電阻抗成像測試系統(tǒng)的研究與設(shè)計.pdf

1、電阻抗成像（Electrical Impedance Tomography，EIT）是利用生物體內(nèi)電阻率的分布實現(xiàn)目標(biāo)成像的一種新型醫(yī)學(xué)成像技術(shù)，在生物信息檢測與成像方面具有廣闊的應(yīng)用前景。其基本原理是由于不同的生物組織具有不同的阻抗特性，當(dāng)生物體發(fā)生疾病或者進行生理活動時將導(dǎo)致其電阻抗發(fā)生改變。通過相應(yīng)的電極系統(tǒng)對生物體注入激勵電流信號，從電極上獲得電壓信號，采用特定的算法重建出反應(yīng)生物體內(nèi)部電特性的圖形，可以獲得組織或器官的結(jié)構(gòu)和功

2、能等相關(guān)信息。
　　論文對電阻抗成像測試系統(tǒng)進行了優(yōu)化設(shè)計，完成系統(tǒng)的構(gòu)建并逐步實現(xiàn)系統(tǒng)所需要的各個功能模塊。采用模塊化的設(shè)計方法分別設(shè)計了：激勵電流源模塊、多路開關(guān)模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、電極物理模型和處理器控制模塊等。主要工作內(nèi)容如下：
　?。?）設(shè)計并實現(xiàn)了一種能同時兼容16和32電極的EIT系統(tǒng)，主要包括：高精度信號發(fā)生器、增強的Howland電流源、16通道和32通道多路開關(guān)、前置濾波電路、高精度儀表放大器、可變增益放

3、大電路、四階帶通濾波器、相敏解調(diào)電路、16位A/D轉(zhuǎn)換電路和ARM處理器控制系統(tǒng)。其中，采用ARM處理器作為核心控制器，構(gòu)建嵌入式電阻抗成像系統(tǒng)并編寫相應(yīng)的系統(tǒng)控制程序，使系統(tǒng)具有較高的性能和采集速度，同時也便于系統(tǒng)的擴展；在相敏解調(diào)電路中利用正弦波信號代替方波信號作為參考信號進行開關(guān)解調(diào)，具有較好的解調(diào)效果和更高的精度。
　　（2）構(gòu)建了電極系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)可變的物理模型，以不銹鋼鱷魚夾連接不銹鋼電極片，電極片固定于內(nèi)壁，使電極便于

4、拆卸和更換，有利于研究電極參數(shù)變化對測量數(shù)據(jù)和成像結(jié)果的影響，并搭建了16和32電極的物理模型作為實驗檢測對象。
　?。?）研究了EIT系統(tǒng)激勵及測量模式，并對系統(tǒng)和每個模塊的性能進行了測試。通過鹽水槽實驗，采集成像數(shù)據(jù)，并且測試了數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性、通道一致性和有效性。分別利用正則化高斯-牛頓算法和敏感矩陣算法實現(xiàn)了16電極和32電極物理模型的圖像重建。實驗結(jié)果表明該電阻抗成像測試系統(tǒng)具有較好的成像效果，分辨率高，能有效地實現(xiàn)對目標(biāo)區(qū)