心阻抗極值驅(qū)動(dòng)的外周組織電阻抗頻譜特性的評(píng)估裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電阻抗頻譜特性測(cè)量技術(shù)，具體涉及一種心阻抗極值驅(qū)動(dòng)的外周組織電阻抗頻譜特性的評(píng)估裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]生物組織的電阻抗頻譜特性是指生物組織的電阻抗的阻性和容性成份隨著所施加激勵(lì)信號(hào)的頻率的變化而發(fā)生明顯的變化。而電阻抗頻譜特性可以通過(guò)在被測(cè)目標(biāo)表面以掃頻的方式施加具有一定幅值的交流電流，并測(cè)量相應(yīng)檢測(cè)電極上的響應(yīng)電壓來(lái)獲得被測(cè)目標(biāo)的電阻抗實(shí)虛部的頻譜數(shù)據(jù)，然后可繪制出電阻抗虛部和實(shí)部的散點(diǎn)圖，通過(guò)曲線擬合獲得Cole-Cole圓弧，借助于幾何學(xué)的運(yùn)算可計(jì)算出四個(gè)電阻抗特征參數(shù)&、Rro、α和1(&代表直流阻抗，RoJf表頻率為無(wú)窮大時(shí)的阻抗，α代表散射因子，f。代表特征頻率)，從而實(shí)現(xiàn)定量評(píng)估?，F(xiàn)有評(píng)估人體外周組織電阻抗頻譜特性的技術(shù)方法沒(méi)有考慮到心臟射血周期的影響，只通過(guò)任意時(shí)間點(diǎn)的外周組織電阻抗頻譜特性來(lái)評(píng)估(如:US8750978B2)，其評(píng)估結(jié)果的重復(fù)性和穩(wěn)定性不佳，因此需要將心阻抗信號(hào)的引入到外周組織電阻抗頻譜測(cè)量的過(guò)程中，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定地評(píng)估外周組織的電阻抗頻譜特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種心阻抗極值驅(qū)動(dòng)的外周組織電阻抗頻譜特性的評(píng)估裝置及方法，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定地評(píng)估外周組織的電阻抗頻譜特性。
[0004]本發(fā)明所述的心阻抗極值驅(qū)動(dòng)的外周組織電阻抗頻譜特性的評(píng)估裝置，包括第一電阻抗測(cè)量模塊、第二電阻抗測(cè)量模塊和上位機(jī)；
[0005]所述第一電阻抗測(cè)量模塊基于上位機(jī)的控制實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地采集心臟附近的單頻電阻抗數(shù)據(jù)，并利用單頻電阻抗數(shù)據(jù)的實(shí)部和虛部計(jì)算心阻抗模值后傳輸給上位機(jī)，由上位機(jī)識(shí)別出心阻抗模值的極值，該極值包括極大值和極小值，并基于該極值控制第二電阻抗測(cè)量模塊按照設(shè)定的參數(shù)對(duì)外周組織進(jìn)行電阻抗頻譜數(shù)據(jù)測(cè)量，并將電阻抗頻譜數(shù)據(jù)傳給上位機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)，上位機(jī)對(duì)所述電阻抗頻譜數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到電阻抗特征參數(shù)，并將該電阻抗特征參數(shù)進(jìn)行存儲(chǔ)，上位機(jī)計(jì)算在心阻抗模值的極大值和極小值兩次驅(qū)動(dòng)下測(cè)得電阻抗特征參數(shù)的平均值作為外周組織電阻抗頻譜特性的評(píng)估參數(shù)，并顯示該評(píng)估參數(shù)。
[0006]所述上位機(jī)包括第一數(shù)據(jù)采集控制模塊、極值識(shí)別模塊、極值驅(qū)動(dòng)模塊、第二數(shù)據(jù)采集控制模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、電阻抗特征參數(shù)提取模塊、參數(shù)存儲(chǔ)模塊、兩次測(cè)量參數(shù)平均值計(jì)算模塊、平均值顯示模塊；
[0007]所述第一數(shù)據(jù)采集控制模塊將單頻電阻抗數(shù)據(jù)采集的參數(shù)傳遞給第一電阻抗測(cè)量模塊，該單頻電阻抗數(shù)據(jù)采集的參數(shù)包括激勵(lì)電流的幅值A(chǔ)m、頻率f I和數(shù)據(jù)采集頻率f_acq ；
