电阻抗断层成像数据采集系统设计

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1、AthesissubmittedtoZhengzhouUniversityforthedegreeofMaster．1盆986《5DesignofElectricalImpedanceTomography一●，DataAcquisitionSystemBylipingzhaoSupervisor：Prof．xiangcaichenPhysicalElectronicsPhysicalEngineeringCollegeApril2010声明原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包

2、含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。学位论文作者：日期：年月日学位论文使用授权声明本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学。根据郑州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权郑州大学可以将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或者其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时

3、，第一署名单位仍然为郑州大学。保密论文在解密后应遵守此规定。学位论文作者：日期：年月日摘要电阻抗断层成像是近几年来医学成像研究领域的一个重要方向。它通过排列在人体体表周围的电极，给人体施加小的安全电信号，在体外检测响应信号，测量出人体组织相应层面的阻抗分布情况，根据阻抗分布，利用一定的算法重构人体组织的断层图像。但由于其用于成像的信息量小，成像算法存在严重的非线性逆问题，实现高精度、高分辨率的成像还非常困难，这使得电阻抗断层成像技术在临床应用中进展较为缓慢。旋转电极法电阻抗断层成像的思想是通过电极向被测目标施加激励电压，建立一个接近于匀强(简化分析条件)的电场，用实

4、验的方法，拟合被测目标边界测量数据和电场中非均匀介质之间的关系，使被测目标中非均匀介质电场的分布，近似满足均匀介质电场分布的假设条件，解决非均匀介质电场的实际电流路径与均匀介质电场假设的电流路径不重合的问题，从而避免成像算法中的非线性逆问题。同时旋转电极法电阻抗断层成像技术具备驱动电极数目多，测量数据多的特点，可以提供更多的数据用于成像，有助于提高成像分辨率。为了进一步研究旋转电极法电阻抗断层成像，有必要研究一套专用数据采集系统。本文主要介绍所设计的旋转电极法电阻抗断层成像数据采集系统的构成与工作原理。具备128个电极的旋转电极法电阻抗断层成像数据采集系统主要由四部

5、分构成：第一部分是物理模型，用来模拟人体组织断层；第二部分是模拟开关阵列，通过其中单个模拟开关的通断来实现电极电气旋转；第三部分是响应电流检测电路，包括I／U变换、放大、滤波、真有效值转直流、A／D转换；第四部分是整个系统的控制核心，是基于FPGA的NIOSII软核处理器控制系统，实现系统整体控制以及与计算机进行通信。本文还阐述了数据采集系统NIOSI软核处理器应用软件的设计方法以及为保证数据采集精度而采取的抗干扰措施。从多次数据采集实验得到的数据来看，本系统性能稳定，可重复性好，测试数据符合设计预期，实现了设计目标，可以为进一步研究旋转电极法电阻抗断层成像图像重构

6、算法提供基础数据。关键词：电阻抗成像旋转电极数据采集NIOSIIIAbstractElectricalimpedancetomographyisallimportantdirectionintheresearchofmedicalimaginginrecentyears．Itthroughtheelectrodesaroundthehumanbodyexertsafetyelectricalsignalstohumanbodyandmeasureresponsesignalinvitrotomakesurethehumanbodycorrespondingfault

7、planeimpedancedistribution．Accordingtotheimpedancedistribution，itusescertainimagereconstructionalgorithmtoreconstructthefaultplaneimagesofhumanbodycorrespondingfaultplane．Butbecauseofthedatavolumeforimagingissmallandthenonlinearinverseproblemofimagingalgorithmisserious，itisverydiffic