2 便携式三维电阻抗成像系统设计

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1、便携式三维电阻抗成像系统设计便携式三维电阻抗成像系统设计何为，冉鹏，徐征，李冰（重庆大学电气工程学院输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室.重庆400030）摘要：乳腺癌是妇女常见的疾病，电阻抗成像（EIT）作为一种功能医学影像技术，可以反映组织功能的变化，2系统设计并具有无创、便携和检查费用低廉等特点。鉴于以上优2.1系统原理框图及简介势，本文着眼于开发一种体积小，功耗低，高速，频带宽，具有扫频和混频两种激励方式的电阻抗成像系统，应用于乳腺疾病的早期筛查。该系统采用8×8电极阵列成像，通过不同电流激励模式的区别比较，最终采用了恒流源辅助背电极的方式

2、。考虑到乳腺组织的电特性，笔者的设计输入阻抗高，数据采集灵活，抗干扰能力强。该系统采用高性能FPAG，使得激励源控制，数字频率合成，信号预处理，高速相敏检波，快速傅立叶变换解调测量信号等功能集成在单一的芯片中，减小了系统的复杂性，提高了其可靠性和可移植性。图1.64电极开放式EIT成像系统原理框图关键词：电阻抗成像，开放式EIT，便携，混频为了满足上述特点，笔者选用了Altera的1引言StratixII系列FPGA（EP2S60F484）作为处理器，该芯片功耗低、速度快（高达550MHz的内部时电阻抗成像能够检测出器官的功能性改变，钟频率）。电流源的正

3、弦激励波形由FPGA产生，被认为是乳腺癌的早期筛查的有效手段[1]。由于并由14位DAC（AD2904，TI），最大工作频率患者乳房的生理结构特征各异，传统的封闭式125MHz，转换为模拟信号并放大，经由加法电EIT系统很难满足于不同形状和位置的病灶检路成为混频电压信号，并用于电压控制电流源模测。开放式EIT得益于其检查便利，只需将测量块。该模块与输出阻抗的测量和补偿电路配合，探头放置于被测对象上，避免了粘贴电极的麻以确保系统的精度。烦，被医生和患者广泛接受。在信号测量端，是由max4051建立的模拟开已有报道的开放式EIT系统有，以色列的关阵列，地间电

4、容2pF，通道串扰小于90dB。由TS2000系统[2][3]，俄罗斯的MEIK®系统[4]，伦电流源产生的信号经过注入电极阵列选通后注斯勒理工学院的ACT-4系统[5]，以上系统经评估入被测目标，响应电压进入高速模数转换器后量可用于临床，但受限于系统带宽，处理速度，系化为数字信号，所得到的数字信号就包含了被测统体积等因素，还不能够应用于便携的检测方目标的内部电阻抗信息，再将该数字信号通过数式。此外，探测深度，系统输出阻抗，系统抗干字相敏检波(DPSD)和快速傅里叶变换(FFT)调解扰能力等问题都有待改善。这里笔者介绍了一出其幅值以及相位，以此信息进行图

5、像重构。种，多频，便携，能灵活用于临床的开放式EIT该系统可以使用医用电源或者电池供电，通系统，它具备采样速度快，精度高，安全性能好过USB或Wifi的方式PC机或者笔记本电脑进行等特点，并能够在目前二维成像的基础上实现三通讯，也可将数据存于内部存储器，使之应用于维重构，从而进行病灶的位置，体积分析。社区医院或流动体检站进行疾病筛查成为可能。7重庆市电机工程学会2012年学术会议论文(a)系统测量方式(b)检测区域(c)电极排列示意图(d)系统实物(e)背电极图2.开放式电阻抗成像与三维电阻抗成像模型2.2系统使用器，笔者设计了具有更灵活，稳定性更高的混

6、合该系统使用时将测量探头压在乳房上，如图频率恒流源触发电路，该电路由FPGA直接数字2（a）所示，为使人体内的电流分布更均匀、探频率合成，电压控制增益放大器和电压控制电流测深度更深，在被测者背部贴一个背电极。电流源组成，具有低噪声，高输出阻抗，能产生由64个电极依次注入，背电极流出，每次激励1kHz~1MHz单一频率或双频混合正弦波的特点。时测量另外63个电极对背电极的电压，一次测量可以得到64×63=4032次独立测量数据，极大增加了测量数据量。虽然对电阻抗成像系统的电极分布结构已有不少研究，但是其设计和相关参数的选择仍处于试验阶段，由于电极位置及注入

7、方式对EIT的影响非常复杂[6]。考虑该系统在乳腺疾病检测中图3混合频率激励源框图的应用，综合被测对象形状和信息量需求，笔者选取了镀金的铜合金电极，其接触电阻只有0.3m不同于传统的数字频率生成技术，本系统将Ω。由64个间距为8mm方形8*8电极阵列构成相位积累和查表功能被集成在FPGA中，可设置如图2（c）所示形状，并配以一个复合电极盘，满量程输出电流(从1mA到10mA)。在混频模式如图2（e）所示，测量时激励电流由中间圆盘注下，两个频率在FPGA中事先合成，再由DAC入，而电压测试使用环形部分，以降低接触阻抗转换为模拟信号，如图3所示。这种设计保证

8、了对系统测量的影响。频率选择的灵活性，稳定性，简化了硬件设计，并降低了整体功耗。