一种优化的生物阻抗测试电路的制作方法
【专利摘要】本发明属于生物医疗监测领域，尤其公开了一种优化的生物阻抗测试电路。该测试电路包括电极阵列、继电器阵列、至少包含两个通道的反相器和用于连接电路各端口的多个微带线。因此，本发明主要通过优化生物阻抗测试电路，在保证测试完整性的情况下，减少电路所需器件数量，降低了BOM成本和生产加工工艺难度；同时选用了至少包含两路通道的反相器，使在几乎不改变成本的情况下，节约了MCU宝贵的GPIO口，为实现设备小型化提供可行性。
【专利说明】
一种优化的生物阻抗测试电路
技术领域
[0001] 本发明属于生物医疗监测技术领域，尤其是涉及一种优化的生物阻抗测试电路。
【背景技术】
[0002] 目前在四电极生物阻抗测量中电极排布主要有两种，其分别为呈直线排布和矩形 排布（含正方形排布，固定圆心等半径排布），相比于直线型排布方式，电极呈矩形排布可 减小测量区域，便于观察被测组织阻抗的不均匀性。但是对于呈矩形排布的电极方案，若只 进行一次测量，测量结果会受到生物组织纹理的影响。因为生物组织不同于其他的被测材 料，具有明显的各向异性，其各向异性会影响所检测的生物组织的阻抗值大小。而且有些现 有技术方案由于电路的复杂程度大，导致产品的前端采集探头尺寸大，而且产品的成本高。
【发明内容】
[0003] 针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种成本低、电路结构简单 以及便于设备小型化的优化的生物阻抗测试电路。
[0004] 为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
[0005] -种优化的生物阻抗测试电路，包括电极阵列、继电器阵列、至少包含两个通道的 反相器和用于连接电路各端口的多根微带线，所述电极阵列至少包括第一电极、第二电极、 第三电极和第四电极；所述继电器阵列由多个继电器构成，每个继电器包括控制端、共地 端、信号输入端和信号输出端；所述继电器的控制端与控制信号输入端连接或通过反相器 与控制信号的输入端连接，所述继电器的信号输入端与外接信号源的连接端连接，所述继 电器的信号输出端与所述电极阵列中的电极连接，且所述继电器的共地端均接地。
[0006] 在本发明一实施例中，所述继电器阵列主要由八个继电器构成，每两个继电器并 联成组，每组每个继电器的控制端与控制信号的输入端连接或通过反相器与控制信号的输 入端连接，并且所述继电器的信号输入端与外接信号源的连接端连接，每个继电器的信号 输出端与所述第一电极、第二电极、第三电极或第四电极中任意一个相连接；每组继电器的 信号输出端均连接同一电极。
[0007] 在本发明一实施例中，所述第一电极、第二电极、第三电极和第四电极依次标记为 左上角电极、右上角电极、右下角电极和左下角电极，且四个电极呈方形等距排布，每个电 极切换两种信号，其中处于对角位置的两个电极承载一对呈互补特性的信号。
[0008] 在本发明一实施例中，所述外接信号源的连接端包括激励正信号连接端、激励负 信号连接端、采集正信号连接端和采集负信号连接端。
[0009] 进一步地，所述对角线排布的两组继电器的信号输入端连接同一组互补信号，其 中所述激励正信号和采集负信号两种信号源依据排序的不同构成第一对互补的信号；所述 激励负信号和采集正信号两种信号源依据排序的不同构成第二对互补的信号。
[0010] 在本发明一实施例中，所述控制信号包括两路电平控制信号，其分别为控制信号 CTRL_A和控制信号CTRL_B。
[0011] 进一步地，所述控制信号CTRL_A和控制信号CTRL_B通过反相器分别生成对应的 两种反向电平控制信号CTRL_A.和CTRL_B,该反向电平控制信号与所述电平控制信号 CTRL_A和CTRL_B -起实现对继电器阵列的通断控制。
[0012] 采用上述电路结构后，本发明和现有技术相比所具有的优点是：通过优化生物阻 抗测试电路，在保证测试完整性的情况下，减少电路所需器件数量，降低了 BOM成本和生产 加工工艺难度；同时选用了两个反相器，使在几乎不改变成本的情况下，节约了 MCU宝贵的 GPIO 口，为实现设备小型化提供可行性。
【附图说明】
[0013] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
[0014] 图1是任意形状被测组织的测试原理图；
[0015] 图2是本发明所述测试电路结构示意图；
[0016] 图3是本发明所述测试电路的使用状态示意图。
[0017] 附图标记：
[0018] P1、P2、……、P7、P8-继电器，El-第一电极、E2-第二电极、E3-第三电极、E4-第 四电极，Ql、Q2-反相器，Fl-激励正信号连接端、F2-激励负信号连接端、F3-采集正信号连 接端、F4-采集负信号连接端，1-继电器的控制端、2-继电器的共地端，3-继电器的信号输 入端，4-继电器的信号输出端，CTRL_A、CTRL_B-控制信号的输入端。
