EIT成套系统不像现有的医疗成像器械——需要占据很大的空间,每次都需要推病人去固定放置器械的医疗地点,对及时救治有一定程度的延误性;EIT成套系统体积小,易于携带,成本低,可常备于急救车和急诊室内,并且由于文护资金相对较低,更有利于村镇医疗事业的推广和诊疗技术的提升。
综上,EIT技术具有如下的特点:成本低廉;便携性高;无创口;无辐射副作用;重复次数不设限;可对病理进行长期的监测;对一些组织病变初期的体征变化,如体液或气体的成分和含量,肺部气体交换,血液流向等具有敏锐性;这些是现有的成像技术所不能替代的,因此被肺部,肠胃,心脏,脑等各医学领域的专家学者在疾病普查预防等辅助诊断领域所看好。
与此同时,EIT技术,在管道工业,地球物理探测,流体混合过程的监测等领域也有良好的使用前景。
EIT目前技术有着成像速度慢,精度低,分辨力差的问题。
电激励时的电极数目决定了电响应的信息量,所以信息量的大小受到了电极数目制约。在此基础上,部分电极所获得的信息受接触阻抗影响,实际可用测量数将会大大较少;导致重构时的空间分辨率无法和CT相比拟。如若增加电极数目来增大信息量,会导致运算量随之增多,成像速度下降,并且电极个数也不可能盲目的无止境增加。
EIT技术有病态性--生物体中的敏感场传播的方向不是线性的,即“软场”效应,使得测量精度一直有限。目前的技术而言,生理性的阻抗变化最大程度上只能导致测量电压10%的变化,也就意系统对硬件精度要在0.1%左右[6];同时,生物阻抗的虚部和实部一样隐藏着丰富的生理,病理信息,但虚部信号约为实部信号的十分之一,检测系统中的各种噪声使得提取困难。可以通过增加激励源频率来增强虚部信号,但是对于相应的硬件电路要求MHz以上的激励源,对提取后的信息放大,解调,采样的设计增大了难度;大部分的EIT系统在讨论正,逆问题时,将实际情况中的三文条件简化为二文,这样的近似简化带来无法避免的模型误差。就整个EIT硬件系统而言,目前算法的处理速度和体积大小无法满足人们对于EIT系统能够便携的诉求。
如何满足人们对于EIT系统精度,分辨力还有快速成像的要求,是当今EIT系统推广于临床应用的障碍。
1.3论文的研究内容与结构
本论文主要研究EIT硬件系统的构成以及着重阐述了数字化正交解调方法的设计。基于FPGA平台进行模块设计,以获得稳定的含有非均匀采样技术的正交解调系统。
本论文主要构成如下:
第一章 绪论,主要描述了EIT技术的研究历程及现状,包括EIT应用领域的发展和现状,当前技术的研究分支,影响临床推广的三个难点。
第二章 电阻抗成像技术原理,主要论述了电阻抗成像的医学基础(三元件模型,Cole-Cole模型以及Schwan频散理论);陈述了电阻抗成像技术的数学物理基础,利用Maxwell方程建立数学模型;粗略阐述了正逆问题及其重构算法。
第三章EIT系统的构成,本章主要阐述了EIT硬件系统的设计,对各个模块(电极系统,恒流源,电极开关阵列,数据预处理模块以及控制模块和数据的传输)的硬件实现提供了思路。
第四章 正交解调方法的研究。阐述了正交解调的理论依据以及与传统解调之间的差异。构建DDS信号源来产生解调所需的同频正余弦信号,利用QuartusII软件,搭建了基于FPGA的数字正交解调模块。提出了适用于基于FPGA的正交解调技术的非均匀采样技术,在系统仿真中获得了被测信号的幅度和相位信息。
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