基于m序列的生物电阻抗快速测量方法研究毕业论文
基于生物电阻抗的体脂测量方法与系统研究
基于生物电阻抗的体脂测量方法与系统研究引言：随着体重管理意识的增强以及健康生活方式的提倡，测量人体体脂成分的需求日益增加。
体重指数被广泛运用，但是其缺陷在于只能区分脂肪和不含脂肪的组织，无法确定身体中脂肪的分布和体征的水平。
其他的传统测量方法，例如皮褶厚度、测量周长和截面面积等方法也存在着局限性。
生物电阻抗分析技术（BIA）已被广泛运用来进行人体组成分析。
本篇论文研究将主要介绍基于生物电阻抗的体脂测量方法，并结合一个体脂测量系统的研究来进行阐述。
第一部分：生物电阻抗生物电阻抗分析技术（BIA）是一种基于组织导电能力的生物医学信号测量技术。
主要通过分析电信号在身体不同组织中的传递速度和导电能力来推断人体中不同组织的百分比质量。
在BIA中，电流通过身体，被电极引导，然后通过身体的不同组织，最终经过第二个电极返回 BIA。
在这个过程中，电流受到与组织导电能力有关的电阻、偏导、容抗等因素的影响。
当这些身体组成分分别具有其特定的电导值时，BIA的设备可以通过交流电分析器来计算测量信号的复杂阻抗（Z）。
人体也可以视为多个电导体组成的电路，通过对多个测量信号Z的测量，可以得出人体不同组织的阻抗，从而得到体脂率等相关信息。
第二部分：生物电阻抗的测量方法研究为了有效测量人体的体脂率，BIA的设备需要经过高精度的校准和验证。
在BIA测量中，配置电流和电极尺寸、电极形状、测量频率等参数对测量结果有着直接的影响。
为了降低测量误差，应选择适当的测量参数和测量方式。
此外，在进行测量之前，需要通过对样本进行验证或重复测量并检查结果来评估BIA设备的准确性。
以下是一些影响BIA测量准确性和精度的因素：1. 体内水分含量：由于组织的水分含量在一定程度上影响组织的电导性和阻抗，因此测量前应注意体内的水分含量，以便更准确地评估体脂率。
2. 测量频率：偏高或者偏低的测量频率可能导致体内水分含量的变化，从而影响BIA测量结果的准确性。
3. 配置电流强度：测量设备的配置电流应根据被测样本的性质进行调整，过大或者过小的电流强度可能会导致测量结果的精度下降。
生物电阻抗法(BIA)测量学生人体成分的应用性研究(一)
生物电阻抗法(BIA)测量学生人体成分的应用性研究(一)作者：何春林平越顾秀华左坤来源：《职业时空》2011年第09期摘要：运用文献资料法分析人体成分的变化对体质健康状况的影响，阐明研究身体成分的意义，以数据分析学生体质健康状况，对各种测量和评价身体成分的方法进行了综合阐述，探讨水下称重法、DEXA、BMI、皮褶法等测量方法的优缺点。
通过分析，得出这些方法中存在操作复杂、准确度不高、影响因素多、设备成本费用高等诸多因素，不适合学生群体进行身体成分测试。
关键词：身体成分；学生体质；测量方法随着科学技术的日益进步以及经济的快速发展，人们的生活水平日益提高。
富裕的生活给人们带来的不仅仅是富足，更多的是由于不注意生活习惯而带来的健康问题。
体质健康状况逐年下降，超重和肥胖的发生率与日俱增，各种代谢类疾病的趋于年轻化，2002年我国人群的超重率为17.6%，肥胖率为5.6%，比1992年几乎翻了一倍［1］。
体质健康状况下降给个人的生活带来极大的不便和健康隐患，更为社会增添了许多额外的负担。
资料显示，由超重和肥胖引发的高血压、糖尿病、冠心病和脑猝等疾病造成的直接经济负担高达211.1亿元人民币，占其直接疾病负担的25.5%［2］。
体质健康状况逐年下降已经成为现实和必须面对的问题。
一、研究身体成分的意义人体成分测量与研究已广泛应用于运动医学、康复医学、临床医学、体育科研、医疗体检、国民体质监测、健身美体医学等多个领域。
