一種優(yōu)化的生物阻抗測(cè)試電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于生物醫(yī)療監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，尤其公開了一種優(yōu)化的生物阻抗測(cè)試電路。該測(cè)試電路包括電極陣列、繼電器陣列、至少包含兩個(gè)通道的反相器和用于連接電路各端口的多個(gè)微帶線。因此，本發(fā)明主要通過優(yōu)化生物阻抗測(cè)試電路，在保證測(cè)試完整性的情況下，減少電路所需器件數(shù)量，降低了BOM成本和生產(chǎn)加工工藝難度；同時(shí)選用了至少包含兩路通道的反相器，使在幾乎不改變成本的情況下，節(jié)約了MCU寶貴的GPIO口，為實(shí)現(xiàn)設(shè)備小型化提供可行性。
【專利說(shuō)明】
一種優(yōu)化的生物阻抗測(cè)試電路
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于生物醫(yī)療監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種優(yōu)化的生物阻抗測(cè)試電路。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前在四電極生物阻抗測(cè)量中電極排布主要有兩種，其分別為呈直線排布和矩形 排布（含正方形排布，固定圓心等半徑排布），相比于直線型排布方式，電極呈矩形排布可 減小測(cè)量區(qū)域，便于觀察被測(cè)組織阻抗的不均勻性。但是對(duì)于呈矩形排布的電極方案，若只 進(jìn)行一次測(cè)量，測(cè)量結(jié)果會(huì)受到生物組織紋理的影響。因?yàn)樯锝M織不同于其他的被測(cè)材 料，具有明顯的各向異性，其各向異性會(huì)影響所檢測(cè)的生物組織的阻抗值大小。而且有些現(xiàn) 有技術(shù)方案由于電路的復(fù)雜程度大，導(dǎo)致產(chǎn)品的前端采集探頭尺寸大，而且產(chǎn)品的成本高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種成本低、電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 以及便于設(shè)備小型化的優(yōu)化的生物阻抗測(cè)試電路。
[0004] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：
[0005] -種優(yōu)化的生物阻抗測(cè)試電路，包括電極陣列、繼電器陣列、至少包含兩個(gè)通道的 反相器和用于連接電路各端口的多根微帶線，所述電極陣列至少包括第一電極、第二電極、 第三電極和第四電極；所述繼電器陣列由多個(gè)繼電器構(gòu)成，每個(gè)繼電器包括控制端、共地 端、信號(hào)輸入端和信號(hào)輸出端；所述繼電器的控制端與控制信號(hào)輸入端連接或通過反相器 與控制信號(hào)的輸入端連接，所述繼電器的信號(hào)輸入端與外接信號(hào)源的連接端連接，所述繼 電器的信號(hào)輸出端與所述電極陣列中的電極連接，且所述繼電器的共地端均接地。
[0006] 在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述繼電器陣列主要由八個(gè)繼電器構(gòu)成，每?jī)蓚€(gè)繼電器并 聯(lián)成組，每組每個(gè)繼電器的控制端與控制信號(hào)的輸入端連接或通過反相器與控制信號(hào)的輸 入端連接，并且所述繼電器的信號(hào)輸入端與外接信號(hào)源的連接端連接，每個(gè)繼電器的信號(hào) 輸出端與所述第一電極、第二電極、第三電極或第四電極中任意一個(gè)相連接；每組繼電器的 信號(hào)輸出端均連接同一電極。
[0007] 在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述第一電極、第二電極、第三電極和第四電極依次標(biāo)記為 左上角電極、右上角電極、右下角電極和左下角電極，且四個(gè)電極呈方形等距排布，每個(gè)電 極切換兩種信號(hào)，其中處于對(duì)角位置的兩個(gè)電極承載一對(duì)呈互補(bǔ)特性的信號(hào)。
