用于脑部电阻抗断层成像的高稳定性恒流源的设计

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1、用于脑部电阻抗断层成像的高稳定性恒流源的设计史学涛，尤富生，霍旭阳，付峰，刘锐岗，董秀珍【关键词】电阻抗断层成像；恒流源；分布电容；屏蔽驱动　Designofacurrentsourcepedancetomographysystem【Abstract】AIM:Toimprovethestabilityofthecurrentsourceforbrainelectricalimpedancetomography(EIT)dataacquisitionsystem.METHODS:Ashieldguardtec

2、hniqueployedtominimizetheshuntingeffectofthestraycapacitanceofetime,anoutputcurrentpensatingmethodultiplexersstraycapacitance.RESULTS:Thesimulationresultsshoethodsaximumrelativecurrenterrorona1.5kΩloaddroppedfrom7%to0.4%inaximumrelativecurrenterroronthislo

3、adethodforethodforcurrentsourcecaneffectivelyimprovethestabilityofcurrentsourcesoutputcurrent.【Keypedancetomography;currentsource;straycapacitance;shieldguard【摘要】目的:提高脑部电阻抗断层成像数据采集系统的恒流源的输出稳定度.方法：采用屏蔽驱动的方法减弱电极导线分布电容的分流作用，同时采取输出电流补偿的方法对多路开关上的分布电容分流作用进行补偿．结果

4、：仿真结果表明通过这些措施后流经1.5kΩ负载的激励电流的幅度在工作频率范围内最大相对偏差可由原来的7%降至0.4%以下．最终所实现的激励源的最大相对偏差也小于1%．结论：所采取的电极导线屏蔽驱动和输出电流补偿的方法可以达到有效提高恒流源输出电流稳定度的目的．【关键词】电阻抗断层成像；恒流源；分布电容；屏蔽驱动电阻断层抗成像（electricalimpedancetomography，EIT）是一种通过体表弱电信号激励和体表电信号测量的方法获取目标区域（某一断面）内组织电阻抗分布信息，并以图像的方式反映出来

5、的新型医学成像技术〔1〕．与现有的成像技术相比，该技术具有结构简单、设备小巧、易于操作、无创无害等特点，在对机体生理或病理状态的功能成像等方面有着诱人的应用前景，吸引着国内外众多的学者，是近年来生物医学工程领域的研究热点之一．其中，高精度数据采集系统的研制是该技术的研究重点和难点之一．我们目前的研究目标是利用EIT技术研制一种能实现对人脑出血、脑水肿等疾病进行长时间图像监护的仪器．由于有颅骨这样高电阻率组织的存在〔2〕，脑部EIT测量时，目标区域电阻率相对较高，同时又由于颅骨的影响，由颅内组织电阻率变化所导

6、致的体表电信号的变化量也相对较弱，因而对相应的数据采集系统提出了更高的要求〔3〕．本研究以提高数据采集系统中恒流源的输出稳定度为目标，分析影响系统工作时输出电流稳定性的主要因素，并以屏蔽驱动和输出补偿的方式弱化这些因素的影响，达到提高输出稳定度的目的.1原理目前的EIT数据采集系统多采用电流激励、电压测量的工作模式．测量时，以等间距贴于目标外周的16或32个电极中的1对（或多对）进行激励，注入一定频率的弱激励电流，同时测量其余电极对上的电压差〔4〕．理想情况下，恒流源的输出阻抗无穷大，此时不论负载阻抗如何变

7、化，流经负载的电流始终是恒定值，因而通过电压与电流间的比值可精确求解出测量电极间的传输阻抗．但如图1所示，对于实际的EIT系统，虽然恒流源自身的输出阻抗可以达到数MΩ以上的水平，但由于激励电流要通过多路开关和长达1m以上的电极导线才能进入目标区域，多路开关的导通电阻、公共端等效电容、等效输入电容以及电极导线的杂散电容等因素会对激励电流形成一定的影响．为分析这些因素的影响，我们设恒流源输出阻抗为Zs，多路开关公共端等效电容为C1、任意一对相邻的输入端等效并联电容为C2、各通道的导通电阻为R，同时，假设负载阻抗

8、为ZLoad，导线间电容为Cline．在忽略导线电阻的情况下，可以得到恒流源工作时的等效电路(图2).此时，令C=C2//Cline=C2+Cline，可得实际流过负载的电流Iload：式中，ω为激励电流的角频率．可以看出，Iload不仅会随负载阻抗而变化，同时还会随激励信号频率的改变而改变．由于我们的系统要求在1~200kHz的频率范围内提供相对可靠的阻抗信息，同时，前期的实验结果表明，脑EIT成像时，采用准对