电阻抗成像测试系统的研究与设计

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3、一本人学位论文及涉及相关资料若有不实，愿意承担切相关的法律责任。－捉日期：２。、６．。中．１；研究生签名：输水南京邮电大学学位论文使用授权声明本人授权南京邮电大学可科保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子文档；允许论文被查阅和借阔；可■将学位论义的全部或部分内容编入有关数据库进行检索；可科采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。本文电子文档的内容和纸质一致。论文的公布（包括刊登）授权南京邮电大学研究生院办理。论文的内容相涉密学位论文在解密后於适用本授权书。研巧生签名：傲水导师签名：．日期：ｚｏｌＭＡ｝Researchand

4、DesignofElectricalImpedanceTomographyTestingSystemThesisSubmittedtoNanjingUniversityofPostsandTelecommunicationsfortheDegreeofMasterofEngineeringByRaoShuifaSupervisor:Prof.RongZhouMarch2016摘要电阻抗成像（ElectricalImpedanceTomography，EIT）是利用生物体内电阻率的分布实现目标成像的一种新型医学成像技术，在生物信息检测与成像方面具有广阔的应用前景。其基本原理是由于不同的

5、生物组织具有不同的阻抗特性，当生物体发生疾病或者进行生理活动时将导致其电阻抗发生改变。通过相应的电极系统对生物体注入激励电流信号，从电极上获得电压信号，采用特定的算法重建出反应生物体内部电特性的图形，可以获得组织或器官的结构和功能等相关信息。论文对电阻抗成像测试系统进行了优化设计，完成系统的构建并逐步实现系统所需要的各个功能模块。采用模块化的设计方法分别设计了：激励电流源模块、多路开关模块、数据采集模块、电极物理模型和处理器控制模块等。主要工作内容如下：（1）设计并实现了一种能同时兼容16和32电极的EIT系统，主要包括：高精度信号发生器、增强的Howland电流源、16通道和32通

6、道多路开关、前置滤波电路、高精度仪表放大器、可变增益放大电路、四阶带通滤波器、相敏解调电路、16位A/D转换电路和ARM处理器控制系统。其中，采用ARM处理器作为核心控制器，构建嵌入式电阻抗成像系统并编写相应的系统控制程序，使系统具有较高的性能和采集速度，同时也便于系统的扩展；在相敏解调电路中利用正弦波信号代替方波信号作为参考信号进行开关解调，具有较好的解调效果和更高的精度。（2）构建了电极系统结构参数可变的物理模型，以不锈钢鳄鱼夹连接不锈钢电极片，电极片固定于内壁，使电极便于拆卸和更换，有利于研究电极参数变化对测量数据和成像结果的影响，并搭建了16和32电极的物理模型作为实验检测对

7、象。（3）研究了EIT系统激励及测量模式，并对系统和每个模块的性能进行了测试。通过盐水槽实验，采集成像数据，并且测试了数据的稳定性、通道一致性和有效性。分别利用正则化高斯-牛顿算法和敏感矩阵算法实现了16电极和32电极物理模型的图像重建。实验结果表明该电阻抗成像测试系统具有较好的成像效果，分辨率高，能有效地实现对目标区域的定位和检测。关键词:电阻抗成像，物理模型，增强的Howland电流源，多路开关，相敏解调，ARM处理器，正则化高斯-牛顿算法，敏感矩阵算