信号处理系统及方法与生物阻抗检测装置及组件的制作方法

文档序号:9460347
信号处理系统及方法与生物阻抗检测装置及组件的制作方法
【技术领域】
[0001] 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W及电容特性,将一生物阻抗信息分为增益W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】
[0002] 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,W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。
[0003] 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;必衰竭治疗、呼吸参数量测、细 胞特性侦测、患者的营养状态、必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,W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。
[0004] 生物阻抗技术相较于其他检测方法(例如:同位素法、放射性钟追踪、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。
[0005] 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。
[0006] 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」 (WheatstoneBridge)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W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。
[0007] 而目前较为普遍所使用的「频率响应分析」(Rrequen巧ResponseAnalyzer;FRA) 技术中,其利用相敏检测技术(Phase-SensitiveDetection;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W及 正交(如a化ature-phase)信号进行解调变动作W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。
[0008] 然而,就前述利用相敏检测技术的生物阻抗技术而言,由于所述技术主要是藉由 两种不同相位的参考频率信号来进行解调变动作W获得阻抗的实部及虚部信号,因此需要 额外的电路来产生同相(In-phase)及正交相(如Eulura化re-phase)两参考信号,此两不同 相位参考信号是否精准W及彼此间是否匹配,则会直接影响其解调变输出结果,因此如何 产生精准且匹配的不同相位参考信号产生是非常重要的一个环节,一来增加电路在实现上 的复杂度,二来增加整体系统在功率上的消耗,如欲将其作为植入式或便携设备,则会需要 较多的硬件来实现,因此并不适合植入式或便携设备的应用。
[0009] 基于上述说明可知,植入式或可携式生物阻抗检测系统及实现所述系统之方法实 为相关技术领域研究人员目前亟欲探究之课题。

【发明内容】

[0010] 鉴于W上所述现有技术的缺点,本发明的目的在于提供一种可随着生物阻抗变化 来监控、减少硬件需求与功率消耗,且能降低实现复杂度的信号处理系统及方法与生物阻 抗检测装置及组件。
[0011] 为实现上述目的及其他相关目的,本发明提供一种信号处理系统,用W对传感器 所测得的感测信号进行对应的信号处理,进而得到一待测量的生物组织的感测结果,所述 生物组织依据一刺激信号而产生用W供所述传感器进行感测的感测信号,所述信号处理系 统包括:一增益检测模块,接收所述感测信号,用W对所述感测信号进行处理W输出与信号 强度相关的第一数字输出信号;W及一相位检测模块,接收所述刺激信号,用W对所述刺激 信号W及所述感测信号进行处理W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W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及建立 用W表示所述生理特性的等效电路参数模型。
[0012] 于本发明的信号处理系统中,所述增益检测模块至少包括;一信号放大器,用W放 大所述感测信号,W产生一放大信号;一第一方波产生器,用W将所述感测信号转换为一第 一方波信号;一信号混合器(mixer),其混合所述放大信号及所述第一方波信号,W产生一 混合输出信号;一滤波器,用W对所述混合输出信号进行滤波,将非所欲之频率成分自所述 混合输出信号滤除,W产生一频率经选择的滤波输出信号;一模拟至数字转换器,用W将所 述频率经选择的滤波输出信号转换成所述第一数字输出信号。
[0013] 于本发明的信号处理系统中,所述相位检测模块至少包括;一第二方波产生器,用 W将所述刺激信号转换为一第二方波信号;W及一时间数字转换器,用W量化所述第一方 波信号与所述第二方波信号之时间差距,W输出所述第二数字输出信号。
[0014] 本发明还提供一种应用所述的信号处理系统的生物阻抗检测装置,用W供一近身 端装置利用所述第一数字输出信号W及第二数字输出信号进行信号处理,所述生物阻抗检 测装置包括;一微刺激产生器,用W提供所述刺激信号予所述待测量的生物组织;一生物 阻抗检测组件,用W内建所述增益检测模块W及相位检测模块;一无线收发端,接收自所述 近身端装置所发出的信号或传送本端信号至所述近身端装置;一系统控制器,用W对所述 微刺激产生器W及所述生物阻抗检测组件进行控制,W供所述近身端装置藉由所述第一数 字输出信号w及第二数字输出信号还原所述待测量的生物组织的阻抗信息及建立用w表 示所述阻抗信息的等效电路参数模型;一解调变器,用W解调所述近身端装置传来的信号; 一调变器,用W将传送的本端信号进行调变;W及一无线能量传输接口,用W提供电能,W 提供所述解调变器、系统控制器、微刺激产生器、调变器及生物阻抗检测组件所需的电能。
[0015] 本发明再提供一种生物阻抗检测组件,用W对一待测量的生物组织进行阻抗检 巧IJ,所述生物组织依据一刺激信号而产生用W供一传感器进行阻抗检测的感测信号,所述 生物阻抗检测组件至少包括;一信号放大器,用W放大所述感测信号,W产生一放大信号; 一第一方波产生器,用W将所述感测信号转换为一第一方波信号;一信号混合器(mixer), 其混合所述放大信号及所述第一方波信号,W产生一混合输出信号;一滤波器,用W对所述 混合输出信号进行滤波,将非所欲之频率成分自所述混合输出信号滤除,W产生一频率经 选择的滤波输出信号;一模拟至数字转换器,用W将所述频率经选择的滤波输出信号转换 成一与信号强度相关的第一数字输出信号;一第二方波产生器,用W将所述刺激信号转换 为一第二方波信号;W及一时间数字转换器,用W量化所述第一方波信号与所述第二方波 信号之时间差距,W输出一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W及第二数字输出信号还原所述待测量的生物组织的阻抗信息及建立用W表示所述 阻抗信息的等效电路参数模型。
[0016] 本发明另提供一种内建所述的生物阻抗检测组件的生物阻抗检测装置,用W供一 近身端装置利用所述第一数字输出信号W及第二数字输出信号进行信号处理,所述生物阻 抗检测装置包括:一微刺激产生器,用W提供所述刺激信号予所述待测量的生物组织;一 无线收发端,接收自所述近身端装置所发出的信号或传送本端信号至所述近身端装置;一 系统控制器,用W对所述微刺激产生器W及所述生物阻抗检测组件进行控制,W供所述近 身端装置藉由所述第一数字输出信号W及第二数字输出信号还原所述待测量的生物组织 的阻
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