專利名稱：生物體體液分布測量分析儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測量分析儀，特別是一種用于測量及分析生物體體液分布狀況的生物體體液分布測量分析儀。
測量生物體細(xì)胞內(nèi)外液體分布，對于了解人體生理和臨床狀態(tài)有重要意義，其在一定程度上可用于水腫的檢測、新陳代謝的估計、循環(huán)系統(tǒng)疾病的診斷和危重病人監(jiān)護(hù)及人工透析監(jiān)護(hù)等。對體液分布的測定國際上曾有一些方法報道，如臨床診斷法、影像學(xué)診斷法(超聲或放射學(xué)診斷)、同位素示蹤劑細(xì)胞外液測定法、生化指標(biāo)測定法(cGMP測定法)等，這些方法或因主觀因素影響大而且不易定量，或因儀器昂貴和有放射性，或測定方法操作復(fù)雜等等原因，使之僅能在實驗室中有所應(yīng)用而難以廣泛用于臨床。
本發(fā)明的目的在于提供一種可定量測量及便于實施的生物體體液分布測量分析儀。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種對被測體無創(chuàng)傷的生物體體液分布測量分析儀。
本發(fā)明的生物體體液分布測量分析儀是根據(jù)生物體在外加電場作用下其電阻抗的頻率響應(yīng)特性是隨體液的分布而變化的；例如當(dāng)外加低頻電場時，體內(nèi)細(xì)胞膜容抗很大，細(xì)胞呈絕緣狀態(tài)，激勵電流主要經(jīng)由細(xì)胞外液傳導(dǎo)；隨激勵電場頻率的提高，細(xì)胞膜逐漸呈容性短路，即低頻下測量的阻抗特性反映了細(xì)胞外液的性質(zhì)，而高頻下的阻抗響應(yīng)則由細(xì)胞內(nèi)外液兩者所貢獻(xiàn)。因此，可通過測量外加電場作用下生物體電阻抗的頻率響應(yīng)可得知生物體體液的分布狀況。
為達(dá)到上述目的，基于以上機(jī)理本發(fā)明采取如下方法本發(fā)明采用四電極系統(tǒng)測定外加電場作用下人體的阻抗頻率響應(yīng)四個電極平行地加到人體下肢皮膚表面，其中兩外電極施加激勵電流，兩內(nèi)電極用于阻抗檢測。采用四電極系統(tǒng)的目的是滿足如下所述的相關(guān)檢測的需要，能有效地消除生物物質(zhì)低頻電性測量中普通存在的電極極化問題，并提高抗外來干擾能力。
上述激勵電流信號是由一交流信號發(fā)生器產(chǎn)生的正弦信號，該正弦信號經(jīng)隔離電路加到電壓電流轉(zhuǎn)換電路，將經(jīng)轉(zhuǎn)換的電流信號加在電極板上；本發(fā)明中的檢測電路采用相關(guān)接收技術(shù)；由電極板檢測到的信號經(jīng)前置放大器放大，再經(jīng)隔離電路后，經(jīng)信號處理電路處理后，再由微處理器數(shù)據(jù)處理并由數(shù)碼管顯示測量結(jié)果；其中的隔離電路是因安全性而設(shè)置的，其作用是將外電源與被測體隔開，以避免不必要的電信號加在被測體上，造成意外。
本發(fā)明的生物體體液分布測量分析儀包括四個電極板、一信號產(chǎn)生電路及一信號檢測電路；其中兩個電極板位于測量部位的外側(cè)，另兩個電極板位于測量部位的內(nèi)側(cè)；所述信號產(chǎn)生電路包括一交流信號發(fā)生器、一隔離電路、一電壓電流轉(zhuǎn)換電路；所述交流信號發(fā)生器產(chǎn)生一激勵電壓信號，經(jīng)一隔離電路將該信號輸入到所述電壓電流轉(zhuǎn)換電路，其將正弦電壓信號轉(zhuǎn)換為電流信號，該信號加在所述兩外側(cè)電極板(電流電極)上；
所述信號檢測電路包括一前置放大器、一隔離電路、一信號處理電路、一模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、一微機(jī)、一單片微機(jī)及一打印顯示電路；由所述兩內(nèi)側(cè)電極板(電壓電極)檢測的電壓信號經(jīng)前置放大器放大后，經(jīng)隔離電路將該信號輸入到所述信號處理電路，以消除信號中的相移、頻率偏移以及由被測體在低頻測量中存在的電極化影響，經(jīng)處理后的信號再經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，以便于所述微機(jī)、單片微機(jī)及打印顯示電路進(jìn)行數(shù)字化處理。