【具体实施方式】
[0019] 本发明主要运用测试方法来测量生物组织的阻抗特性。如图1所示，该测试方法 的原理简要说明如下：选取任意形状的被测组织，其边缘选取四个触点A、B、C、D，且尽量做 到M丄??。先在AC两端加激励，测量DB之间的阻抗；继而将激励加载与AD之间，测CB 之间的阻抗。但是如果直接采用传统的测试方法将会缺失AC和AD之间生物组织的阻抗测 试数据，不能完整地测量到被测生物组织的阻抗特性，从而导致无法准确地判断被测生物 组织的性状。以下所述仅为本发明的较佳实施例，并不因此而限定本发明的保护范围。
[0020] 如图2所示，本发明提供了一种优化的生物阻抗测试电路，包括电极阵列、继电器 阵列、至少包含两个通道的反相器（Ql、Q2)和用于连接电路各端口的多根微带线，所述电 极阵列至少包括第一电极EU第二电极E2、第三电极E3和第四电极E4 ;所述继电器阵列由 多个继电器构成，每个继电器包括控制端1、共地端2、信号输入端3和信号输出端4 ;所述 继电器的控制端1与控制信号输入端连接或通过反相器与控制信号的输入端连接，所述继 电器的信号输入端与外接信号源的连接端连接，所述继电器的信号输出端与所述电极阵列 中的电极连接，且所述继电器（PI、P2、……、P7或P8……）的共地端均接地。
[0021] 在本发明实施例中，所述继电器阵列主要由八个继电器（P1、P2、……、P7、P8)组 成，每个继电器包括控制端1、共地端2、信号输入端3和信号输出端4 ;其中每两个继电器 (Pl与P2、P3与P4、P5与P6或P7与P8)并联成组，每组每个继电器的控制端1与控制信 号CTRL-A (或CTRL_B)的输入端连接或通过反相器Ql (或Q2)与控制信号CTRL_A (或 CTRL_B )输入端连接，并且所述继电器的信号输入端3与外接信号源的连接端连接，每个 继电器的信号输出端4与所述第一电极El、第二电极E2、第三电极E3或第四电极E4中任 意一个相连接；每组继电器的信号输出端4均连接同一电极。
[0022] 在本发明实施例中，所述第一电极EU第二电极E2、第三电极E3和第四电极E4 依次标记为左上角电极、右上角电极、右下角电极和左下角电极，且四个电极呈方形等距排 布，每个电极仅负责切换两种信号，处于对角线位置的两个电极承载一对呈互补特性的信 号。另外，所述外接信号源的连接端包括激励正信号连接端F1、激励负信号连接端F2、采集 正信号连接端F3和采集负信号连接端F4。所述继电器阵列输出端所连接的电极呈对角线 位置排布的两组继电器的信号输入端连接同一对互补信号，其中所述激励正信号SHM+和 采集负信号INPUT-两种信号源依据排序的不同构成第一对互补信号，比如：根据排序不同 有构成一对互补信号分别为SHM+/INPUT-和INPUT-/SHM+ ;所述激励负信号SHM-和采 集正信号INPUT+两种信号源依据排序的不同构成第二对互补信号，比如：根据排序不同有 构成一对互补信号分别为SHM-/INPUT+和INPUT+/SHM-。
[0023] 在本发明实施例中，所述反相器为双路反相器。所述控制信号包括控制信号CTRL_ A和控制信号CTRL_B。所述控制信号CTRL_A和控制信号CTRL_B通过双路反相器分别生成 对应的两路相反的电平信号INV_A( CTRLA')和INV_B( CTRLB )，两路反向电平信号 CTRL_A:和CTRL-B与两路控制信号CTRL_A和CTRL_B -起实现对继电器阵列的通断控 制。所述反相器不局限于双路反相器，还包括两个单路反向器或两路（含）以上的多路反 相器。
[0024] 如图3所示，所述控制信号的控制端CTRL_A和CTRL_B均可输出逻辑控制电平" 0 " 或"1"。当所述控制信号的控制端输出的逻辑控制电平分别为"0"和"0" 时，反相器（Ql和Q2)输出端输出的两路相反的电平信号rmCT和^CT'分别为"1" 和"1"，此时继电器P2、P4、P5、P7的信号输入端3分别与各自的信号输出端4导通，第一电 极El通过继电器P2与采集负信号连接端F4连接、第二电极E2通过继电器P4与采集正信 号连接端F3连接、第三电极E3通过继电器P5与激励正信号连接端Fl连接、第四电极E4 通过继电器P7与激励负信号连接端F2连接，此时测量出第一电极El和第二电极E2间的 组织阻抗。
[0025] 当所述控制信号的控制端CTRL_A和CTRL_B输出的逻辑控制电平分别为"0"和 "1"时，反相器（Ql和Q2)输出端输出的两路反向电平信号CTRL_A;和CTRL_B:分别为"1" 和"0"此时继电器？2、？3、？5、？8的信号输入端3分别与各自的信号输出端4导通，第一电 极El通过继电器P2与采集负信号连接端F4连接、第二电极E2通过继电器P3与激励负信 号连接端F2连接、第三电极E3通过继电器P5与激励正信号连接端Fl连接、第四电极E4 通过继电器P8与采集正信号连接端F3连接，此时测量出第一电极El和第四电极E4间的 组织阻抗。
