[发明专利]一种用于电阻抗成像的高精度数据采集系统

说明书

技术领域

本发明属于电阻抗成像技术领域，涉及电阻抗成像数据采集技术，特别是一种用于电阻抗成像的数据采集系统。该系统通过对激励电流的反馈调控、电极接口的合理设计和被测阻抗信息的准确解调，实现电阻抗信息的准确采集，以满足电阻抗成像要求。

背景技术

电阻抗成像技术基于不同的生物组织具有不同的电阻率特性、病理生理功能的改变也会显著改变组织电阻抗特性这一特点，通过贴放在体表的电极依次向人体注入弱的、对人体完全无创的交流电流，并测量各相关电极对上的响应电压信号，再通过特定的图像重构算法构建出能反应目标区域内组织电阻率分布情况的图像的新型医学成像技术。由于活体组织的电阻率与组织的功能状态密切相关，因而电阻抗成像技术具有功能成像优势，能够实现相关疾病的超早期检测。加之成像过程中不需要使用射线、核素等对人体有害的媒介，具有无创、低成本等优势，能较好弥补现有医学成像技术的不足，因而是当前相关领域的研究热点。

在电阻抗成像过程中，由于电流在体内的非线性分布特性，图像重构过程具有严重的病态性，测量数据的微小扰动有可能导致较大的重构误差，因而要求数据采集系统具有极高的测量精度。一般认为，对于用于胸腹部成像的系统，其测量精度应优于0.1％，而对于用于脑部的系统，其测量精度应优于0.01％。在电阻抗成像常用的频率范围内，如何达到如此高的测量精度是当前电阻抗成像技术领域中的两大关键难题之一。

电阻抗成像数据采集系统一般主要由激励源、电压测量模块和电极接口模块等部分共同构成。其中激励源依据需要产生所需频率与幅度的激励电流信号，并通过接口模块，依次选择所需的激励电极注入成像目标内；随后电压测量电路通过接口模块依次测量各测量电极对上的响应电压差信号，并解调成相应的数字信号，传给上位机中的图像重构模块进行图像重构。在这一过程中，不仅激励源与电压测量模块自身的性能会对系统的最终测量精度产生重要影响，电极接口模块中的电子开关、电极引线等关键部件也会对测量系统产生重要影响，处理不好会显著降低系统的性能。

既往的研究表明，在激励源和电压测量模块相对成熟的情况下，电极接口模块中用于电子开关的输入/输出端等效电容、电极导线的分布参数是引入外界干扰、分流激励电流、改变目标区域电流分布并加重非线性误差，从而最终导致系统测量精度恶化的主要环节。如何降低这种影响是进一步提高电阻抗成像系统研发中的关键问题。为此，国外有研究采用有源电极技术建立并行化的数据采集系统，在各电极上均直接集成上激励源与电压测量模块的前端电路，以期减少电子开关的使用，并消除电极导线的影响。但这种方法并不能完全避免电子开关的使用，而且并行化的结构不仅会导致成像系统结构变得极为复杂，增加系统造价，还会因各通道间的一致性问题引入新的误差。电极导线的取消也会导致系统使用的便捷性大大降低，无法用于长时间的连续动态监护等应用场合。故而这种方法应用较少，也未取得较好的结果。

针对分布参数的分流作用对激励电流的影响问题，有研究提出在电流源的输出端并联负阻抗发生器，用以生成与这些分布参数大小相等、方向相反的负阻抗负载，中和分布参数影响的解决思路，但由于负阻抗发生器一方面存在只能针对固定的频率进行中和，难以适应宽频系统使用要求的问题，另一方面还存在着会严重影响系统的稳定性，易导致测量系统自激振荡的问题，因而尚未被广泛接受。

因而围绕电极接口环节对系统测量精度的影响，发明一种能够有效改善接口模块性能的系统化的综合解决方案，从而显著提高电阻抗信息采集的准确性与可靠性，在电阻抗成像等相关技术领域中有着重要的应用价值，并将对电阻抗成像技术的进一步研究与应用产生积极的推进作用。

发明内容

针对现有电阻抗成像技术对高精度电阻抗信息采集的需求，以及现有数据采集技术中存在的问题，本发明的目的在于，提供一种新的电阻抗成像数据采集系统的实现技术与方法，以达到对激励电流的精准控制和对外界干扰的有效抑制，从而进一步提高电阻抗信息采集准确性与可靠性。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案予以实现：

一种用于电阻抗成像的高精度数据采集系统，其特征在于，该系统的主要部件包括：

一系列粘贴于被测目标表面的电极，用于采集目标区域的电阻抗信息；

一个可编程电流源，用以产生所需频率与幅度的激励电流信号；

一个电极接口模块，用于选择激励与测量电极；

一个电压测量模块，用于测量选定电极对间的响应电压差信号；

一个电流检测模块，用于检测实际注入目标区域的电流强度；