ的方法為：

17、設vf0_ref的幅值為a；

18、將vf0_ref與vf0_x相乘后通過低通濾波器濾波得到直流分量vs1；

19、將vf0_ref相移90°后與vf0_x相乘后通過低通濾波器濾波得到直流分量vs2；

20、基于下式分別計算生物體阻抗zx的幅值|zx|和相位角θ；

21、

22、另一方面，本技術還提供了一種多頻同步生物電阻抗實時獲取系統(tǒng)，本系統(tǒng)應用于上述多頻同步生物電阻抗實時獲取方法，所述獲取系統(tǒng)包括：

23、上位機；

24、激勵方波生成器，所述激勵方波生成器與上位機電性連接；

25、參考電阻rref，所述參考電阻rref與激勵方波生成器電性連接；

26、ad參考信號采樣器，所述ad參考信號采樣器的輸入端與參考電阻rref電性連接，輸出端與上位機電性連接；

27、ad阻抗信號采樣器，所述ad阻抗信號采樣器與上位機電性連接；

28、所述ad阻抗信號采樣器連接采樣電極對，所述激勵方波生成器與參考電阻rref分別連接激勵電極。

29、進一步的，所述激勵方波生成器包括：

30、mcu，生成初始方波信號；

31、高速模擬開關，所述高速模擬開關與mcu電性連接，對初始方波信號調制降低上升時間，提高等效帶寬，輸出第二方波信號；

32、rc高通濾波器，所述rc高通濾波器與高速模擬開關電性連接，進行高通濾波處理，增加信號中高頻分量的占比，輸出第三信號；

33、有源微分放大電路，所述有源微分放大電路與所述rc高通濾波器電性連接，增強信號幅值和改良信號波形，輸出多頻同步信號激勵源vin。

34、本發(fā)明的有益效果為：

35、(1)采用基于方波多頻同步信號測量生物體阻抗，該信號具有頻譜豐富，實時性高的特性，且生成結構簡單可控，測量實時性強，能夠較好滿足生物高精度測量的多頻點和實時性兩大需求，解決了生物體阻抗隨頻率變化而變化產生的測量誤差問題；

36、(2)基于多頻同步信號頻譜豐富的特性，選擇頻譜中從低頻到高頻的多個頻點進行阻抗計算，一方面選擇的頻點數量遠高于現有技術可實現的，測量更為精準；另一方面通過選擇頻點，能夠選擇更具代表性的幾個特殊頻點以提高測量效率，提高測量精度；

37、(3)測量所使用的方波多頻同步信號是基于方波波形生成后進一步經過帶寬調制、低頻過濾、幅頻調制和信號波形改良，生成的多頻同步信號激勵源；

38、(4)基于方波多頻同步信號測量生物體阻抗，可以高精度高速率采集電壓信號，并進一步基于容性負載特性計算獲得生物電阻抗的幅值和相位角兩個核心參數。