电阻抗成像数据采集系统激励源与数据传输关键技术的研究

发布时间：2017-08-07 01:12

  本文关键词：电阻抗成像数据采集系统激励源与数据传输关键技术的研究

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【摘要】：电阻抗断层成像是一种新型医学成像技术,其通过向人体注入安全激励电流信号并测量相应体表电压信号及其变化,从而重构人体局部断面电阻率二维空间分布图像。作为一种无创伤、价格低廉、可实时动态成像的新型医学成像手段,有望弥补临床监护领域中动态变化疾病监测的空白。第四军医大学研究小组在从事多年EIT领域研究的基础上,研制了一套高精度EIT数据采集系统,并在国际上率先开展了EIT临床图像监护检测研究。相关研究表明,该系统能够有效监测体内电阻率的变化情况,为临床诊断提供了有力的影像学支持。但随着监护研究工作的深入,新的临床应用需求对EIT系统提出了更高的要求:一方面,为了进行EIT快速检测研究从而更好地区分不同组织,需在原有带宽基础上采集更高频率的阻抗信息;另一方面,在长时间连续图像监护过程中,原有基于USB协议的数据传输方式常因临床的环境电磁干扰而导致通信异常,影响监护进程,因而需在原有系统基础上开展进一步的改进工作。针对以上问题,本文研究改进工作主要包含以下两个方面:(1)基于镜像回路的EIT高性能激励源的研究激励源作为数据采集系统输入端的核心部分,其在有效频带内的输出精度直接影响着EIT系统的成像质量。目前系统激励源采用了由高精度电流反馈放大器构成的电压控制电流源,在一定频率范围内取得了较好的电流输出精度。但由于激励源放大器带宽有限,激励源的输出阻抗和共模抑制比随着频率升高而下降,使得激励源存在高频时输出精度不足的问题。针对目前系统激励源存在的问题,本文在原激励源电路基础上提出了一种新型的单端电压输入且具有镜像回路的激励源。为了验证该设计的可靠性,本文利用软件进行了仿真对比测试。在证明电路设计有效的基础上,本文对激励源进行了电路实测分析,并与其他激励源进行了对比研究。结果表明,本文所设计的电流源输出阻抗在激励频率为500k Hz时可达600kΩ,-3d B带宽达700k Hz,其构成的EIT激励测量模块共模抑制比可达83d B以上。因此,该激励源在宽频带内具有优良的输出精度和稳定性,能够为EIT数据采集系统提供高品质的激励信号。(2)基于以太网传输协议的EIT数据传输模块的研究数据传输模块作为EIT系统软件与硬件的交互部分,要求其具有高速度高稳定性的特点。目前系统数据传输模块所采用的USB接口自身存在抗电磁干扰能力较差的缺点,因此本研究小组在临床监护过程中存在通信不稳定的现实问题。针对现有数据传输技术存在的不足,本文搭建了以数字信号处理芯片为核心的数据传输模块,实现了一套基于以太网传输协议的EIT数据采集系统。系统数据传输相关性能测试表明,所设计的传输模块具有9.5Mbps的带宽、良好的稳定性和抗环境电磁干扰能力,完全能够胜任当前EIT开展临床图像监护检测和其他相关研究的需求。综上所述,本文研究设计了一种基于镜像回路的EIT高性能激励源,开发了基于以太网传输协议的EIT数据传输模块,并搭建了一套基于以太网数据传输的EIT数据采集系统。测试评估结果表明,本文所设计的激励源和数据传输模块大大提高了EIT数据采集系统的性能和稳定性。本文所做的研究工作将有利于进一步推进EIT技术的临床监护应用。
【关键词】：电阻抗断层成像 数据采集系统 电压控制电流源 镜像回路 以太网传输
【学位授予单位】：第四军医大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R319;TP274.2
【目录】：

• 缩略语表5-6
• 中文摘要6-8
• ABSTRACT8-11
• 前言11-12
• 文献回顾12-24
• 1 电阻抗成像技术概述12-13
• 2 EIT数据采集系统概述13-21
• 3 课题研究目标21-22
• 4 本文的主要研究工作22-24
• 第一部分 基于镜像回路的EIT高性能激励源的研究24-40
• 1 引言24-25
• 2 镜像回路激励源的设计25-28
• 2.1 镜像回路激励源设计思路25-26
• 2.2 镜像回路激励源电路实现26-28
• 3 激励源特性分析28-38
• 3.1 激励源仿真测试28-32
• 3.2 激励源电路实测32-38
• 4 小结38-40
• 第二部分 基于以太网传输协议的EIT数据传输模块的研究40-73
• 1 引言40-41
• 2 基于DSP的以太网数据传输方案41-43
• 2.1 以太网简介41
• 2.2 系统方案选择41-43
• 3 以太网数据传输模块的硬件设计43-53
• 3.1 数字信号处理器TMS320VC5402设计43-47
• 3.2 以太网控制器RTL8019AS设计47-50
• 3.3 可编程逻辑器件CPLD设计50-53
• 4 以太网数据传输模块的软件设计53-66
• 4.1 数据传输流程设计53-55
• 4.2 CCS软件开发环境55
• 4.3 DSP程序设计55-66
• 5 适于以太网数据传输的EIT软件平台设计66-69
• 5.1 软件平台设计思路66-67
• 5.2 软件平台的具体实现67-69
• 6 以太网数据传输性能测试69-72
• 6.1 传输负载能力测试70-71
• 6.2 抗环境电磁干扰能力测试71-72
• 7 小结72-73
• 总结和展望73-74
• 参考文献74-78
• 个人简历和研究成果78-79
• 致谢79

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 李刚;王化祥;魏娟;;医学电阻抗成像系统[J];电子测量技术;2002年04期

2 ;Electrical bioimpedance gastric motility measurement based on an electrical-mechanical composite mechanism[J];World Journal of Gastroenterology;2012年25期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 张帅;基于DSP控制的多频电阻抗断层成像硬件系统研究[D];河北工业大学;2005年

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本文编号：632221