所述信號處理電路可包括一相移電路、一相關(guān)檢測電路及一參考信號形成電路；其中相移電路用于消除或補(bǔ)償由電路所造成的附加相移；參考信號形成電路用于產(chǎn)生參考信號，如正弦信號或方波信號；經(jīng)相移電路處理的信號與參考信號同時輸入到相關(guān)檢測電路，經(jīng)兩信號相乘，檢出與參考信號同頻率的被測信號，輸出一直流模擬信號；該信號通過模-數(shù)/數(shù)-模轉(zhuǎn)換電路的模-數(shù)轉(zhuǎn)換電路送到單片微機(jī)。
單片微機(jī)通過其控制輸出信號和模-數(shù)/數(shù)-模轉(zhuǎn)換電路的數(shù)-模轉(zhuǎn)換部份，對測量過程進(jìn)行控制。
單片微機(jī)的控制輸出信號用以選通信號發(fā)生器1的開關(guān)和振動頻率。
單片微機(jī)通過數(shù)-模轉(zhuǎn)換電路選通相關(guān)檢測電路，并控制數(shù)據(jù)讀入。
單片微機(jī)的存儲器ROM中駐留了監(jiān)控程序(如圖4所示)；測量要求通過外部面板鍵碼輸入。
單片微機(jī)的ROM中駐留了大量樣本，其包括不同性別和不同年齡健康人組體液分布的標(biāo)準(zhǔn)值(用阻抗率計，為50-1000Ω.cm)表示。
經(jīng)單片微機(jī)處理分析后的測量結(jié)果由打印顯示單元上顯示。
所述交流信號發(fā)生器可采用精密函數(shù)發(fā)生器或數(shù)字波形發(fā)生器或分立LRC或晶振構(gòu)成的波形發(fā)生器；相關(guān)檢測電路的相關(guān)器可采用模擬乘法器、開關(guān)乘法器或鎖相環(huán)；相關(guān)檢測電路的目的在于消除被測信號及參考信號之間的頻率偏移和相位偏移，與四電極一起可消除生物物質(zhì)低頻電性測量中普遍存在的電極極化問題。到達(dá)相關(guān)檢測電路的來自參考信號形成電路的參考方波信號與同時到達(dá)相關(guān)檢測電路的來自移相電路的被測信號相乘，檢出與參考方波信號同頻率的被測信號成份。相關(guān)檢測電路利用參考信號與被測信號在時間軸上的前后相關(guān)性，給出由直流模擬量表示的被測信號信息。
本發(fā)明具有以下效果本發(fā)明的生物體體液分布測量分析儀是一種用于測量及分析生物體體液分布狀況的新型的生物體體液分布測量分析儀，用于血透時間和超濾量的確定及血透后體液狀態(tài)的確定。其為一種價格便宜可廣泛用于臨床診斷的生物體體液分布定量測量分析儀；其對生物體的測量無創(chuàng)傷、易行、準(zhǔn)確。
本發(fā)明在信號產(chǎn)生及檢測電路中設(shè)置了隔離電路，以將電源與被測體隔開，避免不必要的電信號加在被測體上，造成意外，保證了測量的安全性。
由于本發(fā)明的電路中采用了相關(guān)檢測技術(shù)，能有效地消除生物物質(zhì)低頻電性測量中普遍存在電極極化問題，使測量結(jié)果準(zhǔn)確可靠，并可提高信噪比。


圖1本發(fā)明的電路方框圖；圖2、3本發(fā)明一實施例的電路圖；圖4本發(fā)明的主程序流程圖。
結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明的生物體體液分布測量分析儀詳細(xì)說明如下如圖1所示，本發(fā)明的生產(chǎn)體體液分布測量分析儀的實施例，其中信號產(chǎn)生電路包括信號發(fā)生器1、一隔離電路2、一電壓電流轉(zhuǎn)換電路3；所述信號檢測電路包括一前置放大器6、一隔離電路7、信號處理電路、一模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換電路11、以及PC微機(jī)14、單片微機(jī)12、打印顯示電路13；其中信號發(fā)生器1產(chǎn)生的激勵信號為交變正弦電壓信號，該信號經(jīng)隔離電路2輸入至電壓電流轉(zhuǎn)換電路3，將電壓信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏餍盘柡蠹釉趦蓚€外電極31、32上；兩內(nèi)電極61、62，檢測由激勵電流在所測二點(diǎn)產(chǎn)生的電壓差信號，將該信號加到前置放大器6，經(jīng)放大后通過隔離電路7，該信號被耦合到信號處理電路；