基于汗液浓度的人体电导测试分析仪的制作方法
【专利摘要】一种基于汗液浓度的人体电导测试分析仪，包括与人体手脚等部位接触的电极片，汗液与电极片反应产生电导，电导随汗液浓度改变而改变；施加在每一对电极之间的电压为不大于4V的直流电压，且随着时间由0V开始阶梯上升。对每一阶梯电压，所有电极对轮流施加，且每一电极对的极性交替反转，同一极性状态的保持时间不小于50ms。当一对电极间施加电压时，其余所有电极均处于高阻状态。通过采样电阻，测出每对电极之间的电流变化；测得两个电极之间的电压以及这两个电极与其他所有高阻态电极之间的电压。通过电流值和相应的电压值，计算出各种电导值，根据有关电导值的大小及其对称性，对糖尿病风险进行评估。
【专利说明】
基于汗液浓度的人体电导测试分析仪
技术领域
[0001]本发明属于医学电子仪器领域，涉及一种基于汗液浓度的人体电导测试分析仪， 用于测试的电导值的大小及对称性，并以此来判断糖尿病风险。【背景技术】
[0002]糖尿病是一种常见于中老年人的危害性较大的疾病，目前还没有根治的方法，但如果在早期能够预测到患糖尿病的风险，就可以通过适当的饮食、运动、保健等控制方式， 来预防糖尿病的发生。研究发现，糖尿病人在早期，手脚的汗腺会受到损害，其分泌汗液的 C1离子浓度，要低于健康人。
[0003]C1离子与金属Ni发生反应，会生成C1化物膜，该膜的导电性能与发生反应的C1离子浓度相关。C1离子浓度越大，该膜的电导越大。采用含Ni量较高的不锈钢304L作为手脚电极，与其接触的人的手脚分泌的汗液的C1离子会与电极板上的Ni原子发生化学反应，在电极板上形成C1化膜，产生一定的电导。在此过程中通过测量电极板之间的电流和电压值，就可以得出相应的电导值，作为评估糖尿病风险的依据。需要一种相应的电路，来测量上述有关的电导值，并根据电导值的大小和对称性来评估糖尿病的风险。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种预测早期糖尿病风险的仪器，根据测得的人体电导值来判断被测人患糖尿病的风险。
[0005]本发明的技术方案是:一种基于汗液浓度的人体电导测试分析仪，其特征在于，包括电极板、电压源产生和切换施加电路、电极间电压切换测量电路、电流测量电路和数字控制电路，采用不锈钢304L制成的多对电极板分别通过导线与电极间电压切换测量电路连接，电压源产生和切换施加电路为电极间电压切换测量电路和电流测量电路提供电压，并施加在不同的电极板上，施加在每对电极板之间的电压按递增或递减的顺序逐次发生变化，而每次通过电极间电压切换测量电路轮流切换施加在每对电极两端;在施加在任一对电极板两端时，其余电极板均处于高阻态，而这对施加了电压的电极板的极性则在这段时间的中点发生反转；电压源产生和切换施加电路、电极间电压切换测量电路和电流测量电路的工作均由数字控制电路控制。
[0006]所述的电压源产生和切换施加电路包括电压放大器、采样电阻、第一开关电路和第二开关电路，电压放大器的输入端与数字控制电路的模拟电压输出端连接，电压放大器的正向输出端与第一开关电路的输入端连接，电压放大器的负向输出端通过米样电阻与第二开关电路的输入端连接;该第一开关电路和第二开关电路的控制信号来自所述的数字控制电路的不同输出端。
[0007]所述的电极间电压切换测量电路包括测量信号放大器、第三开关电路和第四开关电路，在该第三开关电路和第四开关电路的对应的输入端均与一个所述的电极板连接，第三开关电路和第四开关电路的输出端与测量信号放大器的输入端连接，后者的输出端与所述的数字控制电路的一个AD端口连接。
[0008]所述的电流测量电路包括采样电阻和电流放大器，采样电阻的两端与电流放大器的两个输入端连接，电流放大器的输出端与所述的数字控制电路的另一个AD端口连接。
[0009]所述的数字控制电路采用单片微处理器(M⑶)。
[0010]采用不大于4V的直流电压作为测量人体电导所用的电压，每轮测试施加在每对电极两端的同极性脉冲的持续时间不小于50ms。
