用于测量小块皮肤区域的皮肤阻抗的测量系统和电极

摘要

提供一种用于测量小块皮肤区域中阻抗的测量系统和用于该测量系统的电极。所述测量系统包括：一电极单元，该电极单元包括用于提供恒定电流的多个供电电极和与所述供电电极相分离、以便测量皮肤的响应信号的多个测量电极；一电流源，向所述供电电极提供恒定电流；一信号处理单元，连接到所述测量电极，接收响应于施加的恒定电流而在皮肤中产生的响应信号，产生势差信号，去除势差信号中的噪声，并放大去除了噪声的势差信号；一信号转换单元，将从信号处理单元接收的势差信号从模拟格式转换成数字格式；以及一图像显示单元，将势差信号转换成图像信号，并显示所述图像信号。

说明书

技术领域

本发明涉及用于测量小块皮肤区域中的皮肤阻抗(即，电阻值)的测量系统以及用在该测量系统中的电极，更具体地说，涉及分别配有供电电极和测量电极的阻抗测量电极，以便测量小块皮肤中的测量皮肤阻抗，以及利用该电极的阻抗测量系统。

背景技术

由于分析小块皮肤区域中的皮肤阻抗值所得的结果被用于多种应用中，所以已经研究并开发了用于精确地测量皮肤阻抗的方法和设备。通常，测量皮肤阻抗的传统技术被用于检测皮肤上的经络点(meridian point)，在中国医学领域里，它被用于诊断并治疗疾病。

经络点是皮肤或肌肉中的反应点，它被用在中国医学或手疗法(handtherapy)(诸如针灸疗法(acupuncture)、艾灼(moxibustion)和按摩)中，并且经络系统是连接这些反应点的通道。考虑到中国医学，更具体地讲，手疗法，人体包括内脏器官(即，五脏六腑)，当这些内脏器官的功能彼此协调时是健康的，并且当这些内脏器官的功能之间的协调被破坏时变得不健康并出现某些病症。能量循环系统(其中气和血流动)被称作经络系统，所述能量循环系统流经人体内外并且总是控制内脏器官的功能。

因此，准确地找出在中国医学中用于诊断和治疗的经络点位置和经络系统是非常重要的。通过基于如下原理，即对应于经络点和经络系统的区域与其它皮肤区域相比具有较低的电阻，精确地测量皮肤阻抗，可以准确地找出经络点和经络系统。

此外，据报道，通过测量皮肤阻抗，可以诊断皮肤癌、确定烧伤度、检测运动、检测康复锻炼的能力、并确定皮肤中淋巴结的正常和异常状态。照此，基于测量皮肤阻抗的各种技术将有望被广泛利用。

然而，大多数测量皮肤阻抗的传统方法是在整个人体上进行的而非在人体的小块区域中。并且，大多数在整个人体或在人体的小块区域进行的测量皮肤阻抗的传统方法均利用两个或三个电极。这样的话，至少有一个电极被同时用作测量电极和施加电压或电流的电极。因此，测量值中包括从真皮和皮下组织获得的真实皮肤阻抗，以及甚至接触电阻和表皮阻抗，因此不能精确地测量皮肤阻抗。

更具体地，接触电阻的测量值根据测量者的技巧(例如，控制电极的接触压力和接触速度的能力)和诸如温度和湿度等的接触电极的皮肤表面的状态而有较大的不同，由此，极大地影响了皮肤阻抗的测量值。因此，很难获得皮肤阻抗的精确测量值。

发明内容

本发明提供一种分别配有供电电极和测量电极的阻抗测量电极，以便测量小块皮肤区域中的皮肤阻抗。

本发明还提供一种阻抗测量电极，其中供电电极和测量电极之间的距离可以自由调整。

本发明还提供一种利用阻抗测量电极在小块皮肤区域中精确地测量皮肤阻抗的阻抗测量系统，其中电源供给端子和测量端子彼此分离。

根据本发明的一个方面，提供一种用于测量小块皮肤区域中的皮肤阻抗的阻抗测量电极。所述阻抗测量电极包括：多个用于向皮肤提供恒定电流的电源电极；以及多个测量电极，所述测量电极与所述供电电极相分离，以便测量皮肤的响应信号。所述测量电极安排在所述供电电极之间。

