数字电极式电阻抗成像技术研究

发布时间：2017-06-27 11:02

  本文关键词：数字电极式电阻抗成像技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：电阻抗断层成像(electrical impedance tomography, EIT)技术是近三十年发展起来的新型检测成像技术,与传统的成像技术如如X-射线计算机断层成像(X-ray computerized tomography, CT)和核磁共振成像(magnetic resonance imaging, MRI)相比,具有低成本、便于携带、无损伤、功能成像、医学图像监护等优点,是当今生物医学工程学的重要研究课题之一。其基本原理是利用不同组织、器官或同一组织、器官在不同生理、病理期的阻抗特性(电阻或电导)不同,通过对其表面施加安全驱动电压(电流),测得响应电位信息,利用算法重建内部电导率分布或其变化的图像。本文构建了以ATmega16单片机为控制核心,八个AD5933为数字电极,nRF24L01为无线通信模块的数字式电阻抗测量系统。本系统采用了将DDS、LPF、ADC、可增益放大器、DSP微处理器内核等单元高度集成为一体的阻抗谱测量芯片AD5933,通过12C接口直接输出各频点下被测阻抗的实部与虚部信息,并对其外围电路进行了扩展,克服了其激励电压为1.98V时,激励与测量端存在的直流分量对未知阻抗的影响,克服了以往电阻抗测量系统由于包含了多个模块使得测量系统结构复杂、集成度低、抗干扰能力差等缺点,简化数据采集系统,提高了成像质量。通常电极与测量系统间、测量系统与计算机间均采用有线电缆传输,使得测量精度受到影响、传输距离受到限制。为了消除该不良影响,本文设计了数字式电极,即将AD5933集成在电极上,缩短了交流弱信号的传输距离,消除了外界干扰,避免了波反射现象；输出的数字信号采用无线通信,传输至计算机,不仅可以实现对未知阻抗进行阻抗测量还可利用高斯牛顿算法实现图像重建。该系统具有集成度高、准确度高、功耗低、成本低、无线传输、便于携带等优点,具有广泛的应用前景。
【关键词】：数字式电极 阻抗测量 电阻抗断层成像 AD5933 无线通信
【学位授予单位】：天津科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP391.41
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 1 前言8-15
• 1.1 电阻抗断层成像技术的概述8-10
• 1.2 EIT技术的国内外发展10-12
• 1.3 EIT技术的难点12-14
• 1.4 本论文的组织形式14-15
• 2 电阻抗成像理论基础15-22
• 2.1 EIT技术基本原理15-16
• 2.2 EIT数学模型16-18
• 2.3 EIT的正问题18
• 2.4 EIT的逆问题18-19
• 2.5 图像重建算法19-22
• 2.5.1 动态图像重建算法20
• 2.5.2 静态重建算法20-22
• 3 数字式生物电阻抗与电阻抗断层成像测量系统22-48
• 3.1 硬件系统设计22-24
• 3.2 AD5933工作原理24-27
• 3.2.1 激励信号产生模块24-26
• 3.2.2 接收采样模块26-27
• 3.2.3 DFT模块27
• 3.2.4 系统时钟27
• 3.3 电极阵列27-30
• 3.3.1 环形电极阵列28
• 3.3.2 线电极与复合电极28-29
• 3.3.3 电极数的选择29
• 3.3.4 激励/测量模式29-30
• 3.4 基于AD5933的数字式电极30-34
• 3.4.1 电极工作模式31
• 3.4.2 隔直与缓冲电路31-33
• 3.4.3 反馈电阻的选择33-34
• 3.4.4 晶振的选择34
• 3.5 EIT无线测量系统34-40
• 3.5.1 控制器的选择34-35
• 3.5.2 无线通信模块35-38
• 3.5.3 电路板设计38-40
• 3.6 软件设计40-48
• 3.6.1 AD5933软件设计40-44
• 3.6.2 无线部分软件设计44-46
• 3.6.3 整体软件设计46-48
• 4 系统性能测试及物理实验48-55
• 4.1 阻抗计算及标定48-49
• 4.2 系统信噪比与系统精度的测试49-50
• 4.3 动物组织阻抗测量50-51
• 4.4 用实验圆桶进行测试51-55
• 5 结论55-56
• 6 展望56-57
• 7 参考文献57-64
• 8 论文发表情况64-65
• 9 致谢65

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 倪英杰;赵建民;朱信忠;张倩;安羽;徐含;;基于激发荧光断层成像的多肿瘤重建[J];浙江师范大学学报(自然科学版);2014年03期

