基于生物电阻抗方法的颅内压无创检测仪器系统的原理与实现

论文摘要

生物电阻抗是反映生物组织电学性质的物理量,生物电阻抗技术是一种无损伤检测技术,其基本原理是利用生物组织的电特性及其变化提取与人体生理、病理状况相关的生物医学信息,对疾病进行诊断或提供辅助参考指标,其在医学领域的应用非常广泛。从1981年Lanner对患有脑血管代偿失调的病人进行脑阻抗与颅内压之间的相关性研究,并证实颅内压和脑阻抗变化之间存在着相关性之后,生物电阻抗法在颅内压无创检测中的研究方兴未艾。本文基于生物电阻抗法,研制颅内压无创监测仪器系统,对仪器系统实现过程中的原理和方法进行了深入研究。在理论上,进一步分析了生物电阻抗方法应用于颅内压无创检测的可行性;在实践上,对基于生物电阻抗的颅内压无创检测仪器的软硬件系统的实现进行了系统研制。硬件系统上详述了整个电路的设计过程,包括系统总体结构设计和各模块的设计。在激励源部分,利用直接数字频率合成技术对硬件系统的恒流源模块进行了设计。采用FET（场效应管）输入型高精度运算放大器OPA602实现典型的电压-电流转换电路。对恒流源的性能进行模拟,得出恒流源的输出阻抗为900k?左右,恒流源的输出误差在0.6%以内。检测电路采用高性能的差分放大器及滤波和陷波电路组成,最后采用开关解调器对阻抗的幅值进行解调。软件系统在获得与颅内压变化相关的生物电阻抗变化信息后,利用软件技术和虚拟仪器技术实现其显示、分析和存储功能,并进一步实现颅内压的无创检测功能。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 课题的目的和意义
• 1.2 颅内压的测量研究进展
• 1.2.1 颅内压的测量方法
• 1.2.2 生物电阻抗法在颅内压应用中的研究
• 1.3 本文的工作
• 2 生物电阻抗法无创测量颅内压的理论基础
• 2.1 生物电阻抗理论
• 2.1.1 Cole-Cole 理论
• 2.1.2 频散理论
• 2.1.3 生物电阻抗测量技术
• 2.2 基于生物电阻抗法的颅内压无创检测的实现原理
• 2.3 本章小结
• 3 基于生物电阻抗的颅内压无创检测仪器的系统设计方案
• 3.1 生物电阻抗测量技术选择
• 3.2 激励方式选择
• 3.3 电极安放位置
• 3.4 激励信号频率及幅值大小选择
• 3.5 本章小结
• 4 系统硬件设计
• 4.1 恒流源
• 4.1.1 DDS 简介
• 4.1.2 DDS 的原理
• 4.1.3 DDS 的结构
• 4.1.4 DDS 的设计
• 4.1.5 单片机控制系统
• 4.1.6 滤波电路
• 4.1.7 电压-电流转换电路
• 4.2 电极的选择
• 4.3 检测模块设计
• 4.3.1 前置放大环节
• 4.3.2 高通滤波和陷波
• 4.3.3 解调电路
• 4.4 本章小结
• 5 颅内压无创检测仪器系统软件设计
• 5.1 软件平台选择
• 5.2 软件系统的中心控制模块
• 5.3 软件系统各功能模块介绍
• 5.4 本章小结
• 6 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录
• B. 作者在攻读学位期间参与的科研项目目录