最好，所述供电电极包括具有柱形结构的第一电极以及具有围绕所述第一电极的柱形结构的第二电极，并且所述测量电极具有围绕所述第一电极的柱形结构，并安排在所述第一和第二电极之间。

最好，每个供电电极包括：包含第一侧面(first side)、垂直于第一侧面的第二侧面、和垂直于第二侧面并面向第一侧面的第三侧面的第一电极；第二电极，其具有与第一电极相同的形状，并与第一电极分开放置，使得第二电极的开口侧(opening side)面向第一电极的开口侧。测量电极被安排在第一和第二电极之间所定义的内部空间。

最好，每个测量电极包括：第三电极，其包含第一侧面、垂直于第一侧面的第二侧面、以及垂直于第二侧面并面向第一侧面的第三侧面；以及第四电极，其具有与第三电极相同的形状，并与第三电极分开放置，使得第四电极的开口侧面向第三电极的开口侧。所述测量电极安排在多个供电电极之间。

最好，每个供电电极包括：第一电极，其具有含开口部分和预定曲率的椭圆形结构；以及第二电极，其具有与第一电极相同的形状，并与第一电极分开放置，使得第二电极的开口面向第一电极的开口。所述测量电极安排在所述第一和第二电极之间所定义的内部空间。

最好，每个测量电极包括：第三电极，其具有含开口部分和预定曲率的椭圆形结构；以及第四电极，其具有与第三电极相同的形状，并与所述第三电极分开放置，使得所述第四电极的开口面向所述第三电极的开口。所述测量电极被安排在所述多个供电电极之间。

最好，所述供电电极和所述测量电极包括平行放置的平面结构电极，所述测量电极放置在所述供电电极之间。

最好，所述阻抗测量电极还包括：一固定螺旋线(stationary screwline)，其连接到所述供电电极和所述测量电极；一旋转螺钉(rotary screw)，其连接到所述固定螺旋线并旋转固定螺旋线，以便沿固定螺旋线移动所述供电电极和所述测量电极；以及一固定螺栓(fixing stud)，用于将每个供电电极和测量电极固定到所述固定螺旋线。

根据本发明的另一方面，提供一种用于在小块皮肤区域测量皮肤阻抗的阻抗测量系统。所述阻抗测量系统包括：一电极单元，其包含用于提供恒定电流的多个供电电极和与所述供电电极相分离的多个测量电极，以便测量皮肤的响应信号；一电流源，其向供电电极提供恒定电流；一信号处理单元，其连接到所述测量电极，接收皮肤上响应于所供应的恒定电流而产生的响应信号，产生势差信号，从所述势差信号中去除噪声，并放大去除了噪声的势差信号；一信号转换单元，其将从信号处理单元接收的势差信号从模拟格式转换成数字格式；以及一图像显示单元，其将数字势差信号转换成图像信号并显示所述图像信号。

附图说明

通过结合附图对本发明的优选实施例进行详细描述，本发明的上述

和其他特性和优点将会变得更加清楚，其中：

图1A至图1D是显示根据本发明的优选实施例的环状阻抗测量电极的图；

图2A至图2D是显示根据本发明的优选实施例的折线形阻抗测量电极的图；

图3A至图3D是显示根据本发明的优选实施例的直线阻抗测量电极的图；

图4A和4B是根据本发明的优选实施例的电极距离调节器的图；

图5A至图5D是显示根据本发明的优选实施例的阻抗测量系统的框图；以及

图6A至图6B是显示经络点的位置的图，其中在所述经络点位置，根据本发明利用阻抗测量系统测量皮肤阻抗。

具体实施方式

通过借助附图在下文中将详细描述本发明的优选实施例。

根据本发明的阻抗测量电极包括：两个供电电极，它们被连接到一电流源并将预定电流施加到小块皮肤区域；以及两个测量电极，它们测量皮肤的反应，即当将预定电流施加到皮肤上时出现在接触皮肤的两个测量电极之间的势差。最好，所述测量电极由处理黄铜制成，以具有0.8mm的厚度，并在100mA*s/cm²的条件下将AgCl镀到处理黄铜上，然后将它们彼此分开放置，它们之间的距离为5nm或更少的。