[0026] 当所述控制信号的控制端CTRL_A和CTRL_B输出的逻辑控制电平分别为反相器 (Ql和Q2)输出端输出的两路相反的电平信号CTRL._A:和CTRL.__A吩别为"0"和" 1"此时 继电器Pl、P4、P6、P7的信号输入端3分别与各自的信号输出端4导通，第一电极El通过 继电器Pl与激励正信号连接端Fl连接、第二电极E2通过继电器P4与采集正信号连接端 F3连接、第三电极E3通过继电器P6与采集负信号连接端F4连接、第四电极E4通过继电器 P7与激励负信号连接端F2连接，此时测量出第二电极E2和第三电极E3间的组织阻抗。
[0027] 当所述控制信号的控制端CTRL_A和CTRL_B输出的逻辑控制电平分别为"1"和 "1"时，反相器（Ql和Q2)输出端输出的两路相反的电平信号CTRL._A_ CTRL_.A:分别为 "0"和"0"此时继电器PU P3、P6、P8的信号输入端3分别与各自的信号输出端4导通，第 一电极El通过继电器Pl与激励正信号连接端4连接、第二电极E2通过继电器P3与激励 负信号连接端F2连接、第三电极E3通过继电器P6与采集负信号连接端F4连接、第四电极 E4通过继电器P8与采集正信号连接端F3连接，此时测量出第三电极E3与第四电极E4间 的组织阻抗。
[0028] 通过上述技术方案可知，在保证测试完整性的情况下，对现有的测量法进行了优 化，减少电路所需器件数量，比如：继电器阵列的规模从原来的16pcs缩减到8pcs，减少 50 %的器件用量，降低了 BOM成本和生产加工工艺的难度；同时选用了一个双路非门（反相 器），使得控制信号从四路缩减为二路，从而使在几乎不改变成本的情况下，节约了微控制 单元（MCU)宝贵的通用输入输出口（GPIO)，为设备的小型化提供的可行方案。
[0029] 上述内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的 思想，在【具体实施方式】及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明 的限制。
【主权项】
1. 一种优化的生物阻抗测试电路，包括电极阵列、继电器阵列、至少包含两个通道的反 相器和用于连接电路各端口的多根微带线，所述电极阵列至少包括第一电极、第二电极、第 =电极和第四电极；所述继电器阵列由多个继电器构成，每个继电器包括控制端、共地端、 信号输入端和信号输出端；所述继电器的控制端与控制信号输入端连接或通过反相器与控 制信号的输入端连接，所述继电器的信号输入端与外接信号源的连接端连接，所述继电器 的信号输出端与所述电极阵列中的电极连接，且所述继电器的共地端均接地。2. 根据权利要求1所述优化的生物阻抗测试电路，其特征在于，所述继电器阵列主要 由八个继电器构成，每两个继电器并联成组，每组每个继电器的控制端与控制信号的输入 端连接或通过反相器与控制信号的输入端连接，并且所述继电器的信号输入端与外接信号 源的连接端连接，每个继电器的信号输出端与所述第一电极、第二电极、第=电极或第四电 极中任意一个相连接；每组继电器的信号输出端均连接同一电极。3. 根据权利要求1所述优化的生物阻抗测试电路，其特征在于，所述第一电极、第二电 极、第=电极和第四电极依次标记为左上角电极、右上角电极、右下角电极和左下角电极， 且四个电极呈方形等距排布，每个电极切换两种信号，其中处于对角位置的两个电极承载 一对呈互补特性的信号。4. 根据权利要求1所述优化的生物阻抗测试电路，其特征在于，所述外接信号源的连 接端包括激励正信号连接端、激励负信号连接端、采集正信号连接端和采集负信号连接端。5. 根据权利要求3或4所述优化的生物阻抗测试电路，其特征在于，所述对角线排布的 两组继电器的信号输入端连接同一组互补信号，其中所述激励正信号和采集负信号两种信 号源依据排序的不同构成第一对互补的信号；所述激励负信号和采集正信号两种信号源依 据排序的不同构成第二对互补的信号。6. 根据权利要求1所述优化的生物阻抗测试电路，其特征在于，所述控制信号包括两 路电平控制信号，其分别为控制信号CTRL_A和控制信号CTRL_B。7. 根据权利要求6所述优化的生物阻抗测试电路，其特征在于，所述控制信号CTRL_ A和控制信号CTRL_B通过反相器分别生成对应的两种反向电平控制信号CTRL_A；^P CTRLJB，该反向电平控制信号与所述电平控制信号CTRL_A和CTRL_B -起实现对继电器 阵列的通断控制。
【文档编号】A61B5/053GK105982671SQ201510094837
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年3月3日
【发明人】张亮, 徐现红, 戴涛, 高松
【申请人】思澜科技（成都）有限公司