电阻抗成像技术在临床实时监测中的应用

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1、Jun.2005,Volume2,No.6(SerialNo.7)通讯和计算机JournalofCommunicationandComputer,ISSN1548-7709,USA电阻抗成像技术在临床实时监测中的应用12潘镝，田霞(1第四军医大学生物医学工程系，西安710032；2西安石油大学计算机学院，西安710065)摘要：本文介绍了一种可实时监测患者体腔内出血情况的成像系统。该系统利用血液与周围组织器官电导率的差异，采用16电极通过DSP的控制对人体施加电信号并测量相应的电压改变，从而获得患者体腔内空间电导率的变

2、化，进而利用图像重建算法获得体内出血情况的动态变化。本文着重介绍了该系统的组成原理及各个功能模块的硬件系统的实现，并且讨论了目前存在的技术问题和发展前景。关键词：电阻抗成像；DSP；图像重建；DDS难以准确把握，我们通过对病人体表电极施加电流1.引言并获得体内电阻率的变化，采用EIT技术实时获得[3]体内出血量及方位的变化，为进一步临床治疗提[1]电阻抗成像技术(EIT)是近年来发展起来的供可靠信息。一种新型算法，该方法利用人体内部各器官和组织该系统的实现分为硬件和软件两大部分。其中电导率的不同，通过对人体施加电信号并

3、采集测硬件部分完成数据测量及采集，主要包括：16电极量，获得人体内部电阻率分布，进而通过图像重建系统，DDS正弦信号发生器，压控电流源(VCCS)，算法对人体内功能成像。解调电路，DSP及A/D转换器及多路开关阵列等。虽然目前该方法相对于X射线、核磁共振及CT软件部分负责数据处理及图像重建，包括计算机系而言还存在成像分辨率较低、清晰度不高等缺点，但统软件和其它相关软件。系统工作时，首先在DSP是由于其具有结构简单、成本低廉、使用方便和对人控制下采用数字电子合成技术(DDS)获得所需的正体无辐射等优点，在临床监护、工业测

4、量等领域仍具弦信号，经过压控电流源(VCCS)转化为幅度稳定的[2]有广泛的应用价值。自1995年英国Sheffield大学电流，然后通过开关阵列的选择将电流输入指定电实现第一台EIT成像系统，电阻抗成像技术就引起极，并且同时测量其它电极电压的变化，之后通过了各个国家的广泛关注。电极采得的信号经过解调、放大和A/D转换后输入DSP进行预处理，由计算机利用重构算法成像，系2.系统设计思想及结构统框架如图1所示。由于临床内伤病人体内器官脏器出血情况不易掌握和观察困难，往往造成临床医生对患者治疗1潘镝（1983－），男，现为

5、第四军医大学生物医学工程系2001级学生；研究方向：数字图像处理，医疗仪器，电阻抗成像等。2田霞（1954－），女，西安石油大学计算机学院高级工程师；研究方向：信号处理与信息管理。44电阻抗成像技术在临床实时监测中的应用开关阵列放大器四通道四通道解调器A/D转换电极DSPPC系统多路开关VCCSDDS图1系统框架图R1R3R2-=0时，I0=-Vi。输出电3.系统主要功能模块的实现R1+R4R2+R3R3R5流的幅值与输入电压的幅值成正比，其幅值取决于3.1恒流电流源信号四个电阻R1,R2,R3,R4的匹配程度。出于人

6、体电测恒流电流源由正弦信号发生器和VCCS两部分量安全方面的考虑，输入人体的电流Ip-p一般不能构成。采用AnalogDevice公司的数字合成芯片超过5mA，所以在此我们取Ip-p为2mA。AD7008获得正弦信号，由DSP控制实现正弦波的3.2测量电极系统输出，其幅值、相位均可调节。出于人体电特性和用于人体测量的电极实际是起到完成人体和安全因素的考虑，该系统选择50KHz，幅值不超过[4]测量系统之间的界面作用。测量电极作为测量电5mA的交流正弦信号。路回路的一部分它的特性将直接影响到测量电路由DDS获得的正弦信号

7、经过压控电流转化为的精度、放大器的共模抑制比及频率失真等。一种所需的稳恒电流信号。VCCS电路由运算放大器构良好的电极应具备与皮肤接触阻抗小、利于注入电成，如图2所示：流和提取电压、无毒副作用等特点。由于Ag-AgCl电极只有低微的极化，所以在此选择Ag-AgCl电极作为输入电流和测量电压电极。电极测量系统由16个电极构成，通过DSP控制多路开关选择电极，以邻近驱动方式进行电流的注入和电压的测量。邻近驱动方式即通过多路开关选择位置相对的两个电极注入电流，取逆时针相邻于注入电流电极的一个电极作为电压参考电极，并在其余的电

8、极上测量电压。测完后，注入电极逆时针转入下一对电极，相应的电压参考电极也转到下图2VCC电路图一个。这样当注入电极完成一周，需测量假设运放工作在理想状态，则负载电流为：(16-3)*16=104次，这样一幅重建图像的数据采集R22ViR2+R3即完成。考虑到电极－皮肤阻抗对测量精度的影I0=R1R3R3R5响，我们采取了在电极后加