根据本发明的阻抗测量电极由四个电极棒组成，以便执行四电极测量，并且阻抗测量电极被分成三类，即环状类、折线类(back and forth)、以及直线类，如图1A至3D中所示。然而，很显然也可以使用其它类型的四个电极。

图1A至图1D是显示根据本发明的优选实施例的环状阻抗测量电极的图。如图1A中所示，环状阻抗测量电极包括具有柱形结构的一中心电极和具有柱形结构并中心围绕中心电极的三个电极。

参考图1B，其是沿线S-S所得的环状阻抗测量电极的横截面，电流源I连接到所述中心电极和最外层电极，并且在中心电极和最外层电极之间的其它电极是测量电极。

图1C和图1D分别显示了根据本发明的优选实施例的实际环状阻抗测量电极的外形和横截面。

图2A至图2D是显示根据本发明的优选实施例的折线形阻抗测量电极的图。参考图2A，折线形阻抗测量电极包括四个电极。所述四个电极的每一个具有包括第一侧面、垂直于第一侧面的第二侧面、以及垂直于第二侧面并面向第一侧面的第三侧面的结构。以下，将这种结构称为折线形结构。如图2A所示，第一电极位于预定位置，并且放置第二电极使得第二电极的开口侧面向第一电极的开口侧。第三和第四电极小于第一和第二电极，并且将它们放置在第一和第二电极之间所定义的空间，使得第三和第四电极的开口侧彼此相对。这里，第一和第二电极的开口垂直于第三和第四电极的开口。

参考图2B，显示了沿线S-S所得的图2A所示的折线形阻抗测量电极的横截面，电流源I连接到位于外部的第一和第二电极，并且位于内部的第三和第四电极是测量电极。图2C和图2D分别显示了根据本发明的优选实施例的实际折线形阻抗测量电极的外形和横截面。

在上述实施例中，电极具有折线形结构。然而，本领域技术人员将可以理解只要所述电极以与上述相同的方式放置电极，那么所述电极可以具有含预定曲率和开口部分的椭圆形结构。

图3A至图3D是显示根据本发明的优选实施例的直线阻抗测量电极的图。如图3A所述，在直线形阻抗测量电极中，四个平面电极被平行放置。参考显示了沿线S-S所得的如图3A所示的直线阻抗测量电极的横截面的图3B，电流源I连接到两个外部电极，并且两个内部电极是测量电极。图3C和图3D分别显示了根据本发明优选实施例的实际直线阻抗测量电极的外形和横截面。

图4A和图4B是根据本发明的优选实施例的电极距离调节器的图。在本发明的实施例中，如图4A和4B所示的电极距离调节器与阻抗测量电极相结合，以便自由地调节电极间的距离。由于可以确定电极间的距离和测量阻抗的皮肤范围，因此，可以仅在一期望的小区域中测量皮肤阻抗。

参考图4A，电极距离调节器包括：一支撑杆410、一固定螺旋线420、多个固定螺栓430、一旋转螺钉440、和电极450。所述电极距离调节器根据螺旋方法(screw method)操作。除对于一电极450可被移动的一固定螺栓430之外，对于其它电极450不能被移动的所有固定螺栓430被按下，以便固定相应的电极450。此后，当旋转所述旋转螺钉440，其固定螺栓430未被按下的电极450沿着固定螺旋线420移动。这样，四个电极450的每个都在期望的方向上被移动了一期望的距离，由此调节电极450之间的距离。

图4A和图4B显示了图3A至3D所示的直线阻抗测量电极的电极距离调节器。然而，电极距离调节器同样也可用于图2A至2D所示的折线形阻抗测量电极或具有含开口部分的椭圆形结构的阻抗测量电极。在这种情况下，需要分别提供用于调节内部测量电极之间的距离的固定螺旋线和旋转螺钉以及用于调节连接到电流源的外部电极之间的距离的固定螺旋线和旋转螺钉。

