人體生物電阻抗的檢測(cè)方法及其應(yīng)用

表1 計(jì)算出的等效電路模型參數(shù)值

　　擬合的電阻抗譜圖與實(shí)測(cè)的電阻抗譜圖如圖8所示，圖中菱形點(diǎn)表示擬合的電阻抗譜圖，圓點(diǎn)表示比對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的人體皮膚電阻抗譜圖，小星號(hào)線表示用脈沖式檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)測(cè)的人體皮膚電阻抗等效電路模型的電阻抗譜圖。

圖8 擬合的電阻抗譜圖與實(shí)測(cè)的電阻抗譜圖

　　從圖8可以看出，實(shí)測(cè)的等效電路模型的電阻抗譜圖與其它兩個(gè)阻抗譜圖在中頻段吻合得較好，而在低頻和高頻段存在一定的誤差。原因是在低頻段用電阻、電容模擬恒定相位元件造成誤差，而高頻段測(cè)量電路中分布電容引起虛阻抗相對(duì)較大的變化。

3.3 一種簡(jiǎn)化的皮膚水分測(cè)量方案

　　前面的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用脈沖激勵(lì)方式，可得到人體生物電阻抗的信息。根據(jù)皮膚水分測(cè)量對(duì)儀器在便攜性方面的要求，設(shè)計(jì)了如圖9所示的簡(jiǎn)化的脈沖檢測(cè)電路。該簡(jiǎn)化方案使用單頻脈沖信號(hào)激勵(lì)，利用響應(yīng)電流的峰值作為檢測(cè)參量，實(shí)現(xiàn)對(duì)人體皮膚水分含量的測(cè)量

圖9 單頻方波測(cè)量電路圖

　　使用圖7所示電極，得到不同皮膚部位的測(cè)量結(jié)果如圖10所示。

圖10 不同部位皮膚測(cè)量結(jié)果圖

　　圖中顯示了在三個(gè)不同皮膚部位測(cè)量的響應(yīng)曲線，測(cè)量的皮膚部位分別是：手指、臉、手腕。可以看出，響應(yīng)電壓不是馬上就可以到達(dá)最大值，上升曲線的時(shí)間大概為1秒，而在2.5秒左右到達(dá)最后的穩(wěn)定值。上升曲線的形狀、快慢與電極接觸皮膚的過(guò)程有關(guān)，曲線的最后穩(wěn)定的最大值對(duì)于同一個(gè)檢測(cè)皮膚部位一般不變；但是根據(jù)不同的皮膚，不同的皮膚濕潤(rùn)程度，這個(gè)最大值會(huì)相應(yīng)的發(fā)生變化。這使得我們可以利用這個(gè)測(cè)量得到的響應(yīng)曲線最大值作為被測(cè)皮膚的一個(gè)特征量作為研究，在誤差允許的范圍內(nèi)，可以作為皮膚水分的一個(gè)指標(biāo)。

4、結(jié)論

　　本文對(duì)一種利用脈沖信號(hào)激勵(lì)的電阻抗測(cè)量方法進(jìn)行了研究分析，研制了以現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列（FPGA）為核心的脈沖式檢測(cè)系統(tǒng)，并對(duì)人體皮膚生物電阻抗進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明該方法能夠同時(shí)得到多個(gè)頻率點(diǎn)的生物電阻抗信息，可有效用于人體皮膚電阻抗檢測(cè)中。在此基礎(chǔ)上提出一種利用單頻方波的簡(jiǎn)化的皮膚水分測(cè)量方案，可使測(cè)量?jī)x器簡(jiǎn)單化、便攜化。