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便携式三维电阻抗成像系统设计 便携式三维电阻抗成像系统设计 何为，冉鹏，徐征，李冰 （重庆大学电气工程学院 输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室. 重庆 400030 ） 摘要：乳腺癌是妇女常见的疾病，电阻抗成像（EIT ）作 为一种功能医学影像技术，可以反映组织功能的变化， 2 系统设计 并具有无创、便携和检查费用低廉等特点。鉴于以上优 2.1 系统原理框图及简介 势，本文着眼于开发一种体积小，功耗低，高速，频带 宽，具有扫频和混频两种激励方式的电阻抗成像系统， 应用于乳腺疾病的早期筛查。该系统采用 8×8 电极阵列 成像，通过不同电流激励模式的区别比较，最终采用了 恒流源辅助背电极的方式。考虑到乳腺组织的电特性， 笔者的设计输入阻抗高，数据采集灵活，抗干扰能力强。 该系统采用高性能 FPAG ，使得激励源控制，数字频率合 成，信号预处理，高速相敏检波，快速傅立叶变换解调 测量信号等功能集成在单一的芯片中，减小了系统的复 杂性，提高了其可靠性和可移植性。 图1. 64 电极开放式EIT 成像系统原理框图 关键词：电阻抗成像，开放式 EIT ，便携，混频 为了满足上述特点，笔者选用了 Altera 的 1 引言 Stratix II 系列 FPGA （EP2S60F484 ）作为处理器， 该芯片功耗低、速度快（高达 550 MHz 的内部时 电阻抗成像能够检测出器官的功能性改变， 钟频率）。电流源的正弦激励波形由 FPGA 产生， 被认为是乳腺癌的早期筛查的有效手段[1]。由于 并由 14 位 DAC （AD2904 ，TI ），最大工作频率 患者乳房的生理结构特征各异，传统的封闭式 125MHz，转换为模拟信号并放大，经由加法电 EIT 系统很难满足于不同形状和位置的病灶检 路成为混频电压信号，并用于电压控制电流源模 测。开放式 EIT 得益于其检查便利，只需将测量 块。该模块与输出阻抗的测量和补偿电路配合， 探头放置于被测对象上，避免了粘贴电极的麻 以确保系统的精度。 烦，被医生和患者广泛接受。 在信号测量端，是由 max4051 建立的模拟开 已有报道的开放式 EIT 系统有，以色列的 关阵列，地间电容 2pF ，通道串扰小于 90 dB 。由 TS2000 系统[2][3]，俄罗斯的MEIK®系统[4]，伦 电流源产生的信号经过注入电极阵列选通后注 斯勒理工学院的 ACT-4 系统[5]，以上系统经评估 入被测目标，响应电压进入高速模数转换器后量 可用于临床，但受限于系统带宽，处理速度，系 化为数字信号，所得到的数字信号就包含了被测 统体积等因素，还不能够应用于便携的检测方 目标的内部电阻抗信息，再将该数字信号通过数 式。此外，探测深度，系统输出阻抗，系统抗干 字相敏检波(DPSD)和快速傅里叶变换(FFT)调解 扰能力等问题都有待改善。这里笔者介绍了一 出其幅值以及相位，以此信息进行图像重构。 种，多频，便携，能灵活用于临床的开放式 EIT 该系统可以使用医用电源或者电池供电，通 系统，它具备采样速度快，精度高，安全性能好 过USB 或Wifi 的方式PC 机或者笔记本电脑进行 等特点，并能够在目前二维成像的