人体成分（Body Composition）是指组成人体各组织器官的总成分，其总重量就是体重，它包括脂肪成分和非脂肪成分两大类，前者重量称为体脂重，体脂重量占体重的百分比是体脂率，后者包括内脏、骨骼、肌肉、水份、矿物盐等各种成分的重量，又叫瘦体重或去脂体重。
身体成分是反映人体生长发育内在结构比例特征的指标，人体内在结构成分不同，机能运动也各不相同，而且在各个成分之间要有一定的比例，才能维持正常的生理机能。
bioelectric impedance analysis
bioelectric impedance analysis bioelectric impedance analysis（生物电阻抗分析）是一种测量人体组织中电流通过的方法。
它是一种常见的非侵入性技术，用于评估人体组织中的脂肪含量、肌肉质量和身体液体等。
第一步：简单介绍生物电阻抗分析生物电阻抗分析是一种通过在人体中施加微弱电流来测量电流通过的技术。
这种电流通过电极放置在人体上的特定位置，从而测量组织对电流的阻抗。
根据电流通过的难易程度，可以推断出组织的脂肪含量、水分含量和肌肉质量。
第二步：生物电阻抗分析的原理和方法生物电阻抗分析是基于人体组织对电流的阻抗属性来测量的。
人体组织主要由细胞、水分和脂肪组成，而这些成分对电流的通过有不同的阻抗。
生物电阻抗分析经常使用双频率或多频率电流，在人体上的特定位置放置电极。
通常在脚掌和手掌间测量电流的通过，因为这两个部位的身体组织含水量较高，可以提供更精确的测量结果。
测量过程中，电流经过人体组织后，根据电流通过的难易程度，测量仪器可以计算出脂肪含量和肌肉质量的估算值。
这是因为脂肪组织对电流的阻抗较低，而肌肉组织对电流的阻抗较高。
第三步：生物电阻抗分析的应用生物电阻抗分析广泛应用于健康领域，例如体重管理、营养评估和运动训练等。
1. 体重管理：通过测量体脂含量，生物电阻抗分析可以帮助人们了解自己的体脂百分比。
对于想要减重或控制体重的人来说，这些信息可以指导饮食和运动计划。
2. 营养评估：生物电阻抗分析可以测量人体的瘦体重和水分含量，从而评估人体的营养状况。
通过监测这些指标，医生和营养师可以为个体制定个性化的饮食计划。
3. 运动训练：生物电阻抗分析可以帮助运动员和健身爱好者监测肌肉质量的变化。
通过定期测量肌肉质量的变化，运动员可以了解自己的训练效果，并相应地调整训练计划。
第四步：生物电阻抗分析的优缺点尽管生物电阻抗分析是一种便捷且非侵入性的技术，但它也有一些优缺点。
生物电阻抗法(BIA)测量学生人体成分的应用性研究(一)
二 、学 生 体 质 健 康 状 况
青少 年 体质 健 康水 平 的下 降 已经 成为 整 个世 界 密切 关注 的焦 点 。在 我 国 国家体 育 总局 和教 育 部公 布 的体 质监 测 数据 表 明 ，青 少年 学 生 的部分 体 能素 质指标 近 ２ 来持续 下降 ；超 重与肥 胖学生 的 比例 ０年 迅速增加 ，城市 中超重与肥胖的男生 已接 近 １ ４ ／ 。根 据 ２０ ０ ５年全 国学生体质健康标准数据统计分析 报告 ， 总体营养不 良率为 ７ ８ ％，肥胖率 高达 ７ ３ ％，合计 ．８ ．３ 为 ｌ．１ ５ ２ ％，由此推算 ，３ 亿青少年 中有 ４ ０ 万 不是 ５０ 营养不 良就是肥胖 。 张尧 １等人对 同济大学浙 江学 院的 ０ 级和 ０ ８ ９级一共 ３ ０ 名学 生进行 了体质测试 ， ５１ 结果显示 ０ 级正常体重 的学生 比例为 ３ ． ５ ８ ８ ３ ％，０ 级 ９ 正常体重的学生的 比例为 ４ ． ７ ３ ４ ％。有接 近 ６ ％ 的学 ０ 生的体重都 是不正常的 ，肥胖 的也超过 了一成 。李琳 燕 １ ４ １对景德镇陶瓷学院的 ２ １ ９ ４名学生进行测试 ，研 究结果 中显示 ：ＢＭＩ 指数均值 男生为 ２ ． ，女生为 １１ ２ ． ，男生正常 １ ７ 人 ，占８ ．％，偏瘦 １４人 ，占 ０５ ４０ ２７ １