[0008]所述第一電阻抗測(cè)量模塊包括第一電阻抗數(shù)據(jù)采集子模塊、第一接口和第一電阻抗電極，第一電阻抗電極與第一電阻抗數(shù)據(jù)采集子模塊連接，第一電阻抗數(shù)據(jù)采集子模塊通過(guò)第一接口與第一數(shù)據(jù)采集控制模塊連接；所述第一接口接受第一數(shù)據(jù)采集控制模塊的控制，將施加給目標(biāo)的激勵(lì)電流的幅值A(chǔ)m、頻率fl和數(shù)據(jù)采集頻率f_acq傳遞給第一電阻抗數(shù)據(jù)采集子模塊，所述第一電阻抗數(shù)據(jù)采集子模塊通過(guò)第一電阻抗電極將激勵(lì)電流施加到被測(cè)目標(biāo)的心臟附近位置，第一電阻抗電極中的電壓信號(hào)被第一電阻抗數(shù)據(jù)采集子模塊按照設(shè)定的數(shù)據(jù)采集頻率采集，第一電阻抗數(shù)據(jù)采集子模塊利用所采集的單頻電阻抗數(shù)據(jù)的實(shí)部和虛部計(jì)算出心阻抗模值后通過(guò)第一接口發(fā)送給極值識(shí)別模塊；
[0009]所述極值識(shí)別模塊將第一電阻抗測(cè)量模塊傳遞過(guò)來(lái)的實(shí)測(cè)心阻抗模值與心阻抗模值的極大或極小先驗(yàn)值進(jìn)行比較，將差異最小的實(shí)測(cè)心阻抗模值作為心阻抗極值，并將極值驅(qū)動(dòng)標(biāo)志f_drv置為真，該極值識(shí)別模塊與第一接口連接；
[0010]所述極值驅(qū)動(dòng)模塊在極值驅(qū)動(dòng)標(biāo)志f_drv為真時(shí)啟動(dòng)第二數(shù)據(jù)采集控制模塊，該極值驅(qū)動(dòng)模塊與極值識(shí)別模塊連接；
[0011]所述第二數(shù)據(jù)采集控制模塊將電阻抗頻譜數(shù)據(jù)測(cè)量的參數(shù)傳遞給第二電阻抗測(cè)量模塊，該電阻抗頻譜數(shù)據(jù)測(cè)量的參數(shù)包括激勵(lì)電流的幅值A(chǔ)m、起始頻率《K頻率間隔△ f和激勵(lì)次數(shù)N ；
[0012]所述第二電阻抗測(cè)量模塊包括第二電阻抗數(shù)據(jù)采集子模塊、第二接口和第二電阻抗電極；第二電阻抗電極與第二電阻抗數(shù)據(jù)采集子模塊連接，第二電阻抗數(shù)據(jù)采集子模塊通過(guò)第二接口分別與第二數(shù)據(jù)采集控制模塊連接；所述第二接口接受第二數(shù)據(jù)采集控制模塊的控制，將施加給目標(biāo)的激勵(lì)電流的幅值A(chǔ)m、起始頻率f0、頻率間隔△ f和激勵(lì)次數(shù)N傳遞給第二電阻抗數(shù)據(jù)采集子模塊，第二電阻抗數(shù)據(jù)采集子模塊通過(guò)第二電阻抗電極按照掃頻測(cè)量方式將激勵(lì)電流逐個(gè)施加到被測(cè)目標(biāo)的肢端附近位置，第二電阻抗電極中的電壓信號(hào)被第二電阻抗數(shù)據(jù)采集子模塊采集，并通過(guò)第二接口發(fā)送給數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊；
[0013]所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊將第二電阻抗測(cè)量模塊傳遞過(guò)來(lái)的一次掃頻測(cè)量測(cè)得的N個(gè)頻點(diǎn)的電阻數(shù)據(jù)的實(shí)部和虛部分別存儲(chǔ)于4行N列的矩陣Mal中前兩行或后兩行，該數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊與第二接口連接；
[0014]所述電阻抗特征參數(shù)提取模塊利用矩陣Mal中的前兩行或后兩行數(shù)據(jù)作為N個(gè)電阻抗數(shù)據(jù)的實(shí)部和虛部，將N個(gè)實(shí)部作為X變量，將N個(gè)虛部作為Y變量，利用最小二乘法擬合出兩者之間的圓弧狀曲線，并計(jì)算該曲線的幾何參數(shù)得到電阻抗特征參數(shù)，該電阻抗特征參數(shù)包括Rtl、R00、α和f。，其中，Rtl代表直流阻抗，R00代表頻率為無(wú)窮大時(shí)的阻抗，α代表散射系數(shù)，f。代表特征頻率，該電阻抗特征參數(shù)提取模塊與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊連接；
[0015]所述參數(shù)存儲(chǔ)模塊將電阻抗特征參數(shù)提取模塊所獲得的電阻抗特征參數(shù)存儲(chǔ)于2行4列的矩陣Ma2中，該參數(shù)存儲(chǔ)模塊與電阻抗特征參數(shù)提取模塊連接；