以下说明涉及利用上述四个电极在小块区域测量皮肤阻抗的阻抗测量系统。

图5A至图5D是显示根据本发明的优选实施例的阻抗测量系统的框图。参考图5A，所示阻抗测量系统包括：电流源510、电极单元520、信号处理单元530、信号转换单元540(即模拟-数字(A/D)转换器)和图像显示单元550。电流源510向其阻抗将被测量的小块皮肤区域提供恒定电流。电极单元520包括连接到电流源510并接触皮肤的两个供电电极，和连接到信号处理单元530并接触皮肤的两个测量电极。信号处理单元530从每个测量电极接收信号，测量两个测量电极之间的势差，并放大去除了噪声的势差信号。信号转换单元540将从信号处理单元530接收的模拟势差信号转换成数字势差信号。图像显示单元550分析从信号转换单元540接收的数字势差信号，并输出获得的数据作为分析结果。

参考图5B，提供恒定电流而不管负载以便给人的皮肤施加电刺激的电流源510包括：输入单元512、换流器514、电流强度控制器516和输出单元518。

输入单元512从外部电源单元接收电压，并将所接收的电压划分成具有可由换流器514处理的幅度的电压。换流器514由多个运算放大器实现。输入单元512将从外部电源单元接收的电压划分成由每个运算放大器支持的电压单元。

换流器514利用多个运算放大器而不管负载，将从输入单元512接收的电压转换成恒定电流。利用运算放大器和负反馈效应实现上述转换。

当换流器514将电压转换成恒定电流时，电流强度控制器516控制将要施加到负载的电流的强度。利用可变电阻，调节电压被转换成恒定电流处的比率实现这种控制。

输出单元518将转换的电流施加到负载，即根据双极方法将转换的电流施加到电极单元520的电极。施加了所述转换电流的一个电极连接到电源电压的地端。输出单元518将从换流器514接收的电流施加到电极单元520，更具体地讲，施加到电极单元520的供电电极。电流通过接触皮肤的供电电极施加到皮肤。电极单元520的测量电极接收在皮肤上响应于所施加电流而产生的电信号，并输出接收的信号到信号处理单元530。

参考图5C，信号处理单元530包括：输入单元531、缓冲器532、势差测量器533、偏移电压控制器534、放大器535、滤波器536、倒相放大器537和输出单元538。信号处理单元530测量响应于施加到皮肤上的电流而在皮肤中产生的响应信号。人体是具有低电导率的非均匀介质，对于人体而言很难估计与输入值相对应的输出值。此外，响应信号的电平与噪声电平类似，即，信-噪比(SNR)非常低。在这种情况下，信号处理单元530用于最小化负载和噪声的影响。

更具体地讲，输入单元531包括具有良好电导率和电磁屏蔽效应的导线。输入单元531从测量电极接收皮肤的响应信号，并将响应信号输出到缓冲器532。

为了最小化负载效应，其中当皮肤的负载大于或近似于输入阻抗时很难进行精确测量，缓冲器532调节输入阻抗以便保持输入阻抗高于负载阻抗，并存储接收的响应信号。

势差测量器533通过缓冲器532接收分别由两个测量电极所检测的响应信号，测量两个响应信号之间的势差，并将势差信号输出到偏移电压控制器534。

偏移电压控制器534调节阻抗测量系统的电压电平。当在测量皮肤阻抗之前两个测量电极彼此接触时，期望两个测量电极之间的势差为0。然而，由于系统的内部因素可能存在势差不为0。在这种情况下，偏移电压控制器534将测量的势差调节成0。当在零调节之后执行信号测量，可以测量所测信号的精确直流(DC)电平。

此外，当从势差测量器533接收的势差信号超过阻抗测量系统的可测量电势范围的范围或具有极值时，偏移电压控制器534通过调节偏移电压，将所接收势差信号调节到可测量电势范围内，以便可以精确测量势差。此外，当用户对DC电平上负载的微小交流(AC)电平感兴趣时，他/她可以通过利用偏移电压控制器534调节偏移电压，变换测量范围，以仅放大和观察在感兴趣区域的信号。

放大器535从偏移电压控制器534接收电压调节势差信号，并利用可变电阻将其放大到适当的电平。通过利用可变电阻调节放大度，可以测量感兴趣信号的微小位移。

滤波器536从放大器535接收放大的势差信号，去除势差信号的噪声，并选择性地仅输出在期望频带宽度的势差信号。利用多个运算放大器和相位检测器电路，滤波器536被用作带通滤波器。很显然根据将要测量的信号的频带宽度，滤波器536也可被用作高通或低通滤波器。由于最小化了噪声的影响，从滤波器536输出的势差信号具有高SNR。