[0008] 在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述外接信號(hào)源的連接端包括激勵(lì)正信號(hào)連接端、激勵(lì)負(fù) 信號(hào)連接端、采集正信號(hào)連接端和采集負(fù)信號(hào)連接端。
[0009] 進(jìn)一步地，所述對(duì)角線排布的兩組繼電器的信號(hào)輸入端連接同一組互補(bǔ)信號(hào)，其 中所述激勵(lì)正信號(hào)和采集負(fù)信號(hào)兩種信號(hào)源依據(jù)排序的不同構(gòu)成第一對(duì)互補(bǔ)的信號(hào)；所述 激勵(lì)負(fù)信號(hào)和采集正信號(hào)兩種信號(hào)源依據(jù)排序的不同構(gòu)成第二對(duì)互補(bǔ)的信號(hào)。
[0010] 在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述控制信號(hào)包括兩路電平控制信號(hào)，其分別為控制信號(hào) CTRL_A和控制信號(hào)CTRL_B。
[0011] 進(jìn)一步地，所述控制信號(hào)CTRL_A和控制信號(hào)CTRL_B通過反相器分別生成對(duì)應(yīng)的 兩種反向電平控制信號(hào)CTRL_A.和CTRL_B,該反向電平控制信號(hào)與所述電平控制信號(hào) CTRL_A和CTRL_B -起實(shí)現(xiàn)對(duì)繼電器陣列的通斷控制。
[0012] 采用上述電路結(jié)構(gòu)后，本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比所具有的優(yōu)點(diǎn)是：通過優(yōu)化生物阻 抗測(cè)試電路，在保證測(cè)試完整性的情況下，減少電路所需器件數(shù)量，降低了 BOM成本和生產(chǎn) 加工工藝難度；同時(shí)選用了兩個(gè)反相器，使在幾乎不改變成本的情況下，節(jié)約了 MCU寶貴的 GPIO 口，為實(shí)現(xiàn)設(shè)備小型化提供可行性。
【附圖說(shuō)明】
[0013] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明：
[0014] 圖1是任意形狀被測(cè)組織的測(cè)試原理圖；
[0015] 圖2是本發(fā)明所述測(cè)試電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016] 圖3是本發(fā)明所述測(cè)試電路的使用狀態(tài)示意圖。
[0017] 附圖標(biāo)記：
[0018] P1、P2、……、P7、P8-繼電器，El-第一電極、E2-第二電極、E3-第三電極、E4-第 四電極，Ql、Q2-反相器，F(xiàn)l-激勵(lì)正信號(hào)連接端、F2-激勵(lì)負(fù)信號(hào)連接端、F3-采集正信號(hào)連 接端、F4-采集負(fù)信號(hào)連接端，1-繼電器的控制端、2-繼電器的共地端，3-繼電器的信號(hào)輸 入端，4-繼電器的信號(hào)輸出端，CTRL_A、CTRL_B-控制信號(hào)的輸入端。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 本發(fā)明主要運(yùn)用測(cè)試方法來(lái)測(cè)量生物組織的阻抗特性。如圖1所示，該測(cè)試方法 的原理簡(jiǎn)要說(shuō)明如下：選取任意形狀的被測(cè)組織，其邊緣選取四個(gè)觸點(diǎn)A、B、C、D，且盡量做 到M丄??。先在AC兩端加激勵(lì)，測(cè)量DB之間的阻抗；繼而將激勵(lì)加載與AD之間，測(cè)CB 之間的阻抗。但是如果直接采用傳統(tǒng)的測(cè)試方法將會(huì)缺失AC和AD之間生物組織的阻抗測(cè) 試數(shù)據(jù)，不能完整地測(cè)量到被測(cè)生物組織的阻抗特性，從而導(dǎo)致無(wú)法準(zhǔn)確地判斷被測(cè)生物 組織的性狀。