◇ ＣＥＯ 出 ＲＲ Ａ Ｉ ＲＨ 术 Ｅ
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生物电阻抗法 （ Ｉ ）测量学生人体成分的应用性研究 （ ＢＡ 一）
何春林 平 越 顾 秀华 左 坤
（ 上海第二工业大学 ，上海 ２ １ ０ ） ０ ２ ９
摘 要 ：运 用 文献 资料 法分 析 人 体成 分 的变化 对 体质健康 状况 的影响 ，阐 明研 究身体 成分 的意义 ，以 数 据分 析 学生 体质 健康 状 况 ，对 各 种测 量和 评 价 身 体 成 分 的方法 进 行 了综合 阐述 ，探 讨 水 下 称 重 法 、 Ｄ × 、Ｂ Ｉ Ａ 、皮褶 法等测量方法 的优缺点。通过分析， Ｅ Ｍ 得 出这 些方法 中存在操 作复杂 、准确 度不高 、影响 因 素 多、设 备成本费用 高等诸多 因素 ，不 适合 学生群体 进行 身体 成分 测试 。 关 键词 ：身体 成分 ；学生体 质 ；测 量方 法
生物电阻抗
生物电阻抗生物电阻抗是一种用来描述生物体组织对电流通过的阻力的物理量。
在医学领域，生物电阻抗的研究在诊断、治疗和监测疾病方面发挥着重要作用。
本文将介绍生物电阻抗的概念、原理、应用和未来发展方向。
概念生物电阻抗是指生物组织对电流通过的阻力。
生物体内不同类型的组织（如血液、肌肉、骨骼等）对电流的传导能力不同，因而有不同的电阻抗。
通过测量生物体对电流的阻抗，可以获取有关生物组织结构和功能的信息。
原理生物电阻抗测量的原理是利用电极在生物组织表面施加电流，然后测量电流通过组织时的电压变化。
通过欧姆定律可以计算出生物组织的电阻抗值。
生物电阻抗与组织的导电性、形状、大小和脂肪含量等因素有关。
应用医学诊断生物电阻抗技术在医学诊断中被广泛应用。
例如，生物电阻抗成像技术（BIA）可以用来评估人体的体脂含量、肌肉质量等生理参数，帮助医生确定患者的健康状况。
生物学研究生物电阻抗还可以应用于生物学研究领域。
研究人员可以利用生物电阻抗技术研究细胞的电导率、细胞膜通透性等生理特征，从而深入了解生物体内部的微观结构和功能。
未来发展方向随着科技的不断进步，生物电阻抗技术将会在医学诊断、生物学研究等领域发挥更加重要的作用。
未来，研究人员可能会进一步探索生物体组织对不同频率、波形电流的响应特性，以提高生物电阻抗技术的分辨率和准确性。
结论生物电阻抗是一种重要的生物物理学参数，可以用来评估生物组织的结构和功能。
通过生物电阻抗技术的研究和应用，我们可以更好地理解生物体内部的生理过程，为医学诊断和生物学研究提供重要的参考依据。
希望未来生物电阻抗技术能够取得更大的突破，为人类健康和科学研究做出更大的贡献。
生物电阻抗测量实验的设计与研究
生物电阻抗测量实验的设计与研究
毛光金;沈林勇;张煜辉;金定毅
【期刊名称】《工业控制计算机》
【年(卷),期】2014(027)001
【摘要】生物电阻抗法测量生物组织的电特性参数,是近年来发展起来的一种新方法.该技术利用生物组织的电特性及其变化提取与人体生理、病理状况相关的生物医学信息的一种无损伤检测技术.详细介绍生物电阻抗测量实验的电路、电极的设计以及计算方法的研究,实现对生物病变组织的实时在线测量与分析.