倒相放大器537接收并放大滤波的势差信号，由此改善势差信号的SNR。此后，倒相放大器537反转势差信号的相位，所述势差信号通过滤波和放大后具有反相相位，以便通过输出单元538输出具有与原始势差信号相同相位的势差信号到信号转换单元540。此处，输出单元538将输出阻抗调整到足够小来有效地向信号转换单元540发送势差信号。

信号转换单元540将接收的势差信号从模拟格式转换成数字格式，以便可以由图像显示单元550将势差信号显示在诸如监视器的图像显示装置。数字势差信号输出到图像显示单元550。

参考图5D，图像显示单元550包括：输入单元551、数据分析器552、运算控制器554、以及包括监视驱动器模块557和诸如监视器的图像显示装置558的显示单元556。

从信号转换单元540输出的数字势差信号通过输入单元551输入到数据分析器552。数据分析器552对数字势差信号执行各种运算，以便用户可以方便地利用所测量的数据。根据场合需要在预定时间周期可以对势差信号执行诸如平均、斜率计算、微分和积分的运算。将要执行的运算由用户输入到运算控制器554，并且运算控制器554确定将要执行的运算。

通过对势差信号执行预定运算所得的分析数据被发送到显示单元556，然后由监视驱动器模块557转换成所期望的图像信号，然后通过诸如监视器的图像显示装置558显示给用户。

图6A至图6B是显示经络点的位置的图，其中在所述经络点位置，根据本发明利用阻抗测量系统测量皮肤阻抗。图6A示出了手上的肺经络点LU(H1)、大肠经络点L1(H2)、心包经络点PC(H3)、三倍兴奋(tripleenergizer)经络点TE(H4)、心脏经络点HT(H5)和小肠经络点SI(H6)。图6B示出了足上的脾经络点SP(F1)、肝经络点LV(F2)、胃经络点ST(F3)、胆囊经络点GB(F4)、肾经络点KI(F5)和膀胱(bladder)经络点BL(F6)。

随后的表格示出了利用根据本发明的阻抗测量系统所执行的测量结果。

    手    足    测量点皮肤电阻(100kΩ)    测量点皮肤电阻(100kΩ)    LU(H1)    1.53±0.86    SP(F1)    1.37±0.84    LI(H2)    1.42±0.87    LV(F2)    1.55±0.95    PC(H3)    1.34±0.86    ST(F3)    1.35±0.92    TE(H4)    1.33±0.85    GB(F4)    1.49±0.01    HT(H5)    1.41±0.88    KI(F5)    1.58±0.02    SI(H6)    1.61±0.93    BL(F6)    1.53±0.86

这里，皮肤电阻等于平均值±标准偏差。

如上表所示，在手上测量的皮肤电阻根据经络系统(x²＝42.67，df＝5，P＜0.001)具有规则差值(regular difference)。点SI显示了最大电阻特性，并且电阻特性按照LU-LI-HT-PC-TE的顺序减少。在足上测量的皮肤电阻也根据经络系统(x²＝18.06，df＝5，P＜0.01)具有规则差值。点KI显示了最大电阻特性，并且电阻特性按照BL-LV-GB-SP-ST的顺序减少。

利用根据本发明的四个电极的测量结果明显不同于利用两个或三个电极的传统测量所得的那些测量结果。此外，如果测量方法不同，则很难简单地在相同测量点比较测量结果。利用四个电极的测量是本发明特有的性能特征。

如上所述，和在整个人体中用于测量成分比率的传统两电极和三电极方法不同，根据本发明的阻抗测量系统利用包括四个电极的阻抗测量电极，其中用于将恒定电流施加到皮肤的电极与测量电极相分离。根据本发明，测量电极可以集中在小块皮肤区域，以便可以精确测量小块区域皮肤阻抗。此外，本发明提供用于四个电极的电极距离调节器，以便可以自由调节将要测量的皮肤区域。

尽管本发明是参照其特定的优选实施例来说明和描述的，但本领域的技术人员应该理解，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的实质和范围的情况下，可以对其进行形式和细节的各种修改。优选实施例仅用于说明的目的而非用于限定的目的。因此，本发明的范围不是由本发明的详细说明所限定而是由所附权利要求来定义，并且在所述范围内的所有差别将被认作为包括在本发明中。