本文關(guān)鍵詞：基于電阻抗原理的人體成分分析儀系統(tǒng)研究與設(shè)計

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【摘要】：生物電阻抗技術(shù)是通過一定的手段提取生物體的電阻抗信息來反映生物體生理、病理相關(guān)的生物醫(yī)學(xué)信息的檢測技術(shù)。而人體成分分析就是生物電阻抗技術(shù)的一個重要應(yīng)用分支,它通過檢測人體的阻抗信息來得到人體各個成分的參數(shù)。人體成分分析更是以其快速、簡潔、準(zhǔn)確、無創(chuàng)、安全、成本低和適用人群廣等優(yōu)點,近幾十年來不管是在學(xué)術(shù)和商業(yè)上,都得到大力的發(fā)展。本文針對人體成分分析,對人體成分分析儀的整個電路系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計和研究,其主要工作和內(nèi)容如下:①確立了本文所設(shè)計的人體成分分析儀的分析方法,從電阻抗原理出發(fā),說明了其分析方法的理論基礎(chǔ)。確定了人體成分分析儀分析方法的基本計算公式,并在實際使用中,對公式的系數(shù)進(jìn)行了初步校準(zhǔn)。②提出了人體成分分析儀的整體實現(xiàn)方法,以低成本和高精度為要求,設(shè)計了人體成分分析儀的全部硬件結(jié)構(gòu)。為了滿足人體成分分析儀體重測量的要求,設(shè)計了滿足人體成分分析儀結(jié)構(gòu)的體重測量電路。確定了一種有效的電極結(jié)構(gòu),極大的減小了電極與皮膚的接觸阻抗,同時針對電極的導(dǎo)通調(diào)整,設(shè)計了合適的開關(guān)電路。為了實現(xiàn)阻抗的數(shù)字相敏檢波計算方法,設(shè)計了一種穩(wěn)定的滿足模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電壓采集通道和電流采集通道。為了實現(xiàn)和協(xié)調(diào)各個模塊的功能,對電源,通信和控制器都做了設(shè)計和優(yōu)化。③本文針對人體成分分析儀系統(tǒng)功能的實現(xiàn),對整個系統(tǒng)的軟件進(jìn)行了確立和實現(xiàn)。上位機(jī)是整體系統(tǒng)控制和人機(jī)交互的重要一環(huán),本文用VC語言編寫了一款人體成分分析的應(yīng)用軟件用于實現(xiàn)上位機(jī)的功能。同時對下位機(jī)的單片機(jī)和FPGA控制進(jìn)行了編程和調(diào)試,實現(xiàn)了系統(tǒng)的軟件功能。④為了了解系統(tǒng)的檢測性能,對恒流源輸出阻抗,阻抗測量電路信噪比,阻抗測量電路測量精度和頻率響應(yīng)進(jìn)行了實驗測試。測試結(jié)果表明,人體成分分析儀的硬件系統(tǒng)具有較高的性能,能滿足人體成分分析的測量要求。
【關(guān)鍵詞】：生物電阻抗技術(shù) 人體成分分析 生物阻抗分析法 硬件電路設(shè)計
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TH789
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 緒論8-16
• 1.1 課題的背景和意義8-11
• 1.1.1 技術(shù)背景8-9
• 1.1.2 醫(yī)學(xué)的需求和研究意義9
• 1.1.3 主要檢測方法9-11
• 1.2 電阻抗原理進(jìn)行人體成分分析的發(fā)展和研究現(xiàn)狀11-13
• 1.2.1 各種人體成分分析方法的研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.2 人體成分分析儀系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3 技術(shù)難點13
• 1.4 本文的主要研究內(nèi)容和技術(shù)路線13-16
• 2 理論基礎(chǔ)16-30
• 2.1 健康人的身體成分16-18
• 2.2 人體成分分析的電阻抗基本理論18-22
• 2.2.1 人體組織等效電路模型18-20
• 2.2.2 Cole-Cole理論20-21
• 2.2.3 頻散理論21-22
• 2.3 BIA方法基本理論22-28
• 2.3.1 BIA法頻率的選擇22-23
• 2.3.2 BIA法中的人體阻抗測量模型23-25
• 2.3.3 基于BIA法的計算公式25-28
• 2.4 本章小結(jié)28-30
• 3 人體成分分析儀系統(tǒng)硬件設(shè)計30-52
• 3.1 引言30-31
• 3.2 體重測量電路31-32
• 3.3 電極設(shè)計32-34
• 3.4 阻抗測量電路設(shè)計34-49
• 3.4.1 恒流源模塊36-39
• 3.4.2 開關(guān)陣列39-40
• 3.4.3 電壓采集模塊40-47
• 3.4.4 電流采集模塊47-48
• 3.4.5 電源和通訊子模塊48-49
• 3.5 本章小結(jié)49-52
• 4 人體成分分析儀系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計52-64
• 4.1 引言52-53
• 4.2 上位機(jī)軟件結(jié)構(gòu)53-57
• 4.2.1 軟件基本信息介紹53-55
• 4.2.2 軟件結(jié)構(gòu)介紹55-57
• 4.3 單片機(jī)軟件結(jié)構(gòu)57-58
• 4.4 FPGA軟件結(jié)構(gòu)58-62
• 4.4.1 數(shù)字式相敏檢波(DPSD)算法說明58-60
• 4.4.2 FPGA軟件結(jié)構(gòu)60-62
• 4.5 本章小結(jié)62-64
• 5 實驗與結(jié)果分析64-72
• 5.1 系統(tǒng)硬件性能測試64-69
• 5.1.1 恒流源阻抗測量結(jié)果64
• 5.1.2 阻抗電路信噪比測試64-66
• 5.1.3 電阻精度和頻率響應(yīng)測試66-69
• 5.2 人體成分分析結(jié)果報告69-71
• 5.3 本章小結(jié)71-72
• 6 總結(jié)與展望72-74
• 6.1 內(nèi)容總結(jié)72
• 6.2 后續(xù)工作展望72-74
• 致謝74-76
• 參考文獻(xiàn)76-82
• 附錄82
• A. 作者在攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文目錄82
• B. 作者在攻讀碩士學(xué)位期間獲授權(quán)和申請的發(fā)明專利82

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本文編號：959610