【总页数】3页(P57-58,60)
【作者】毛光金;沈林勇;张煜辉;金定毅
【作者单位】上海大学机电工程与自动化学院,上海200072;上海大学机电工程与自动化学院,上海200072;第二军医大学第一附属医院神经外科,上海200433;上海大学机电工程与自动化学院,上海200072
【正文语种】中文
【相关文献】
1.低成本生物电阻抗测量模拟前端AFE4300及其应用 [J], 张弦
2.多频率激励生物电阻抗测量方法的研究 [J], 庄翠芳;阳波;牛俊泽
3.多通道生物电阻抗测量系统的设计与开发 [J], 卜世俊;张伟;李思君;张振宇
4.生物电阻抗测量技术临床应用与研究进展 [J], 劳期迎;曹殿青
5.生物电阻抗测量方法进展及应用 [J], 孙中标;叶继伦;张旭;罗珺涵;车晓漫;吴柔
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生物电阻抗测量技术
随着现代电子技术和计算机科学的发展提取复阻抗全信息提高与完善血流图测量方法已经完全可33血液电阻率现行阻抗血流图技术的理论模型把血液作为一个均匀的整体视电阻率为不变的常数并假定血管容积的变化dv是引起阻抗变化dz的唯一因素
文章编号：１００６－６５８６（２００４）０１－００２１－０５
中国医疗器械信息
２００４ 年 第 １０ 卷 第 １ 期
Ｓ０
０
心博出量计算公式中还以平方的形式出现，扩大了其对计算
结果的影响。这就是阻抗血流图心博出量计算结果受 Ｚ 和 ０
其它诸多因素影响的最重要原因。
３．２ 细胞膜容抗
血液作为一种特殊的人体组织，其阻抗特性也可用图１
所示的等效电路表示。其中 Ｒ ，Ｒ 和 Ｃ 分别为血浆电阻，红 ０１
细胞内液电阻和红细胞膜电容。血液的总阻抗Ｚ由式（１）表
示。由于 Ｚ 的存在，显然血液的总阻抗 Ｚ 为复数表达式。 ｃ
现行的血流图技术，使用单一测量频率，采用只取信号
幅值（模量）的载波调制解调方法，舍弃了式（１）中的相
生物电阻抗测量实验的设计与研究
Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄ ｓ ： ｂｉ ｏ ｌ ｏ ｇｉ ｃ ａｌ ｔ ｉ ｓ ｓ ｕ ｅｓ ， ｅ ｌ ｅ ｃｔ ｒ ｉ ｃａ ｌ ｉ ｍｐｅ ｄａｎ ｃ ｅ， ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃａ ｌ ｃｈ ａｒ ａｃ ｔ ｅｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ， ｒ ｅ ａｌ － ｔ ｉ ｍｅ ｍｅ ａｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ
生 物 电 阻 抗测 量 技 术 是 利用 生 物 组 织 与 器 官 的 电特 性 及 其
的三 元 件 生 物 阻 抗模 型 。
变化 与人 体生 理 、病 理 状 况 相 关 的 生 物 医 学 信 息 的 一 种 检 测 技
术。 其 原 理 是通 过 向 检测 对 象 送 入 一 微 小 的 电流 或 电 压 ， 测 量 相 应 的 电 阻抗 及 其 变 化 情 况 ， 然 后 根 据 不 同 的应 用 目的 ， 获 取 相 关 的生 理 和病 理 的信 息 。然 而 随 着 生 物科 技 的 发展 和 医疗 方 面 的要 求 ，国 内外 学 者 开 始 对 离体 或在 体 的 生 物 组 织 进 行 电阻 抗 的测 虽 ， 这 就 对 生 物 电 阻 抗 测 量 提 出 了新 的要 求 。 本 文 主要 针 对 生 物 阻抗 测量 搭 建 平 台 ，通 过激 励 信 号 和 响 应 信 号 来 提 取 生 物
阻抗 特性 。 １ 生物 电 阻抗 测 量 实 验 平 台设 计
本 文 主 要 实 现生 物 电阻 抗 的 实 时测 量 和 分 析 ， 测 量 电路 和 测
量 电极 结 合 于三 维 实 验移 动 平 台 ， 实现 生 物 电 阻抗 的快 速 测 量 。 １ ． １ 生 物 电 阻抗 模 型 生 物 组 织 细 胞 浸 浴 于导 电 的 细胞 外 液 之 中 ，而 细 胞 则 由能
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摘要论文题目：基于m序列的生物电阻抗快速测量方法研究摘要生物电阻抗频谱（BIS）是指在生物组织中表现出的电阻抗特性(包含阻性和容性)随着加载电信号频率的改变而发生变化的特性。
它是一种频域的测量方法，能够测得频域较宽的阻抗谱来研究生物组织的生理特征。
生物电阻抗的测量要求创伤小或者无创伤、测量快速、精度高。
本文选用了一种用电流源激励的无创伤的四电极法测量生物电阻抗的方法，设计了一套高速采集系统，对采集数据进行了算法处理，得出电阻抗值。
全文主要包括以下几个部分：1.本文首先研究和分析了m序列的性质。
由于m序列的自相关函数接近于冲击函数、功率谱离散、抗干扰能力强、带宽调节方便、二值函数便于实现，所以伪随机信号m序列被选择为电流源激励模型，并用FPGA芯片实现。
用m序列作为生物电阻抗模型的激励源时，可以通过求相关函数知道系统的冲击响应，方便求出阻抗谱。
2.为了实现快速测量，本文设计了一套基于FPGA+ARM的快速测量系统。
系统以FPGA逻辑可编程芯片和STM32微处理器为核心，主要设计了电源模块、激励信号源模块、模数转换模块、数据缓存模块、FPGA前端控制模块和STM32后端控制模块。