[0016]所述兩次測(cè)量參數(shù)平均值計(jì)算模塊用于求心阻抗模值取極大值時(shí)所對(duì)應(yīng)的電阻抗參數(shù)與心阻抗模值取極小值時(shí)所對(duì)應(yīng)的電阻抗參數(shù)的平均值，該兩次測(cè)量參數(shù)平均值計(jì)算模塊與參數(shù)存儲(chǔ)模塊連接；
[0017]所述平均值顯示模塊用于顯示四個(gè)電阻抗特征參數(shù)在兩次心阻抗極值驅(qū)動(dòng)中外周組織電阻抗特征參數(shù)的平均值，平均值顯示模塊與兩次測(cè)量參數(shù)平均值計(jì)算模塊連接。
[0018]所述數(shù)據(jù)采集頻率f_acq是第一電阻抗測(cè)量模塊在一秒鐘內(nèi)所采集單頻心阻抗數(shù)據(jù)的次數(shù)。
[0019]所述心阻抗模值的極大先驗(yàn)值為從所述第一電阻抗測(cè)量模塊在一分鐘內(nèi)所采集的心阻抗數(shù)據(jù)中提取出的電阻抗模值的極大值；
[0020]所述心阻抗模值的極小先驗(yàn)值極為從所述第一電阻抗測(cè)量模塊在一分鐘內(nèi)所采集的心阻抗數(shù)據(jù)中提取出的電阻抗模值的極小值。
[0021]所述掃頻測(cè)量是第二電阻抗數(shù)據(jù)采集子模塊按照預(yù)設(shè)的電阻抗數(shù)據(jù)采集的參數(shù)將N個(gè)激勵(lì)信號(hào)逐個(gè)施加給目標(biāo)，每施加一個(gè)激勵(lì)信號(hào)，測(cè)得一組電阻抗實(shí)部和虛部數(shù)據(jù)。
[0022]所述電阻抗頻譜數(shù)據(jù)是指一次掃頻測(cè)量獲得的所有電阻抗數(shù)據(jù)的實(shí)部和虛部。
[0023]所述第一接口和第二接口采用USB接口。
[0024]本發(fā)明所述的心阻抗極值驅(qū)動(dòng)的外周組織電阻抗頻譜特性的評(píng)估方法，采用本發(fā)明所述的心阻抗極值驅(qū)動(dòng)的外周組織電阻抗頻譜特性的評(píng)估裝置，所述第一電阻抗測(cè)量模塊基于上位機(jī)的控制實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地采集心臟附近的單頻電阻抗數(shù)據(jù)，并利用單頻電阻抗數(shù)據(jù)的實(shí)部和虛部計(jì)算心阻抗模值后傳輸給上位機(jī)，由上位機(jī)識(shí)別出心阻抗模值的極值，該極值包括極大值和極小值，并基于該極值控制第二電阻抗測(cè)量模塊按照設(shè)定的參數(shù)對(duì)外周組織進(jìn)行電阻抗頻譜數(shù)據(jù)測(cè)量，并將電阻抗頻譜數(shù)據(jù)傳給上位機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)，上位機(jī)對(duì)所述電阻抗頻譜數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到電阻抗特征參數(shù)，并將該電阻抗特征參數(shù)進(jìn)行存儲(chǔ)，上位機(jī)計(jì)算在心阻抗模值的極大值和極小值兩次驅(qū)動(dòng)下測(cè)得電阻抗特征參數(shù)的平均值作為外周組織電阻抗頻譜特性的評(píng)估參數(shù)，并顯示該評(píng)估參數(shù)。
[0025]包括以下步驟:
[0026]步驟1、第一數(shù)據(jù)采集控制模塊將單頻電阻抗數(shù)據(jù)采集的參數(shù)傳遞給第一電阻抗測(cè)量模塊，該單頻電阻抗數(shù)據(jù)采集的參數(shù)包括激勵(lì)電流的幅值A(chǔ)m、頻率fl和數(shù)據(jù)采集頻率f—acq ；
[0027]步驟2、第一接口接受第一數(shù)據(jù)采集控制模塊的控制，將施加給目標(biāo)的激勵(lì)電流的幅值A(chǔ)m、頻率f I和數(shù)據(jù)采集頻率f_acq傳遞給第一電阻抗數(shù)據(jù)采集子模塊，所述第一電阻抗數(shù)據(jù)采集子模塊通過(guò)第一電阻抗電極將激勵(lì)電流施加到被測(cè)目標(biāo)的心臟附近位置，第一電阻抗電極中的電壓信號(hào)被第一電阻抗數(shù)據(jù)采集子模塊按照設(shè)定的數(shù)據(jù)采集頻率采集，第一電阻抗數(shù)據(jù)采集子模塊利用所采集的單頻電阻抗數(shù)據(jù)的實(shí)部和虛部計(jì)算心阻抗模值后通過(guò)第一接口發(fā)送給極值識(shí)別模塊；
[0028]步驟3、極值識(shí)別模塊將第一電阻抗測(cè)量模塊傳遞過(guò)來(lái)的實(shí)測(cè)心阻抗模值與心阻抗模值的極大或極小