[发明专利]一种基于无线网络传输方式的多目标生物电阻抗监测系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用无线网络传输方式的多目标生物电阻抗多频监测系统。它可用于传统有线连接和单目标阻抗测量方法不适用的各种生物阻抗测量环境。

背景技术

生物电阻抗测量是一种利用生物组织的电特性和变化规律提取与人体生理、病理相关信息的技术。其原理是通过给人体组织施加一个安全的激励电流，测量响应信号的幅值和相位，求得生物组织得复阻抗特性。由于生物组织的电阻抗特性与组织的微观结构、组织成份、血气交换状态、离子浓度、细胞膜的通透性等均密切相关，因而生物电阻抗测量技术不仅能够检测出组织的器质性变化，还可在器质性变化发生之前，及时发现由生理或病理变化所导致的组织功能性变化，因而在疾病的早期检测与危重伤病的动态监护方面有着重要的应用价值。此外，由于生物电阻抗测量技术还具有无创、无害、廉价、操作简单等特点，易于被临床接受，因而成为了近年来的研究热点。

电阻抗多频监测是利用生物电阻抗测量技术对人体组织病理、生理变化敏感的特点，在特定频率范围内通过对组织或器官的电阻抗进行长时间的测量，并分析其随时间的变化规律，从而获得人体或器官的生理状态、组织功能或伤病的发展状态信息，从而为准确评价人体的健康状况，并在伤病状况发生重大变化的早期进行干预奠定基础。

目前的电阻抗测量技术多是针对单一目标进行，而在一些特殊场合，我们往往需要同时集中监测多个人员的电阻抗频谱信息，或者在监测过程中允许监测对象在一定范围内自由活动。因而需要一种可基于无线网络传输方式的多目标生物电阻抗监测技术与系统。

发明内容

为克服现有技术对多目标或移动目标的生物电阻抗监测不足，本发明的目的在于，提供一种基于无线网络传输方式的多目标生物电阻抗多频监测系统。

为了实现上述任务，本发明采用如下的技术解决方案：

一种基于无线网络传输方式的多目标生物电阻抗监测系统，其特征在于，包括多个生物电阻抗测量单元，其特征在于，还包括有无线中继器和主控计算机，所述的生物电阻抗测量单元和无线中继器上设置有无线通讯模块，采用三层结构通讯协议以无线星型拓扑结构的方式将各个生物电阻抗测量单元和主控计算机建立无线网络，该无线网络同生物电阻抗测量单元的多个测量目标一对一或一对多的通讯，以控制多个生物电阻抗测量单元进行特定区域内的多个目标电阻抗的实时监测；其中，生物电阻抗测量单元的无线通讯模块用以接收主控计算机的指令和上传电阻抗测量结果；主控计算机用于实现无线通讯网络的建立、电阻抗监测参数控制、测量数据的收集、显示与保存；无线中继器通过串行接口Uart、USB或以太网接口方式与主控计算机进行通讯。

本发明的基于无线网络传输方式的多目标生物电阻抗监测系统，其突出特色与创新点在于：

1)设计了一种三层结构的无线网络通信协议，实现系统的星型网络连接，并具有扩展节点功能，使系统能够在更大范围内监测移动目标。

2)设计了一种Cole模型阻抗特征参数的快速提取算法，实现参数的快速求解，易于在单片机上设计实现。

3)采用了一种生物电阻抗频谱特性参数传输的数据上传方式，降低了监测数据传输总量，使系统具备了同时监测更多目标的能力。

附图说明

图1是本发明的基于无线网络传输方式的多目标生物电阻抗监测系统结构框图。

图2是无线通讯协议的软件结构。

图3是无线网络组网流程参考图。

图4是无线网络中测量单元数据桥联流程参考图。图中，箭头①表示发现无法直接连接无线中继器，箭头②表示发起侨联请求，箭头③表示连接无线中继器并上传信息，箭头④表示无线中继器反馈并分配连接地址，箭头⑤表示反馈连接信息。

图5是无线中继的固件程序流程图。

图6是系统的电阻抗数据采集流程示意。

图7是生物电阻抗测量单元的结构框图。

图8是阻抗测量单元固件程序流程图。

图9是Cole模型电路原理图。其中，(a)为串联模式，(b)为并联模式，(c)为阻抗模随频率的变化曲线，(d)为阻抗虚部随频率的变化曲线，(e)为Cole轨迹图。

图10是基于生物电阻抗模型的模拟测量数据与Cole模型参数计算效果图。其中，图(a)为Cole曲线的拟合效果图，图(b)为阻抗实部频谱特性的拟合效果图，图(c)为阻抗虚部频谱特性的拟合效果图。

图中，标号901为根据特征参数拟合的曲线，标号902为含有测量噪声的仿真测量数据。

以下结合附图以及发明人提供的原理和实施例，对本发明做进一步说明。