本系统实现了对m序列激励信号和响应信号的同步采样,完成了对实验数据的正确采集。
3.本文研究了一套基于快速相关算法和全相位FFT求阻抗值的算法，利用循环卷积与FFT之间的对应关系，通过序列补零加长的方法，设计FFT的快速求相关函数的检测算法，求取激励电流与响应电压信号之间的互相关，即被测阻抗的时域冲激响应。
为了得到阻抗频谱值，采用全相位频谱分析方法，求取被测阻抗的频率响应，从而实现对电阻抗模型的多频率同步快速测量。
4.本文用电阻抗模型对构建的测量系统和研究的算法做测量实验，并对整个测量系统进行标定，分析测量结果的误差。
本文的研究实现了生物电阻抗多频率同步测量,为生物电阻抗快速测量研究提供了一种可行的方法。
关键词：m序列；生物电阻抗；同步采样；全相位I西安理工大学硕士学位论文IIAbstractTitle：Research of Bioelectrical Impedance Fast Measurement Method Based on m SequenceMajor：Precision Instrument and MechanismName：Wei LIU Signature: Supervisor：Associate Prof. Yuxiang YANG Signature:AbstractBioelectrical impedance spectrum (BIS) indicates a character that reflects electrical impedance character (including resistance and capacitance) performing in biological tissue varies with the change of loading signal frequency. It is a frequency domain measurement method to measure a relatively wide frequency domain impedance spectrum in researching the physiological feature of biological tissues. Bioelectrical impedance measurement has the requirement that of tiny wound or wound absence, rapid measuring and high accuracy. This thesis employs a four-electrode method adopting current source excitation to measure bioelectrical impedance. It designs a high-speed acquisition system and afterwards processes data to acquire impedance value with a set of algorithm. The main research content is as follows:1. The thesis firstly research and analyze properties of m sequence. Due to autocorrelation function of m sequence possesses the merits, such as close to impulse function, discrete power spectrum, strong anti-interference ability, convenient bandwidth adjustment and binary function is easy to realize, and the m sequence pseudo random signal is chosen as the current source excitation model and is implemented on FPGA platform. When using m sequence as bioelectricity impedance model excitation source, it can obtain system impact response through solving correlation function. Therefore, impedance spectrum is convenient to be acquired.2. It designs the high-speed acquisition system that based on FPGA and ARM in order to achieve rapid measurement. The system use with FPGA logic programmable chip and STM32 microprocessor as a core, it designs several modules, such as power supply module, excitation signal source module, analog-to-digital converter module, data buffer