[发明专利]信号处理系统及方法与生物阻抗检测装置及组件

说明书

本发明提供一种信号处理系统及方法与生物阻抗检测装置及组件，用以对传感器所测得的感测信号进行对应的信号处理，注入一微小交流电信号来通过所述待测量的生物组织，并藉由欧姆定律的原理使所述传感器得以感测出所述待测量的生物组织的感测信号；以及对所述感测信号进行处理以输出与信号强度相关的第一数字输出信号，并对所述微小交流电信号与所述感测信号两者进行处理以输出与相位相关的第二数字输出信号；藉此，利用所述第一数字输出信号以及第二数字输出信号还原所述待测量的生物组织的生理特性以及建立用以表示所述生理特性的等效电路参数模型。

技术领域

本发明涉及一种信号处理技术，特别是涉及一种利用待测量的生物组织本身的电阻特性以及电容特性，将一生物阻抗信息分为增益以及相位两部分进行检测的信号处理系统及方法与生物阻抗检测装置及组件。

背景技术

生物阻抗技术是临床医学与生物医学上一项重要的技术，主要是基于生物组织本身既有的电气特性及频率响应特性，以定性或定量化各生物组织的特征行为，来观察不同的生物组织之间特征行为所表现出来的差异性。

生物阻抗技术早期应用在运动员体适能评估、减重、体脂计及营养学上。近期则着重应用于血液、体液及不同身体组织的状态变化监测，例如：心衰竭治疗、呼吸参数量测、细胞特性侦测、患者的营养状态、心肺功能评估和生物阻抗影像。近年来，更有将生物阻抗技术应用于癌症检测，以比较正常细胞与癌细胞之间的差异，作为术后的癌细胞增长与否及判断癌症是否发生复发或转移等现象之重要参考依据。

生物阻抗技术相较于其他检测方法(例如：同位素法、放射性钾追踪、超音波、核磁共振造影及计算机断层扫描等)而言均具有操作简便、分析快速、准确度高及非侵入性等优点。因此，生物阻抗技术无论在生物医学或临床医学上皆为目前重要的发展方向。

诚如先前所述，生物阻抗技术可应用于癌症检测上，尤其是术后的癌症病人在经由外科手术切除肿瘤细胞后，即使经由治疗后临床症状消失，但随着时间增长，仍有相当比例患者在原发肿瘤部位发现复发性肿瘤。因此，无论是术后或治疗后仍需要透过定期追踪和监控是否复发或发生转移；而如何将此技术实现于植入式或可携式生医电子检测系统更是目前研究的主要方向之一。

而在先前各种生物阻抗技术上，根据早期19世纪所提出的「惠斯同电桥」(Wheatstone Bridge)阻抗检测技术，其用来精确量测未知阻抗的阻抗值，所述技术将在中间放置一检流计(Galvanometer)来检测是否有电流经过；当检流计读数为零时，即为所述检流计两端电位达到平衡相等，则得知待测物的阻抗值。所述技术拥有高分辨率、精确度及装置操作简单等优点，但相对在量测方面需要耗费较多的时间来调整电桥间的平衡，并且不适合用于会随着时间不同而产生变化的生物阻抗，除此之外，所述技术本身功率消耗较高以及所述装置需要较多的硬件空间来实现，因此所述技术并不适用于植入式或可携式生物阻抗检测系统上。

而目前较为普遍所使用的「频率响应分析」(Frequency Response Analyzer；FRA)技术中，其利用相敏检测技术(Phase-Sensitive Detection；PSD)，透过此方法可直接得到阻抗的实部及虚部两部分信息，其主要利用原检测信号分别与同相(In-phase)信号以及正交(Quadrature-phase)信号进行解调变动作以得到阻抗的实部与虚部信号；所述检测技术能够提供较高的准确度及较为广泛的适用频率范围，其在阻抗检测速度上相较于前述的惠斯同电桥技术来得较快，并且能够作持续性的检测，不受待测物阻抗会随着时间变化而改变等影响，并且其输出信号即为所述待测物阻抗的实部及虚部两部分，能够经由简单运算来还原实际阻抗。