以下所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不因此而限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0020] 如圖2所示，本發(fā)明提供了一種優(yōu)化的生物阻抗測(cè)試電路，包括電極陣列、繼電器 陣列、至少包含兩個(gè)通道的反相器（Ql、Q2)和用于連接電路各端口的多根微帶線，所述電 極陣列至少包括第一電極EU第二電極E2、第三電極E3和第四電極E4 ;所述繼電器陣列由 多個(gè)繼電器構(gòu)成，每個(gè)繼電器包括控制端1、共地端2、信號(hào)輸入端3和信號(hào)輸出端4 ;所述 繼電器的控制端1與控制信號(hào)輸入端連接或通過反相器與控制信號(hào)的輸入端連接，所述繼 電器的信號(hào)輸入端與外接信號(hào)源的連接端連接，所述繼電器的信號(hào)輸出端與所述電極陣列 中的電極連接，且所述繼電器（PI、P2、……、P7或P8……）的共地端均接地。
[0021] 在本發(fā)明實(shí)施例中，所述繼電器陣列主要由八個(gè)繼電器（P1、P2、……、P7、P8)組 成，每個(gè)繼電器包括控制端1、共地端2、信號(hào)輸入端3和信號(hào)輸出端4 ;其中每?jī)蓚€(gè)繼電器 (Pl與P2、P3與P4、P5與P6或P7與P8)并聯(lián)成組，每組每個(gè)繼電器的控制端1與控制信 號(hào)CTRL-A (或CTRL_B)的輸入端連接或通過反相器Ql (或Q2)與控制信號(hào)CTRL_A (或 CTRL_B )輸入端連接，并且所述繼電器的信號(hào)輸入端3與外接信號(hào)源的連接端連接，每個(gè) 繼電器的信號(hào)輸出端4與所述第一電極El、第二電極E2、第三電極E3或第四電極E4中任 意一個(gè)相連接；每組繼電器的信號(hào)輸出端4均連接同一電極。
[0022] 在本發(fā)明實(shí)施例中，所述第一電極EU第二電極E2、第三電極E3和第四電極E4 依次標(biāo)記為左上角電極、右上角電極、右下角電極和左下角電極，且四個(gè)電極呈方形等距排 布，每個(gè)電極僅負(fù)責(zé)切換兩種信號(hào)，處于對(duì)角線位置的兩個(gè)電極承載一對(duì)呈互補(bǔ)特性的信 號(hào)。另外，所述外接信號(hào)源的連接端包括激勵(lì)正信號(hào)連接端F1、激勵(lì)負(fù)信號(hào)連接端F2、采集 正信號(hào)連接端F3和采集負(fù)信號(hào)連接端F4。所述繼電器陣列輸出端所連接的電極呈對(duì)角線 位置排布的兩組繼電器的信號(hào)輸入端連接同一對(duì)互補(bǔ)信號(hào)，其中所述激勵(lì)正信號(hào)SHM+和 采集負(fù)信號(hào)INPUT-兩種信號(hào)源依據(jù)排序的不同構(gòu)成第一對(duì)互補(bǔ)信號(hào)，比如：根據(jù)排序不同 有構(gòu)成一對(duì)互補(bǔ)信號(hào)分別為SHM+/INPUT-和INPUT-/SHM+ ;所述激勵(lì)負(fù)信號(hào)SHM-和采 集正信號(hào)INPUT+兩種信號(hào)源依據(jù)排序的不同構(gòu)成第二對(duì)互補(bǔ)信號(hào)，比如：根據(jù)排序不同有 構(gòu)成一對(duì)互補(bǔ)信號(hào)分別為SHM-/INPUT+和INPUT+/SHM-。
[0023] 在本發(fā)明實(shí)施例中，所述反相器為雙路反相器。所述控制信號(hào)包括控制信號(hào)CTRL_ A和控制信號(hào)CTRL_B。所述控制信號(hào)CTRL_A和控制信號(hào)CTRL_B通過雙路反相器分別生成 對(duì)應(yīng)的兩路相反的電平信號(hào)INV_A( CTRLA')和INV_B( CTRLB )，兩路反向電平信號(hào) CTRL_A:和CTRL-B與兩路控制信號(hào)CTRL_A和CTRL_B -起實(shí)現(xiàn)對(duì)繼電器陣列的通斷控 制。所述反相器不局限于雙路反相器，還包括兩個(gè)單路反向器或兩路（含）以上的多路反 相器。