module, FPGA front control module and STM32 backend control module. It realizes synchronous sampling about m sequence excitation and response signal, and achieves correct sampling about experimental data.III西安理工大学硕士学位论文IV 3. In the thesis, a FFT detection algorithm for calculating correlation function fast isdesigned for obtaining the correlation between the incentive current and response voltage signal which is the measured impedance of the time domain impulse response by means of the method which is extending sequence through adding zero, and it is based on rapid correlation algorithm and the All-Phase FFT calculating impedance value algorithm. The result obtained is the time domain impulse response of the measured impedance. In order to get the impedance spectrum, the measured impedance frequency response is get with adopting the All-Phase spectrum analysis method. So multi-frequency measuring the electrical impedance model simultaneously and rapidly is realized4. The thesis employs impedance to do measurement experiment for measuring system and studying algorithm, it demarcate measurement system and analysis the result of the measurement error.This thesis realizes simultaneous measurement of bioelectrical impedance many frequency, and provides a feasible method for bioelectricity impedance rapid measurement research.Key words: m sequence; bioelectrical impedance; synchronous sampling; All-Phase目录目录1绪论 (1)1.1课题背景及研究意义 (1)1.2国内外研究现状 (2)1.3课题研究的难点 (3)1.4本文的研究思路及内容 (3)1.5本章小结 (4)2m序列的研究和激励信号源的设计思路 (5)2.1伪随机信号的介绍 (5)2.2m序列 (5)2.2.1m序列的定义及介绍 (5)2.2.2m序列的特性 (6)2.2.3m序列的计数 (10)2.2.4m序列的生成 (11)2.3激励信号源的设计 (13)2.3.1m序列是一种理想的多频率信号激励源 (13)2.3.2激励信号源的设计思路 (14)2.4本章小结 (14)3生物电阻抗快速测量平台的构建 (15)3.1测量原理 (15)3.2测量平台的总体构架 (16)3.3测量平台及各模块的介绍和测试 (17)3.3.1电源模块的设计介绍 (17)3.3.2信号激励源模块的设计介绍 (19)3.3.3模数转换模块的设计介绍 (22)3.3.4数据缓存模块的设计介绍 (23)3.3.5FPGA前端控制模块的设计介绍 (24)3.3.6STM32后端控制模块的设计介绍 (28)3.3.7四电极电缆驱动模块的设计介绍 (32)3.3.8总体评价和测试 (33)3.4本章小结 (38)4生物电阻抗快速测量检测算法的研究 (39)4.1生物电阻抗检测算法原理的介绍 (39)4.2基于快速傅立叶变换（FFT）的快速相关检测算法研究 (40)4.3基于全相位FFT算法求取被测阻抗的频率响应算法的研究 (46)I西安理工大学硕士学位论文II 4.4本章小结 (52)5电阻抗快速测量实验与误差分析 (53)5.1实验理论介绍 (53)5.2用电阻标定测量系统 (54)5.3测量实验及其分析 (58)5.4误差分析和实验结论 (61)5.5本章小结 (62)6总结与展望 (63)6.1全文总结 (63)6.2展望 (63)致谢 (65)参考文献 (67)附录硬件实物图 (1)绪论1绪论1.1课题背景及研究意义生物电阻抗频谱（Bioelectrical Impedance Spectrum,简称BIS）是指在生物组织中表现出来的电阻抗特性(包含电阻特性和电容特性)随着加载电信号频率的改变而发生变化的特性。