[发明专利]基于参考测量的多频电阻抗层析成像系统

说明书

本发明涉及一种基于参考测量的多频电阻抗层析成像系统，包括激励电流源、参考电阻及测量选择模块、数据采集及处理模块，参考电阻及测量选择模块包含一个精密定值电阻和一个多路选择开关，用于将测量正负端按要求连于参考电阻两端或负载两端，定值电阻和负载串联，参考电阻和负载的两端均连在多路选择开关的选择输入端，FPGA给定测量端则信号，指示将参考电阻的两端或负载的两端与多路选择开关的输出端相连，进而交替实现参考测量与负载测量。

技术领域

本发明属于电学层析成像技术领域，涉及一种基于参考测量的多频电阻抗层析成像系统。

背景技术

电学层析成像技术(Electrical Tomography，ET)是自上世纪80年代后期出现的一种新的基于电特性敏感机理的过程层析成像技术，它的物理基础是不同的媒质具有不同的电特性(电导率/介电系数/复导纳/磁导率)，通过判断敏感场内物体的电特性分布便可推知该场中媒质的分布情况。电学层析成像技术主要包括电阻层析成像(ElectricalResistance Tomography,ERT)、电容层析成像(ElectricalCapacitance Tomography,ECT)、电阻抗层析成像(Electrical Impedance Tomography,EIT)和电磁层析成像(Electrical MagneticTomography,EMT)。电学层析成像在多相流及生物医学领域有广泛的应用前景，可以实现长期、持续监测。

多频电阻抗层析成像技术是一种新型的无损伤成像检测技术，该技术具有功能成像，成本低廉，对人体无害等优点，因此在医学临床领域具有广泛的应用前景。该技术通过在人体表面放置阵列电极，施加电流激励信号，测试电压信号，从而可以提取人体生理、病态组织或器官的电特性。由于有效信号的幅值较小且易受干扰，高性能的多频电阻抗层析成像系统要求电流源具有较高的输出阻抗，且输出频率和幅值能根据对象的不同灵活调整。信号采集端要求具有可编程增益放大器，可对测得的信号进行线性处理使其处于ADC芯片的敏感区间内。

生物组织随激励频率变化而产生的电学特性变化主要体现在介电常数上。当激励电流通过非纯阻性负载后，会引起电压的相位变化，这部分相位信息是负载介电常数信息的重要体现。当下多频EIT系统对相位信息的处理主要分为两种：一种是不考虑相位信息，只采集较易获得的幅值信息，例如David Holder等人在2006年发表于《生理测量》(Physiological Measurement)第27卷，S199-S210页，题为《用于急性中风成像的便携式多频EIT系统的设计与校准》(Design and calibration of a compact multi-frequencyEIT system for acute stroke imaging)的文章以及David Holder等人在2007年发表于《生理测量》(Physiological Measurement)第28卷，S197-S215页，题为《多频EIT仪器误差评论》(A review of errors in multi-frequency EIT instrumentation)的综述文章；另一种是根据激励频率通过计算标定相位信息，例如Daniel Teichmann等人在2016年发表于《传感器》(Sensors)第16卷，第8期，第1158页，题为《基于FPGA的同时多频电阻抗层析成像系统的首次设计》(System description and first application of an FPGA-basedsimultaneous multi-frequency electrical impedance tomography)的文章。第一种方法放弃了重要的相位信息，在生物阻抗信息的采集中是不可取的。第二种方法只适用于标定ADC、DAC、滤波器等产生的相移，对于其他如杂散电容引入的相移并不适用。

发明内容