多频医学电阻抗成像数据采集电路的设计

发布时间：2017-12-16 07:24

  本文关键词：多频医学电阻抗成像数据采集电路的设计

  更多相关文章： 电阻抗成像 数据采集硬件电路 信号调理模块 模拟多路开关 数字相敏解调 模数转换

【摘要】：电阻抗成像(Electrical Impedance Tomography,EIT)是近40年发展起来的一种新型医学成像技术。该技术以人体内电阻抗的分布或变化为成像目标,通过电极向人体施加安全的激励电流,测量人体表面的感应电压信号,利用软件算法重构出人体内部的阻抗分布,从而用于疾病的检测和临床监护。电阻抗成像技术具有无创、快速、便捷、安全、廉价等优势,适合对病人进行长期、连续的临床监护,具有重要的潜在价值和广泛的应用前景。本论文主要对EIT数据采集系统硬件电路进行研究,设计了一套基于FPGA控制的多频电阻抗成像数据采集硬件电路,该电路能够在1KHz~1MHz激励频率下,实现16电极系统的数据采集,仿真和硬件电路测试表明所设计的数据采集电路具有优良的性能。本论文设计的主要硬件电路包括电阻抗成像数据采集系统前端并行信号缓冲放大模块、模拟多路开关模块、数字相敏解调模块、模数转换模块。在前端并行信号缓冲放大模块中,选取了AD8065作为电压跟随放大器,AD8250和AD8253作为两级PGA放大电路,以实现信号的缓冲和灵活的动态范围调整;将电极、缓冲电路、放大电路集合在一起,尽可能近地贴近人体表面,提高了数据采集系统的共模抑制能力和信号传输质量。模拟多路开关模块通过建立电路模型,对模拟多路开关进行了细致地仿真和实际电路测试,经过性能比较,选取ADG1206作为激励电极切换用模拟开关,选取ADG1406作为测量电极切换用模拟开关。在相敏解调模块的设计中,重点分析了数字相敏解调的解调过程和实现方法,采用Matlab对数字相敏解调进行仿真,研究采样点数对解调精度的影响,为后期模数转换器的选择提供参考和依据。设计了以LTC1420为模数转换器的电压测量和电流测量模数转换模块,采用74AC16373作为数据缓存模块,对转换后的数据进行缓存和控制,实现有序的数据存储和传输。通过软件仿真和实际电路测试发现:所设计的信号调理模块能够在1KHz~1MHz频率范围内实现良好的信号缓冲滤波差分放大作用,动态范围调整倍数在1MHz时能够达到460倍,差分放大后的信号能够满足ADC输入范围要求;所选择的模拟多路开关在高频阶段的分布参数对信号的影响较小,能够实现基本无损耗的电流和电压传输;数字相敏解调能够得到准确的信号幅值和相位信息,解调精度高,但是需要前端ADC具有至少12位精度,8倍信号频率以上采样率;因此选取了具有12位精度,10MSPS采样率的LTC1420作为模数转换器,用于实现电压和电流模块的模数转换,同时通过74AC16373对数据进行缓存和传输控制。本文设计的硬件电路能够用于宽频带、多激励的电阻抗数据采集系统,系统可以根据电极数目进行灵活地配置,通过改变信号调理模块的数量和模拟多路开关的通道数,即可实现任意电极的数据采集,具有良好的实验与开发价值。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：R319;TP274.2

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本文编号：1295179