[0024] 如圖3所示，所述控制信號(hào)的控制端CTRL_A和CTRL_B均可輸出邏輯控制電平" 0 " 或"1"。當(dāng)所述控制信號(hào)的控制端輸出的邏輯控制電平分別為"0"和"0" 時(shí)，反相器（Ql和Q2)輸出端輸出的兩路相反的電平信號(hào)rmCT和^CT'分別為"1" 和"1"，此時(shí)繼電器P2、P4、P5、P7的信號(hào)輸入端3分別與各自的信號(hào)輸出端4導(dǎo)通，第一電 極El通過繼電器P2與采集負(fù)信號(hào)連接端F4連接、第二電極E2通過繼電器P4與采集正信 號(hào)連接端F3連接、第三電極E3通過繼電器P5與激勵(lì)正信號(hào)連接端Fl連接、第四電極E4 通過繼電器P7與激勵(lì)負(fù)信號(hào)連接端F2連接，此時(shí)測(cè)量出第一電極El和第二電極E2間的 組織阻抗。
[0025] 當(dāng)所述控制信號(hào)的控制端CTRL_A和CTRL_B輸出的邏輯控制電平分別為"0"和 "1"時(shí)，反相器（Ql和Q2)輸出端輸出的兩路反向電平信號(hào)CTRL_A;和CTRL_B:分別為"1" 和"0"此時(shí)繼電器？2、？3、？5、？8的信號(hào)輸入端3分別與各自的信號(hào)輸出端4導(dǎo)通，第一電 極El通過繼電器P2與采集負(fù)信號(hào)連接端F4連接、第二電極E2通過繼電器P3與激勵(lì)負(fù)信 號(hào)連接端F2連接、第三電極E3通過繼電器P5與激勵(lì)正信號(hào)連接端Fl連接、第四電極E4 通過繼電器P8與采集正信號(hào)連接端F3連接，此時(shí)測(cè)量出第一電極El和第四電極E4間的 組織阻抗。
[0026] 當(dāng)所述控制信號(hào)的控制端CTRL_A和CTRL_B輸出的邏輯控制電平分別為反相器 (Ql和Q2)輸出端輸出的兩路相反的電平信號(hào)CTRL._A:和CTRL.__A吩別為"0"和" 1"此時(shí) 繼電器Pl、P4、P6、P7的信號(hào)輸入端3分別與各自的信號(hào)輸出端4導(dǎo)通，第一電極El通過 繼電器Pl與激勵(lì)正信號(hào)連接端Fl連接、第二電極E2通過繼電器P4與采集正信號(hào)連接端 F3連接、第三電極E3通過繼電器P6與采集負(fù)信號(hào)連接端F4連接、第四電極E4通過繼電器 P7與激勵(lì)負(fù)信號(hào)連接端F2連接，此時(shí)測(cè)量出第二電極E2和第三電極E3間的組織阻抗。
[0027] 當(dāng)所述控制信號(hào)的控制端CTRL_A和CTRL_B輸出的邏輯控制電平分別為"1"和 "1"時(shí)，反相器（Ql和Q2)輸出端輸出的兩路相反的電平信號(hào)CTRL._A_ CTRL_.A:分別為 "0"和"0"此時(shí)繼電器PU P3、P6、P8的信號(hào)輸入端3分別與各自的信號(hào)輸出端4導(dǎo)通，第 一電極El通過繼電器Pl與激勵(lì)正信號(hào)連接端4連接、第二電極E2通過繼電器P3與激勵(lì) 負(fù)信號(hào)連接端F2連接、第三電極E3通過繼電器P6與采集負(fù)信號(hào)連接端F4連接、第四電極 E4通過繼電器P8與采集正信號(hào)連接端F3連接，此時(shí)測(cè)量出第三電極E3與第四電極E4間 的組織阻抗。
[0028] 通過上述技術(shù)方案可知，在保證測(cè)試完整性的情況下，對(duì)現(xiàn)有的測(cè)量法進(jìn)行了優(yōu) 化，減少電路所需器件數(shù)量，比如：繼電器陣列的規(guī)模從原來(lái)的16pcs縮減到8pcs，減少 50 %的器件用量，降低了 BOM成本和生產(chǎn)加工工藝的難度；同時(shí)選用了一個(gè)雙路非門（反相 器），使得控制信號(hào)從四路縮減為二路，從而使在幾乎不改變成本的情況下，節(jié)約了微控制 單元（MCU)寶貴的通用輸入輸出口（GPIO)，為設(shè)備的小型化提供的可行方案。