本實施例中信號處理電路包括一相關(guān)檢測電路9及一參考信號形成電路10，本實施例中參考信號電路10產(chǎn)生一正弦信號，該參考信號和經(jīng)相移電路8補(bǔ)償?shù)臋z測信號同時輸入到相關(guān)檢測電路9，二信號相乘檢出與參考信號相同頻率的被測信號成份，給出由直流模擬量表示的被測信號，該信號再經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路11轉(zhuǎn)換為數(shù)字式信號，再由微機(jī)部分處理及顯示或打印，參考信號形成電路10可將信號發(fā)生器1所產(chǎn)生的正弦電壓信號轉(zhuǎn)變成所需的參考信號，如正弦信號或方波信號；單片微機(jī)12的控制輸出端信號用于選通信號發(fā)生器的開關(guān)和信號頻率；單片微機(jī)12通過數(shù)模轉(zhuǎn)換電路11選通相關(guān)檢測電路9并控制數(shù)據(jù)讀入；單片微機(jī)12的ROM中存儲了大量樣本(大于700例)經(jīng)微機(jī)12處理分析后的測量結(jié)果由打印顯示電路13顯示。
測量結(jié)果還可由總線RS-232傳輸給PC微機(jī)14以便于數(shù)據(jù)的保存與計算。本測量儀的測量數(shù)據(jù)可以阻抗率Ω.CM表示。
如圖2及3所示，其為本發(fā)明的一實施例電路圖；在信號產(chǎn)生電路中，交流信號發(fā)生器1采用型號為ICL 8038的精密函數(shù)發(fā)生器21，隔離電路2采用變壓器24，電壓電流轉(zhuǎn)換電路3采用運(yùn)算放大器26；精密函數(shù)發(fā)生器21所產(chǎn)生信號的頻率及波形由其外圍的電阻、電容元件調(diào)節(jié)；精密函數(shù)發(fā)生器21產(chǎn)生的正弦信號通過由一運(yùn)算放大器構(gòu)成的緩沖器23，輸至隔離變壓器24，再經(jīng)一由一運(yùn)算放大器構(gòu)成的緩沖器25輸至運(yùn)算放大器26，其將電壓信號轉(zhuǎn)換為電流信號，該電流信號加在電極板31、32上；在檢測電路中，前置放大器6為一前置差分放大器，其包括三個運(yùn)算放大器34，隔離電路7采用變壓器36，移相電路8采用一運(yùn)算放大器38，相關(guān)檢測電路9包括一開關(guān)乘法器39及一運(yùn)算放大器40，運(yùn)算放大器組成二階低通濾波器作平滑處理；開關(guān)乘法器39可采用型號為CMOS4053的集成電路，參考信號形成電路10為一高速比較器43；電路中二個并接在二內(nèi)側(cè)電極61、62間的二極管33起輸入過載保護(hù)作用；由激勵電流在被測體上產(chǎn)生的電位差由內(nèi)側(cè)電極板61、62檢測到，該檢測信號經(jīng)由一運(yùn)算放大器構(gòu)成的緩沖器35，輸至隔離變壓器36，再經(jīng)一由一運(yùn)算放大器構(gòu)成的緩沖器37輸至運(yùn)算放大器38，其輸出信號輸至開關(guān)乘法器39，來自高速比較器43的參考信號同時輸至開關(guān)乘法器39，兩信號相乘檢出與參考方波信號同頻率的被測信號成份。相關(guān)檢測電路9給出由直流模擬量表示的被測信號信息；該模擬信號輸至經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路11轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，以便于后序微機(jī)14、單片微機(jī)12及打印顯示電路13的進(jìn)行處理。
所述交流信號發(fā)生器(1)產(chǎn)生激勵信號電流頻率可分別選擇低頻點(diǎn)為100Hz～10KHz，高頻點(diǎn)為100KHz～20MHz，特征頻點(diǎn)為30～50KHz。
本發(fā)明的實施例中的單片微機(jī)12采用Intel P8031AH；精密函數(shù)發(fā)生器21采用型號為ICL 8038的集成電路；電壓電流轉(zhuǎn)換電路(3)采用運(yùn)算放大器26的型號LF356H；高速比較器43的型號為LM319三個運(yùn)算放大器34的型號為TL082；開關(guān)乘法器39采用型號為CMOS4053的集成電路；兩內(nèi)電極上并接的二極管采用ES1588二極管。
