应用于肺部EIT系统的激励电流源设计.pdf

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1、应用于肺部EIT系统的激励电流源设计侯海岭。等应用于肺部EIT系统的激励电流源设计DesignoftheExcitationCurrentSourceAppliedinPulmonaryEITSystem债洛跨1，2互亿祥2酚晓墨1(天津科技大学电子信息与自动化学院1，天津300222；天津大学电气工程与自动化学院2，天津300072)摘要：针对医学EIT系统的激励电流源需具备输出阻抗高、相移小等要求，设计并实现了一种基于FPGA的激励信号源。通过采用泰勒级数修正的DDSIP核，提高了正弦信号的输出分辨率和无杂散动态

2、范围(SFDR)。基于第二代电流传输器AD844设计的电压控制电流源增加了直流反馈单元和输入缓冲，具有输出阻抗高、相移小以及线性度好等特点。试验证明．该电流源基本满足了肺部EIT系统在10kHz～1MHz扫频范围内对激励信号源的要求。关键词：电阻抗成像泰勒级数插值FPGADDSDAC中图分类号：TH778文献标志码：AAbstract：Inaccordancewiththerequirementsofhighoutputimpedanceandsmallphaseshift，etc．，forexcitationcur

3、rentsourceappliedinmedicalEITsystem，theexcitationsignalsourcebasedonFPGAhasbeendesignedandimplemented．ThroughadoptingtheDDSIPcorecorrectedbyTaylorseries，theresolutionofoutputfrequencyofsinusoidalsignalandspurious—freedynamicrange(SFDR)ayeenhanced．ThroughaddingD

4、Cfeedbackunitandinputbuffering。thevoltagecontrolledcurrentsourcedesignedbasedonthesecondgenerationcurrentconveyorCCIIAD844featureshighoutputimpedance。smallphaseshiftandgoodlinearity．TheexperimentsverifythatthiscurrentSOLirCebasicallymeetstherequirementsofexcita

5、tionsignalsourceofpulmonaryEITsystemwithin10kHz～lMHzsweepfrequencyrange．Keywords：ElectricalimpedancetomographyTaylorseriesinterpolationFieldprogrammablegatearray(FPGA)Directdigitalsynthesizer(DDS)Digitaltoanalogconverter(DAC)0引言医学电阻抗成像(electricalimpedancetomogr

6、aphy，EIT)技术是一种无损伤的探测技术，可对患者进行连续长期的医学监护。Brown等人于1985年首次介绍了EIT的医学应用前景。并提出将EIT应用于肺部通气过程图像监测⋯。根据生物组织Cole—Cole等效电路模型[2]，组织的P一口复阻抗表示为Z=R。+j等。医学研究表明，该复l十Ljan-J阻抗的实部和虚部均蕴含着丰富的生理和病理信息。然而，虚部信息较实部信息微弱。目前，EIT系统的激励信号源激励频率一般为10kHz～lMHz的扫频信号。扫频信号一般为电流激励(其安全电流小于5mA[31)，并采用相邻电流

7、激励、相邻电压测量的“四电极法”模式，可有效消除电极与皮肤之间的接触阻抗对测量的影响。国家自然科学重点基金资助项目(编号：50937005)；天津市科委自然科学基金资助项目(编号：12JCYBJCl9300)。修改稿收到日期：2013一04—20。第一作者侯海岭(1976一)，男，现为天津大学控制科学与工程专业在读博士研究生：主要研究方向为生物电阻抗成像技术。《自动化仪表》第35卷第1期2014年1月显然．高品质的电流源是EIT系统的重要环节，其输入电压与输出电流之间应具有良好的线性关系，且产生较少相移。通常采用双运

8、放电压控制电流源难以消除直流信号，这将导致在生物体内产生极化现象；如果在电流输出端串接隔直电容．不仅会引起饱和，而且在扫频范围内将产生较大的相移H1。本设计以AnalogDevices公司生产的电流反馈放大器AD844为核心，构建电流源电路。1硬件电路构成系统的结构框图如图1所示。系统采用FPGA为控制核心，利用其自带的直接数字合成器(dire