電阻抗成像數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)激勵源與數(shù)據(jù)傳輸關鍵技術的研究.pdf

1、電阻抗斷層成像是一種新型醫(yī)學成像技術，其通過向人體注入安全激勵電流信號并測量相應體表電壓信號及其變化，從而重構人體局部斷面電阻率二維空間分布圖像。作為一種無創(chuàng)傷、價格低廉、可實時動態(tài)成像的新型醫(yī)學成像手段，有望彌補臨床監(jiān)護領域中動態(tài)變化疾病監(jiān)測的空白。
　　第四軍醫(yī)大學研究小組在從事多年 EIT領域研究的基礎上，研制了一套高精度EIT數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并在國際上率先開展了EIT臨床圖像監(jiān)護檢測研究。相關研究表明，該系統(tǒng)能夠有效監(jiān)測體內(nèi)

2、電阻率的變化情況，為臨床診斷提供了有力的影像學支持。但隨著監(jiān)護研究工作的深入，新的臨床應用需求對 EIT系統(tǒng)提出了更高的要求：一方面，為了進行EIT快速檢測研究從而更好地區(qū)分不同組織，需在原有帶寬基礎上采集更高頻率的阻抗信息；另一方面，在長時間連續(xù)圖像監(jiān)護過程中，原有基于USB協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸方式常因臨床的環(huán)境電磁干擾而導致通信異常，影響監(jiān)護進程，因而需在原有系統(tǒng)基礎上開展進一步的改進工作。針對以上問題，本文研究改進工作主要包含以下兩個方

3、面：
　　（1）基于鏡像回路的EIT高性能激勵源的研究
　　激勵源作為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)輸入端的核心部分，其在有效頻帶內(nèi)的輸出精度直接影響著EIT系統(tǒng)的成像質(zhì)量。目前系統(tǒng)激勵源采用了由高精度電流反饋放大器構成的電壓控制電流源，在一定頻率范圍內(nèi)取得了較好的電流輸出精度。但由于激勵源放大器帶寬有限，激勵源的輸出阻抗和共模抑制比隨著頻率升高而下降，使得激勵源存在高頻時輸出精度不足的問題。
　　針對目前系統(tǒng)激勵源存在的問題，本文在原

4、激勵源電路基礎上提出了一種新型的單端電壓輸入且具有鏡像回路的激勵源。為了驗證該設計的可靠性，本文利用軟件進行了仿真對比測試。在證明電路設計有效的基礎上，本文對激勵源進行了電路實測分析，并與其他激勵源進行了對比研究。結果表明，本文所設計的電流源輸出阻抗在激勵頻率為500kHz時可達600kΩ，-3dB帶寬達700kHz，其構成的EIT激勵測量模塊共模抑制比可達83dB以上。因此，該激勵源在寬頻帶內(nèi)具有優(yōu)良的輸出精度和穩(wěn)定性，能夠為EIT數(shù)

5、據(jù)采集系統(tǒng)提供高品質(zhì)的激勵信號。
　　（2）基于以太網(wǎng)傳輸協(xié)議的EIT數(shù)據(jù)傳輸模塊的研究
　　數(shù)據(jù)傳輸模塊作為EIT系統(tǒng)軟件與硬件的交互部分，要求其具有高速度高穩(wěn)定性的特點。目前系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸模塊所采用的USB接口自身存在抗電磁干擾能力較差的缺點，因此本研究小組在臨床監(jiān)護過程中存在通信不穩(wěn)定的現(xiàn)實問題。針對現(xiàn)有數(shù)據(jù)傳輸技術存在的不足，本文搭建了以數(shù)字信號處理芯片為核心的數(shù)據(jù)傳輸模塊，實現(xiàn)了一套基于以太網(wǎng)傳輸協(xié)議的EIT數(shù)據(jù)采集

6、系統(tǒng)。系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸相關性能測試表明，所設計的傳輸模塊具有9.5Mbps的帶寬、良好的穩(wěn)定性和抗環(huán)境電磁干擾能力，完全能夠勝任當前EIT開展臨床圖像監(jiān)護檢測和其他相關研究的需求。
　　綜上所述，本文研究設計了一種基于鏡像回路的EIT高性能激勵源，開發(fā)了基于以太網(wǎng)傳輸協(xié)議的EIT數(shù)據(jù)傳輸模塊，并搭建了一套基于以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)腅IT數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。測試評估結果表明，本文所設計的激勵源和數(shù)據(jù)傳輸模塊大大提高了EIT數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性