本發(fā)明的實施例中的隔離變壓器24、36及隔離變壓器36可采用1∶1鐵氧體高頻隔離變壓器；電極31、32、61、62的形狀為帶狀d＞1.5R或盤式d＞2.3R，其中d為相鄰的電流電極和電壓電極之間的距離，R為電壓電極所在處肢體的半徑。
本發(fā)明的實施例中的電極采用帶狀電極板，其材料采用0.08MM厚6MM寬的不銹鋼。
權(quán)利要求
1.一種生物體體液分布測量分析儀，其特征在于，包括四個電極板、一信號產(chǎn)生電路及一信號檢測電路；其中兩個電極板位于測量部位的外側(cè)，另兩個電極板位于測量部位的內(nèi)側(cè)；所述信號產(chǎn)生電路包括一交流信號發(fā)生器(1)、一隔離電路(2)、一電壓電流轉(zhuǎn)換電路(3)；所述交流信號發(fā)生器(1)產(chǎn)生一激勵電壓信號，經(jīng)隔離電路(2)將該信號輸入到所述電壓電流轉(zhuǎn)換電路(3)，其將電壓信號轉(zhuǎn)換為電流信號，該信號加在所述兩外側(cè)電極板(31)、(32)上；所述信號檢測電路包括一前置放大器(6)、一隔離電路(7)、一信號處理電路、一模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換電路(11)、一微機(jī)(14)、一單片微機(jī)(12)及一打印顯示單元(13)；由所述兩內(nèi)側(cè)電極板(61)、(62)檢測的電壓信號經(jīng)所述前置放大器(6)放大后，經(jīng)所述隔離電路(2)將該信號輸入到所述信號處理電路，以消除信號中的相移、頻率偏移以及由被測體在低頻測量中存在的電極化影響，經(jīng)處理后的信號再經(jīng)所述模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換電路(11)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，以便于所述微機(jī)(14)、單片微機(jī)(12)及打印/顯示電路(13)進(jìn)行數(shù)字化處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物體體液分布測量分析儀，其特征在于所述信號處理電路包括一用于補(bǔ)償由電路造成的附加相移的移相電路(8)、一相關(guān)檢測電路(9)及一用于產(chǎn)生參考信號，如正弦信號或方波信號的參考信號形成電路(10)；經(jīng)所述相移電路處理(8)的信號與參考信號同時輸入到所述相關(guān)檢測電路(9)，經(jīng)兩信號相乘，檢出與參考信號同頻率的被測信號，輸出一直流模擬信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的生物體體液分布測量分析儀，其特征在于所述信號產(chǎn)生電路中，所述交流信號發(fā)生器(1)采用精密函數(shù)發(fā)生器(21)，隔離電路(2)采用變壓器(24)，電壓電流轉(zhuǎn)換電路(3)采用運(yùn)算放大器(26)；所述精密函數(shù)發(fā)生器(21)產(chǎn)生的激勵電壓信號為正弦信號，該正弦信號通過由一運(yùn)算放大器構(gòu)成的緩沖器(23)，輸至所述隔離變壓器(24)，再經(jīng)由一運(yùn)算放大器構(gòu)成的緩沖器(25)輸至所述運(yùn)算放大器(26)，其將電壓信號轉(zhuǎn)換為電流信號，該電流信號加在所述外側(cè)電極板(31)、(32)上；
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的生物體體液分布測量分析儀，其特征在于所述信號檢測電路中，所述前置放大器(6)采用前置差分放大器其包括三個運(yùn)算放大器(34)，隔離電路(7)采用變壓器(36)，移相電路(8)采用一運(yùn)算放大器(38)，相關(guān)檢測電路(9)包括一開關(guān)乘法器(39)及一運(yùn)算放大器(40)；參考信號形成電路(10)為一高速比較器(43)；由內(nèi)側(cè)電極板(61)、(62)檢測到的被測體上產(chǎn)生的電壓信號經(jīng)三個運(yùn)算放大器(34)放大，再經(jīng)由一運(yùn)算放大器構(gòu)成的緩沖器(35)，輸至隔離變壓器(36)，再經(jīng)一由一運(yùn)算放大器構(gòu)成的緩沖器(37)輸至運(yùn)算放大器(38)，其輸出信號輸至開關(guān)乘法器(39)，來自高速比較器(43)的參考方波信號同時輸至開關(guān)乘法器(39)，兩信號相乘檢出與參考方波信號同頻率的被測信號成份；相關(guān)檢測電路(9)給出由直流模擬量表示的被測信號；該模擬信號輸至模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(11)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，以便于后續(xù)微機(jī)(14)、單片微機(jī)(12)及打印顯示電路(13)進(jìn)行處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物體體液分布測量分析儀，其特征在于所述交流信號發(fā)生器(1)產(chǎn)生激勵正弦電壓信號，頻率分別選擇低頻點(diǎn)為100Hz～10KHz，高頻點(diǎn)為100KHz～20MHz，特征頻點(diǎn)為30～50KHz。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物體體液分布測量分析儀，其特征在于所述交流信號發(fā)生器(1)采用數(shù)字波形發(fā)生器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物體體液分布測量分析儀，其特征在于所述交流信號發(fā)生器(1)采用分立LRC或晶振構(gòu)成的波形發(fā)生器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的生物體體液分布測量分析儀，其特征在于所述相關(guān)檢測電路采用模擬乘法器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的生物體體液分布測量分析儀，其特征在于所述相關(guān)檢測電路采用鎖相環(huán)。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的生物體體液分布測量分析儀，其特征在于所述變壓器(24)及變壓器(36)采用1∶1鐵氧體高頻隔離變壓器。
11.根據(jù)權(quán)利要求3所述的生物體體液分布測量分析儀，其特征在于所述電極板(31)、(32)、(61)、(62)的形狀為帶狀，其相鄰的電流電極和電壓電極之間的距離大于電壓電極所在處肢體的半徑的1.5倍。
12.根據(jù)權(quán)利要求3所述的生物體體液分布測量分析儀，其特征在于所述電極板(31)、(32)、(61)、(62)的形狀為盤狀，其中相鄰的電流電極和電壓電極之間的距離大于電壓電極所在處肢體的半徑的2.3倍。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的生物體體液分布測量分析儀，其特征在于所述的帶狀電極板(31)、(32)、(61)、(62)的材料采用0.08MM厚6MM寬的不銹鋼。
全文摘要
一種生物體體液分布測量分析儀，包括交流信號發(fā)生器、隔離電路、電壓電流轉(zhuǎn)換電路、前置放大器、信號處理電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、微機(jī)、打印顯示單元及四個電極板；測量時電極板分別位于測量部位的內(nèi)、外側(cè)；交流信號發(fā)生器產(chǎn)生的信號，經(jīng)隔離電路輸入到電壓電流轉(zhuǎn)換電路，將電壓信號轉(zhuǎn)換為電流信號，信號加在外側(cè)電極板上；由內(nèi)側(cè)電極板檢測的信號經(jīng)前置放大器放大后，經(jīng)信號處理電路處理，再經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，由微機(jī)處理。
文檔編號G01N27/02GK1127628SQ95101989
公開日1996年7月31日 申請日期1995年1月28日 優(yōu)先權(quán)日1995年1月28日
發(fā)明者余玨, 魯勇軍, 張建新 申請人:中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究所, 北京市保傳電子技術(shù)公司