用于神经肌肉疾病评估的局部生物阻抗分析测量系统设计

论文摘要

神经肌肉疾病已经成为严重威胁人类健康和生命的重大疾病之一,且无根治的办法,所以,及时地发现和诊断对于该疾病的预防、治疗、药物研究和挽救患者的生命具有重大的临床意义。目前,对神经肌肉疾病的诊断评估方法有多种,但是在使用的过程中,存在一定的限制因素。而局部生物阻抗分析为神经肌肉疾病的评估提供了一种新的、非损伤性的手段。研究证明,神经肌肉疾病患者肌纤维的结构和生理特性较正常人已经发生了变化,而局部生物阻抗参数与这种变化之间存在确定的联系。文中根据国内外的研究现状和实际的功能需求设计了用于神经肌肉疾病评估的局部生物阻抗分析测量系统。系统采用使用广泛且功能强大的PIC单片机作为主控芯片,通过控制直接数字频率合成器DDS产生频率从2K到300KHz自动变化的跳频正弦信号,作为测量系统的激励源,然后根据局部生物阻抗分析原理测量出包含局部阻抗信息的电压信号,从而获得局部阻抗的幅值和相位。测量系统能直接用于局部阻抗的测量,克服了现有测量设备的不足,又符合向便携化方向发展的趋势,具有重要的实用价值。根据局部生物阻抗分析用于神经肌肉疾病评估的功能需求,文中采用PIC18F4585单片机和C语言作为系统的控制单元模块,其他功能模块包括正弦信号发生模块、压控恒流源模块、电极系统、前置放大电路、幅相测量模块、A/D转换模块和串行通信模块等。详细介绍了个单元电路模块的设计原理和设计过程以及驱动程序结构流程。通过对系统整体电路的调试和实验测量,应用结果表明,系统的性能较好,在测得的人体局部生物阻抗正常范围内,频率平均幅值相对误差在2%以内,频率平均相位绝对误差基本在1°以下。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 研究现状
• 1.3 创新之处与难点
• 1.4 研究内容
• 2 系统整体设计的理论依据
• 2.1 引言
• 2.2 局部生物阻抗测量原理
• 2.3 局部生物组织测量的激励源
• 2.3.1 测量频率选择
• 2.3.2 测量电流
• 2.4 本章小结
• 3 系统硬件设计
• 3.1 硬件设计原则和系统总体设计
• 3.1.1 硬件设计原则
• 3.2 系统总体设计
• 3.3 单片机主控模块
• 3.3.1 PIC18F4585 芯片功能特性
• 3.3.2 PIC18F4585 最小系统设计
• 3.3.3 小结
• 3.4 信号发生器设计
• 3.4.1 正弦信号发生器的设计
• 3.4.2 AD9954 芯片特性和设计原理
• 3.4.3 单片机与AD9954 接口电路设计
• 3.4.4 信号转换电路设计
• 3.4.5 低通滤波电路
• 3.4.6 小结
• 3.5 压控恒流源电路
• 3.5.1 理论依据及器件选择
• 3.5.2 恒流源电路结构及原理图设计
• 3.5.3 恒流源的仿真测试
• 3.5.4 小结
• 3.6 电极系统
• 3.6.1 电极与测量方法
• 3.6.2 四电极测量原理
• 3.7 前置放大电路
• 3.8 幅相测量电路
• 3.8.1 幅相测量方法
• 3.8.2 基于AD8302 的幅相测量电路原理与设计
• 3.8.3 幅相测量电路的性能分析
• 3.8.4 小结
• 3.9 A/D 转换模块
• 3.9.1 AD1674 芯片特性
• 3.9.2 AD1674 逐次逼近转换原理
• 3.9.3 AD1674 接口电路设计
• 3.9.4 小结
• 3.10 串行通讯接口电路
• 3.11 电源电路
• 3.12 电路的抗干扰设计
• 3.13 本章小结
• 4 系统软件设计
• 4.1 软件编程
• 4.1.1 软件的编程和调试
• 4.1.2 PIC 单片机C 语言程序基本框架
• 4.2 主程序控制
• 4.3 串口驱动DDS 程序
• 4.4 A/D 转换控制程序
• 4.5 单片机与PC 机串行通信程序
• 4.6 本章小结
• 5 系统调试
• 5.1 硬件电路调试
• 5.2 软件程序调试
• 5.3 软硬件联合调试
• 5.4 系统实验
• 5.5 本章小结
• 6 结论
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 作者在攻读学位期间发表的论文目录