心阻抗分析仪的设计

生物电阻抗技术作为一项无创、安全、便捷的检测方法，在生理信息提取和医学辅助诊断领域已取得广泛应用。然而，目前可用于测量心阻抗的设备通常存在工作频率范围狭窄且造价昂贵的限制。为了提高医生在心脏诊断方面的工作效率，我们致力于设计一款基于多核异构技术的心阻抗分析测量系统。本系统采用ZYNQ多核异构芯片，以软硬件协同的方式实现心阻抗激励和数据采集的同步操作，同时也提供了数据可视化和定量分析功能。系统采用了程控变频方法来对心脏进行电流激励，并通过外差定频和正交解调技术，将信号频率稳定解调到低频段，以有效采集心阻抗信号。数据高速传输则通过UDP网络通信方式实现，同时在上位机进行波形的ReBeatICG特征提取，以便计算出血流动力学相关参数，进一步协助医生进行诊断。这款基于多核异构技术的心阻抗分析系统对15名健康受试者的心功能参数进行测量。结果表明：实验图像中能够完整并清晰地检测到人体的ICG信号，ICG信号的特征值提取准确率高达99.56%。15名受试者的各项心脏血流动力学参数均在正常范围内。因此测量系统可以用于人体心功能参数的测量，不仅提高了诊断的效率，还增加了诊断设备的便携性。

心脑血管疾病目前已经成为危害人类身体健康的头号杀手，心血管疾病具有极高的治病率、致残率和致死率。世界卫生组织的统计数据表明，全世界每年因心血管类疾病死亡人数超过700 万[1]。在我国心血管类疾病的发病率逐年上升。目前，全国患有心血管疾病将近有2.9 亿人次，每年死于此类疾病的人数约有300 万， 治疗心脑血管类疾病的花费高达1300 亿元人民币， 给国家和人民造成了极大的心理负担与经济负担。

阻抗分析仪作为测量血流动力学参数的一种工具，可以有效的预防和诊断心血管疾病。目前市场上的阻抗分析仪层出不穷[2]，如美国KeySight 公司的E4990A、TH2839A 等系列，这些产品测量频率范围宽，频率分辨率高，测量量程大且灵活度高，但产品造价高、设备笨重、应用场景存在局限。张楠等人[3]利用AD9851 芯片作为信号发生器，AD8302 芯片作为幅度及相位检测器设计了一款嵌入式阻抗分析仪用于测试晶体滤波器的输入阻抗，但是该分析仪应用对象存在局限性，不能够用于测试除晶体滤波器输入阻抗的其他产品阻抗；祁雨等人[2]基于虚拟仪器技术设计一款阻抗分析仪，利用信号发生卡输出电压激励信号，使用高速数据采集卡进行同步采集，以labVIEW 为平台开发测控软件进行阻抗测量与数据分析处理，但是该系统频率分辨率相对较低，而且测量阻抗的量程选择存在局限性。

目前市场上的人体心阻抗分析仪大多价格昂贵，而且主要是基于单频，对于多频率点的阻抗分析，