STM32测试人体阻抗

    生物电阻抗是人体生物信号中的一个重要电参数，包含了生物丰
富的生理与病理信息，对生物电阻抗的测量与分析在生物医学工程上
有着重要的研究和应用价值。生物电阻抗测量技术是近年发展起来一
种无损伤检测技术，已作为生物医学领域的重要研究课题，受到国内
外学者的广泛重视，如何有效地提取生物电阻抗信号中的模值和相角
是目前关注的技术重点。

    本文分析了四电极法测量电阻抗的基本原理，推导了电阻抗模值
和相位角的计算公式，并基于测量芯片AFE4300设计一种生物电阻
抗的计算方法;提出了一套多频率激励的生物电阻抗测量电路，采用
TI公司的集成前端模拟测量芯片AFE4300为阻抗测量模块，STM32
为核心控制器，并对校准电路、电源电路进行了详细的分析，设计出
开发板电路。

    生物电阻抗测量是一种无害的检测技术，主要通过提取生物组织和器官的电
特性信号来分析这些生物医学信息，这些信息与人体生物组织内部的变化有密切
关系「z7。生物电阻抗测量技术的最终目的是根据不同的应用需求，提取相应的电
阻抗信号，进而获取生物组织生理和病理信息，提取电阻抗信号时，首先通过电
流电极向生物组织表皮注入微小的交流电流，然后通过电压采集电极提取生物组
织的电信号。生物阻抗测量技术具有无创、无害、廉价、功能信息丰富和操作简
单的优点，具有良好的应用前景。

    生物电阻抗测量技术的优势在于通过提取生物组织的模值和相角，对组织、
器官等不同层面进行电阻抗测量，进而清晰准确地对人体各部分进行评估，并且
该检测过程对人体无任何伤害。在临床应用中，若在疾病发生之前，及时的检测
到特定组织与器官功能性质的变化，不仅可以提高医生的治疗效率而且可以减轻
病人的痛苦、节约医疗成本。利用生物电阻抗检测技术提取的是生物组织中的电
特性信息，这些信息与生物体功能紧密相关;该项技术不仅能够实现对气体、体
液以及血液特性的检测，而且能够根据获取的信息推断出相关的组织与器官所具
有的特点，例如在实际应用中根据提取的生物电阻抗信号，可以实现对肺中的气
体交换，生物组织内血液与体液流动等各种功能的分析。

(1)脑、心、肺血管及其循环系统检测在细胞层级上测量生物电阻抗，能够分析出生物电阻抗的全部信息。胞为研究对象据实际的研究」提取血液信息可以反应出脑、心、肺等器官功能的变化以红细然后根隋况，对多种指标进行综合评价及测量。通过选取不同的观测对象可以为一些没有高效治疗方法的疾病提供预防措施，或尽早做出合理的治疗方案，将疾病的危害程度降到最低。

(2)肿瘤的早期发现和诊断采用生物电阻抗的方法同样也可以用于分析正常细胞和肿瘤组织细胞之间的差异，从而获取相关的信息。生物电阻抗测量方法可以为细胞癌变的发生进行早期的鉴定和诊断提供依据，并且通过对细胞癌变过程的检测，精确定位癌变细胞位置，对肿瘤的及时发现和治疗提供有效的检测手段

(3)改善和提高血流图技术通常采用容抗特性的人体组织电阻抗物理模型，对细胞内液、细胞膜以及细胞外液电特性的区分，该物理模型不再将器官、组织以及血液作为一个整体。纵观生物电阻抗技术的发展趋势可知，通过使用阻抗量化关系，可以准确的获取血液流图中与生物组织相关的特征参数，极大的提高了血液流图在评价生物组织功能上的应用.

人体生物电阻抗信号的测量是生物电阻抗检测技术的一个重要应用，如何利用该检测技术无创、精确的提取人体电阻信号是当前研究的重点。本章首先简要的介绍了生物组织的等效电路模型，在该模型的基础上分析了Cole-Cole理论;然后针对生物电阻抗的频率特性，介绍了频散理论;最后着重分析了几种常用的生物电阻抗测量方法，选择四电极测量方法本文测量方法，为本文后续研究奠定理论基础。

(1>人体表皮电阻的对电阻抗测量的影响在影响人体电抗测量的众多因素中，人体表皮对电阻值测量的影响最大，这是因为表皮的含水量直接影响着电阻抗的测量值。研究表明对于同一个人，当其的皮肤干净没有出现破损，且处在在干燥的环境中时，其电阻可以达到400一1OOOKS2，但是如果出现破损或者处在潮湿的环境中时，电阻值就会急速下降，一般其值在1000S2左右，如果完全破损时，则人体仅表现为内部电阻值的大小SOOS2。对于不同的人而言，因为表皮含水量的不同，也使得电阻抗值表现出较大的差异性。

人体的电阻值是随着激励电源频率的增高，逐渐减少的。研究表明，当受到100KHZ的激励频率电源时，其电阻值的大小仅为受50HZ频率电源激励时的一半，随着频率的增强其承受电流的能力也有所提升。电阻抗测量中，均是通过电极向待测生物表皮注入激励电流源然后提取电压值，但是电极与皮肤之间存在接触电阻，且电极片之间的相对位置，都会影响电阻抗的测量结果，因此选择合适的测量方法，减少实验操作过程中的误差，也是生物电阻抗测量中必须要考虑的问题。