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

1、電阻抗斷層成像是一種新型醫(yī)學(xué)成像技術(shù)，其通過向人體注入安全激勵(lì)電流信號(hào)并測量相應(yīng)體表電壓信號(hào)及其變化，從而重構(gòu)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(jià)格低廉、可實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)成像的新型醫(yī)學(xué)成像手段，有望彌補(bǔ)臨床監(jiān)護(hù)領(lǐng)域中動(dòng)態(tài)變化疾病監(jiān)測的空白。
　　第四軍醫(yī)大學(xué)研究小組在從事多年 EIT領(lǐng)域研究的基礎(chǔ)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(hù)檢測研究。相關(guān)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(xué)支持。但隨著監(jiān)護(hù)研究工作的深入，新的臨床應(yīng)用需求對(duì) EIT系統(tǒng)提出了更高的要求：一方面，為了進(jìn)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(chǔ)上采集更高頻率的阻抗信息；另一方面，在長時(shí)間連續(xù)圖像監(jiān)護(hù)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(dǎo)致通信異常，影響監(jiān)護(hù)進(jìn)程，因而需在原有系統(tǒng)基礎(chǔ)上開展進(jìn)一步的改進(jìn)工作。針對(duì)以上問題，本文研究改進(jìn)工作主要包含以下兩個(gè)方

3、面：
　?。?）基于鏡像回路的EIT高性能激勵(lì)源的研究
　　激勵(lì)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(lì)源采用了由高精度電流反饋放大器構(gòu)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(lì)源放大器帶寬有限，激勵(lì)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(lì)源存在高頻時(shí)輸出精度不足的問題。
　　針對(duì)目前系統(tǒng)激勵(lì)源存在的問題，本文在原

4、激勵(lì)源電路基礎(chǔ)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(lì)源。為了驗(yàn)證該設(shè)計(jì)的可靠性，本文利用軟件進(jìn)行了仿真對(duì)比測試。在證明電路設(shè)計(jì)有效的基礎(chǔ)上，本文對(duì)激勵(lì)源進(jìn)行了電路實(shí)測分析，并與其他激勵(lì)源進(jìn)行了對(duì)比研究。結(jié)果表明，本文所設(shè)計(jì)的電流源輸出阻抗在激勵(lì)頻率為500kHz時(shí)可達(dá)600kΩ，-3dB帶寬達(dá)700kHz，其構(gòu)成的EIT激勵(lì)測量模塊共模抑制比可達(dá)83dB以上。因此，該激勵(lì)源在寬頻帶內(nèi)具有優(yōu)良的輸出精度和穩(wěn)定性，能夠?yàn)镋IT數(shù)

5、據(jù)采集系統(tǒng)提供高品質(zhì)的激勵(lì)信號(hào)。
　　（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(diǎn)。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(diǎn)，因此本研究小組在臨床監(jiān)護(hù)過程中存在通信不穩(wěn)定的現(xiàn)實(shí)問題。針對(duì)現(xiàn)有數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)存在的不足，本文搭建了以數(shù)字信號(hào)處理芯片為核心的數(shù)據(jù)傳輸模塊，實(shí)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(guān)性能測試表明，所設(shè)計(jì)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(dāng)前EIT開展臨床圖像監(jiān)護(hù)檢測和其他相關(guān)研究的需求。
　　綜上所述，本文研究設(shè)計(jì)了一種基于鏡像回路的EIT高性能激勵(lì)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(píng)估結(jié)果表明，本文所設(shè)計(jì)的激勵(lì)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