[0029] 上述內(nèi)容僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的 思想，在【具體實(shí)施方式】及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，本說(shuō)明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明 的限制。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種優(yōu)化的生物阻抗測(cè)試電路，包括電極陣列、繼電器陣列、至少包含兩個(gè)通道的反 相器和用于連接電路各端口的多根微帶線，所述電極陣列至少包括第一電極、第二電極、第 =電極和第四電極；所述繼電器陣列由多個(gè)繼電器構(gòu)成，每個(gè)繼電器包括控制端、共地端、 信號(hào)輸入端和信號(hào)輸出端；所述繼電器的控制端與控制信號(hào)輸入端連接或通過反相器與控 制信號(hào)的輸入端連接，所述繼電器的信號(hào)輸入端與外接信號(hào)源的連接端連接，所述繼電器 的信號(hào)輸出端與所述電極陣列中的電極連接，且所述繼電器的共地端均接地。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述優(yōu)化的生物阻抗測(cè)試電路，其特征在于，所述繼電器陣列主要 由八個(gè)繼電器構(gòu)成，每?jī)蓚€(gè)繼電器并聯(lián)成組，每組每個(gè)繼電器的控制端與控制信號(hào)的輸入 端連接或通過反相器與控制信號(hào)的輸入端連接，并且所述繼電器的信號(hào)輸入端與外接信號(hào) 源的連接端連接，每個(gè)繼電器的信號(hào)輸出端與所述第一電極、第二電極、第=電極或第四電 極中任意一個(gè)相連接；每組繼電器的信號(hào)輸出端均連接同一電極。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述優(yōu)化的生物阻抗測(cè)試電路，其特征在于，所述第一電極、第二電 極、第=電極和第四電極依次標(biāo)記為左上角電極、右上角電極、右下角電極和左下角電極， 且四個(gè)電極呈方形等距排布，每個(gè)電極切換兩種信號(hào)，其中處于對(duì)角位置的兩個(gè)電極承載 一對(duì)呈互補(bǔ)特性的信號(hào)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述優(yōu)化的生物阻抗測(cè)試電路，其特征在于，所述外接信號(hào)源的連 接端包括激勵(lì)正信號(hào)連接端、激勵(lì)負(fù)信號(hào)連接端、采集正信號(hào)連接端和采集負(fù)信號(hào)連接端。5. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述優(yōu)化的生物阻抗測(cè)試電路，其特征在于，所述對(duì)角線排布的 兩組繼電器的信號(hào)輸入端連接同一組互補(bǔ)信號(hào)，其中所述激勵(lì)正信號(hào)和采集負(fù)信號(hào)兩種信 號(hào)源依據(jù)排序的不同構(gòu)成第一對(duì)互補(bǔ)的信號(hào)；所述激勵(lì)負(fù)信號(hào)和采集正信號(hào)兩種信號(hào)源依 據(jù)排序的不同構(gòu)成第二對(duì)互補(bǔ)的信號(hào)。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述優(yōu)化的生物阻抗測(cè)試電路，其特征在于，所述控制信號(hào)包括兩 路電平控制信號(hào)，其分別為控制信號(hào)CTRL_A和控制信號(hào)CTRL_B。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述優(yōu)化的生物阻抗測(cè)試電路，其特征在于，所述控制信號(hào)CTRL_ A和控制信號(hào)CTRL_B通過反相器分別生成對(duì)應(yīng)的兩種反向電平控制信號(hào)CTRL_A；^P CTRLJB，該反向電平控制信號(hào)與所述電平控制信號(hào)CTRL_A和CTRL_B -起實(shí)現(xiàn)對(duì)繼電器 陣列的通斷控制。
【文檔編號(hào)】A61B5/053GK105982671SQ201510094837
【公開日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2015年3月3日
【發(fā)明人】張亮, 徐現(xiàn)紅, 戴濤, 高松
【申請(qǐng)人】思瀾科技（成都）有限公司