[0011]1)采用基于手脚等部位汗液浓度的人体电导测量来评估人体糖尿病风险的技术。 采用不锈钢304L来作为与人体双手、双脚等部位接触的电极。通过测量左手到右手、右手到左手、左脚到右脚、右脚到左脚等电导值，根据电导值的大小和对称性，来评估人体糖尿病风险。[〇〇12]2)采用不大于4V的直流电压作为测量人体电导的电压源，在测量过程中电压从零开始，按照步长〇.1V逐渐增加，直到4V;或从4V开始，按照步长0.1V逐次递减。在测量的每一个电压上，电压源按从正到负极性轮流施加在左手电极到右手电极、右手电极到左手电极、 左脚电极到右脚电极、右脚电极到左脚电极、左额电极到右额电极、右额电极到左额电极之间，具体通过开关电路切换来实现。这样就只需要一个电压源。为了得到准确的测量结果， 每种组合测量的时间不小于50ms。[〇〇13]3)采用独立电压测量电路来测量电极之间的电压。电压测量电路通过独立的开关电路进行切换，可以测量任意两个电极之间的电压。电流的测量是通过测量采样电阻两端的电压来实现的。
[0014]4)采用独立的电流测量电路来测量左手到右手、右手到左手、左脚到右脚、右脚到左脚等电流值。电压测量电路通过独立的开关电路进行切换，其切换完全与2)的切换同步。 通过测得的电流值和电压值，就可以计算电导值。
[0015]本发明的优点是:通过采样电阻，测出每对电极之间的电流变化;测得两个电极之间的电压以及这两个电极与其他所有高阻态电极之间的电压。通过电流值和相应的电压值，计算出各种电导值，根据有关电导值的大小及其对称性，对糖尿病风险进行评估。【附图说明】
[0016]图1是本发明硬件电路组成框图；图2是本发明硬件电路中电压源产生和切换施加电路结构框图；图3是本发明硬件电路中电极间电压切换测量电路结构框图；图4是本发明硬件电路中电流测量电路结构框图；图5是本发明硬件电路中数字控制电路结构框图。【具体实施方式】
[0017]本发明的硬件电路主要组成如图1所示，包括电压源产生和切换施加电路2、电极间电压切换测量电路3、电流测量电路4和数字控制电路5这四个部分。电压源产生和切换施加电路2根据数字控制电路5的指令，产生按照0.1V的步长从零开始逐次递增的电压，直到电压增加到4V，并根据数字控制电路5的指令经开关电路23、24在各电极对之间切换施加。 电极间电压切换测量电路3根据数字控制电路5的指令，在各电极板1对之间切换测量各电极对的正负电极板1之间的实际电压。电流测量电路4在电压源产生和切换电路3切换时，通过采样电阻42对各电极板1对两电极间的电流进行测量服务。数字控制电路5则用来控制电压源电压的产生和在电极板1对之间的切换施加，在电极板1对之间对实际电压的切换测量，对实际电流的测量，得出实际测得的电压值和电流值，并传输给上位机6,由上位机6经过计算得到电导值。各部分电路的具体连接如下:1、电压源产生和切换施加电路2的具体实施例如图2所示，数字控制电路5 (MCU)的DA转换模块输出的控制电压(DA端口 1和DA端口 2之间的电压)经电压放大器21放大输出，产生0? 4V的直流电压，作为电压源，其正负输出端分别与第一开关电路23和第二开关电路24的输入端连接，第一开关电路23和第二开关电路24的多路输出的各端分别与每一个电极板1连接。在电压源的输出电压逐次递增的每一个台阶电压，第一开关电路23和第二开关电路24 在数字控制电路5的控制下，使得正向直流电压依次在左手电极板11到右手电极板12、右手电极板12到左手电极板11、左脚电极板13到右脚电极板14、右脚电极板14到左脚电极板13 之间切换施加。每次施加持续的时间不小于50ms。
[0018]2、电极间电压切换测量电路3的具体实施例如图3所示，每个电极板11-16与开关电路1和开关电路2的多路输入的各端连接，两个开关电路的输出端之间的电压为所选择的相同部位的左、右两片电极板之间的电压，作为输入与测量信号放大器31的输入端连接，测量信号放大器31将要测量的电压放大后，连接到数字控制电路MCU的AD端口 1，供MCU对电压进行测量计算。本电路可以测量任意一个电极板与其他所有电极板之间的电压，这是本发明仪器进行糖尿病风险分析时所需要的。在每一个逐次递增的电压台阶下，当正电压施加在某一对电极板上时，除了测量这两个电极板之间的电压外，还要依次测量正电极板与其余所有电极板之间的电压，以及其余所有电极板与负电极板之间的电压。这些电压在分析糖尿病风险时要用到。
[0019]3、电流测量电路4的具体实施例如图4所示，其利用了电压源产生和切换施加电路 2的切换，来测量左手电极板11到右手电极板12、右手电极板12到左手电极板11、左脚电极板13到右脚电极板14、右脚电极板板14到左脚电极板13之间的电流(参见图2 )，在第二开关电路24连接到电压源负极之前，要经过一个采样电阻22,采样电阻22两端的电压与所测的一对电极板(11与12、13与14、以及15与16)的两个电极板之间的电流成正比。如图4所示，采样电阻22两端作为电流放大器41的输入端，电流放大器41的输出端连接到数字控制电路 MCU的AD端口 2,供MCU对电流进行测量计算。根据这些电流值与电极间电压切换测量电路3 测得的电压值，可以计算出相应的电导值。
[0020]4、数字控制电路5由一片MCU构成，如图5所示，其DA端口 1和DA端口 2在控制软件作用下分别产生极性相反的逐次递增的模拟电压，差值经图2中的电压放大器21放大，成为电压源。AD端口 1和AD端口 2分别连接图3和图4的电压和电流的采样输出。此外，其开关切换控制信号分别控制图2和图3的第一-第四开关电路23、24、32、33的切换。1〇]还与上位机6之间进行通信，接收上位机6的控制指令，同时把测量的有关数据传输给上位机6,供其进行进一步的分析计算。
[0021]糖尿病人的早期症状表现之一，是手脚等部位的汗腺受到破坏，其分泌汗液的C1 离子浓度会降低，且受破坏程度越深，即糖尿病风险越大，C1离子的浓度越低。本发明采用含Ni量较高的不锈钢304L作为电极板1，在测试过程中与人体的手脚等部位接触，汗液中的Cl离子与电极中的Ni原子发生反应，在电极板1表面形成Cl化膜。Cl离子浓度越大，该膜的导电性越强，即测得的电导值越大。如果手脚等部位汗腺受到破坏，左右手脚等分泌汗液浓度也会有差别，电导的对称性也是评估糖尿病风险的依据之一。通过常规的实验可以得到电导值以及左右相同部位电导值的对称性，便可评估出糖尿病的风险。
【主权项】
1.一种基于汗液浓度的人体电导测试分析仪，其特征在于，包括电极板1、电压源产生 和切换施加电路2、电极间电压切换测量电路3、电流测量电路4和数字控制电路5,采用不锈 钢304L制成的多对电极板1分别通过导线与电极间电压切换测量电路3连接，电压源产生和 切换施加电路2为电极间电压切换测量电路3和电流测量电路4提供电压，并施加在不同的 电极板1上，施加在每对电极板1之间的电压按递增或递减的顺序逐次发生变化，而每次通 过电极间电压切换测量电路3轮流切换施加在每对电极1两端;在施加在任一对电极板1两 端时，其余电极板1均处于高阻态，而这对施加了电压的电极板1的极性则在这段时间的中 点发生反转；电压源产生和切换施加电路2、电极间电压切换测量电路3和电流测量电路4的 工作均由数字控制电路5控制。2.根据权利要求1所述的基于汗液浓度的人体电导测试分析仪，其特征在于:所述的电 压源产生和切换施加电路2包括电压放大器21、米样电阻22、第一开关电路23和第二开关电 路24，电压放大器21的输入端与数字控制电路5的模拟电压输出端连接，电压放大器21的正 向输出端与第一开关电路23的输入端连接，电压放大器21的负向输出端通过米样电阻22与 第二开关电路24的输入端连接;该第一开关电路23和第二开关电路24的控制信号来自所述 的数字控制电路5的不同输出端。3.根据权利要求1所述的基于汗液浓度的人体电导测试分析仪，其特征在于:所述的电 极间电压切换测量电路3包括测量信号放大器31、第三开关电路32和第四开关电路33,在该 第三开关电路32和第四开关电路33的对应的输入端均与一个所述的电极板1连接，第三开 关电路32和第四开关电路33的输出端与测量信号放大器31的输入端连接，后者的输出端与 所述的数字控制电路5的一个AD端口连接。4.根据权利要求1所述的基于汗液浓度的人体电导测试分析仪，其特征在于:所述的电 流测量电路4包括采样电阻42和电流放大器41，采样电阻42的两端与电流放大器41的两个 输入端连接，电流放大器41的输出端与所述的数字控制电路5的另一个AD端口连接。5.根据权利要求1的所述的基于汗液浓度的人体电导测试分析仪，其特征在于:所述的 数字控制电路5采用单片微处理器(MCU)。6.根据权利要求1所述的基于汗液浓度的人体电导测试分析仪，其特征在于:采用不大 于4V的直流电压作为测量人体电导所用的电压，每轮测试施加在每对电极两端的同极性脉 冲的持续时间不小于50ms。
【文档编号】A61B5/053GK105997071SQ201610303395
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月10日
【发明人】尤剑鸣, 杜文扬
【申请人】咸阳康荣信数字超声系统有限公司