2 张辉;李颖;王西明;张小娣;;电阻抗断层成像的MPSO-MNR算法研究[J];计算机工程与应用;2013年09期

3 杨庆余;放射诊断学史上新的里程碑——电子计算机X射线断层成像(CT)[J];物理实验;2001年10期

4 Kodo KAWASE;Koji SUIZU;Takayuki SHIBUYA;;飞行时间太赫兹断层成像[J];生命科学仪器;2010年06期

5 宋小磊,白净;近红外荧光散射断层成像的研究进展[J];国外医学.生物医学工程分册;2005年02期

6 刘雯卿;陈春晓;吴佳妮;;定量评估磁共振成像辅助的扩散光学断层成像质量[J];光学学报;2011年07期

7 白廷柱;日本近红外光CT（近红外光断层成像装置）的研究[J];红外技术;1995年02期

8 曾绍群，骆清明，，徐海峰，刘贤德;近红外频域光学断层成像初探[J];量子电子学;1996年05期

9 龚杏,汪元美;微波断层成像全局优化重建方法[J];微波学报;2001年02期

10 刘锐岗;董秀珍;付峰;尤富生;史学涛;;一种电阻抗断层成像的图像后处理算法[J];医疗卫生装备;2006年08期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 刘锐岗;董秀珍;尤富生;付峰;史学涛;吴晓明;;多目标的静态阻抗断层成像[A];21世纪医学工程学术研讨会论文摘要汇编[C];2001年

2 秦明新;李世俊;董秀珍;尤富生;史学涛;付峰;;非接触磁感应脑电导率断层成像实验系统研究[A];全面建设小康社会：中国科技工作者的历史责任——中国科协2003年学术年会论文集（上）[C];2003年

3 何传红;何为;黄嵩;徐征;;开放式电阻抗断层成像原理及仿真研究[A];中国生物医学工程进展——2007中国生物医学工程联合学术年会论文集（下册）[C];2007年

4 刘亚楠;郭建中;;基于正则化方法的超声断层成像重建[A];2012'中国西部声学学术交流会论文集(Ⅱ)[C];2012年

5 朱平;;冷冻电镜及电子断层成像在艾滋病毒表面分子及其复合物三维结构分析中的应用[A];第十一次中国生物物理学术大会暨第九届全国会员代表大会摘要集[C];2009年

6 陈建功;孙黎明;;单光子发射计算机断层成像装置(SPECT)的断层成像分析与检测[A];华东华南计量学术交流研讨会论文集[C];2012年

7 于波;;光学干涉断层成像在冠心病介入诊断与治疗中的应用[A];宁夏心血管病学进展暨第二届心血管病介入治疗研讨会资料汇编[C];2005年

8 洪文学;宋佳霖;孟辉;徐永红;刘文远;王立强;;基于血清蛋白质组质谱数据断层成像原理癌症标志物模式构成研究[A];中国生物医学工程进展——2007中国生物医学工程联合学术年会论文集（下册）[C];2007年

9 王妍;沙洪;赵舒;任超世;;电阻抗断层成像电极数与激励模式对成像结果的影响[A];天津市生物医学工程学会2008年年会暨首届生物医学工程与临床论坛论文集[C];2008年

10 刘锐岗;杨超;吕朋;董秀珍;;磁感应断层成像中优化激励线圈参数的仿真研究[A];中国生物医学工程学会成立30周年纪念大会暨2010中国生物医学工程学会学术大会壁报展示论文[C];2010年

中国博士学位论文全文数据库 前8条

1 丁亮;金属边界条件下的微波断层成像研究[D];国防科学技术大学;2014年

2 张岐坦;基于压缩感知的生物发光断层成像重建方法研究[D];西安电子科技大学;2013年

3 易黄建;基于正则化的荧光分子断层成像重建方法研究[D];西安电子科技大学;2013年

4 杜强;扇形阵列式磁感应断层成像关键技术研究[D];沈阳工业大学;2013年

5 李莉;弹性波断层成像与CT结合力学性能分析检测立/原木内腐[D];东北林业大学;2011年

6 李韪韬;光学断层成像系统与组织热凝固监控的关键技术研究[D];南京航空航天大学;2008年

7 胡永忠;微波阵列天线成像处理中干扰抑制及快速成像方法的研究[D];电子科技大学;2010年

8 王嵩;PET/DOT混合成像关键技术研究[D];浙江大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 宁楠楠;自发荧光断层成像模态融合与光源定位算法研究[D];哈尔滨理工大学;2014年

2 谭思晴;静态数字乳腺断层成像系统结构设计与仿真研究[D];广东工业大学;2016年

3 高娜娜;数字电极式电阻抗成像技术研究[D];天津科技大学;2015年

4 张值豪;基于反向传播算法的超声断层成像重建方法研究[D];哈尔滨工业大学;2016年

5 杨伟;活体小动物体内三维生物发光断层成像的研究[D];南京航空航天大学;2012年

6 倪英杰;基于激发荧光断层成像的多肿瘤重建方法研究与实现[D];浙江师范大学;2014年

7 刘承安;磁感应断层成像方法与系统研究[D];东北大学;2013年

8 向海燕;感应电流电阻抗断层成像的数据采集技术[D];第四军医大学;2002年

9 宋光;高精度电阻抗断层成像硬件检测系统研究[D];北京协和医学院;2011年

10 尹福勇;均质材料的红外断层成像研究[D];南京理工大学;2011年

  本文关键词：数字电极式电阻抗成像技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：489505