[發(fā)明專(zhuān)利]一種用于電阻抗成像的高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410260579.5
• 申請(qǐng)日: 2014-06-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104007322B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-05-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 史學(xué)濤;董秀珍;尤富生;季振宇;付峰;劉銳崗;徐燦華;楊濱;代萌;李靖
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍第四軍醫(yī)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01R27/14
• 分類(lèi)號(hào): G01R27/14
• 代理公司: 西安恒泰知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所61216
• 代理人: 李鄭建

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電阻抗成像技術(shù)領(lǐng)域，涉及電阻抗成像數(shù)據(jù)采集技術(shù)，特別是一種用于電阻抗成像的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)對(duì)激勵(lì)電流的反饋調(diào)控、電極接口的合理設(shè)計(jì)和被測(cè)阻抗信息的準(zhǔn)確解調(diào)，實(shí)現(xiàn)電阻抗信息的準(zhǔn)確采集，以滿足電阻抗成像要求。

背景技術(shù)

電阻抗成像技術(shù)基于不同的生物組織具有不同的電阻率特性、病理生理功能的改變也會(huì)顯著改變組織電阻抗特性這一特點(diǎn)，通過(guò)貼放在體表的電極依次向人體注入弱的、對(duì)人體完全無(wú)創(chuàng)的交流電流，并測(cè)量各相關(guān)電極對(duì)上的響應(yīng)電壓信號(hào)，再通過(guò)特定的圖像重構(gòu)算法構(gòu)建出能反應(yīng)目標(biāo)區(qū)域內(nèi)組織電阻率分布情況的圖像的新型醫(yī)學(xué)成像技術(shù)。由于活體組織的電阻率與組織的功能狀態(tài)密切相關(guān)，因而電阻抗成像技術(shù)具有功能成像優(yōu)勢(shì)，能夠?qū)崿F(xiàn)相關(guān)疾病的超早期檢測(cè)。加之成像過(guò)程中不需要使用射線、核素等對(duì)人體有害的媒介，具有無(wú)創(chuàng)、低成本等優(yōu)勢(shì)，能較好彌補(bǔ)現(xiàn)有醫(yī)學(xué)成像技術(shù)的不足，因而是當(dāng)前相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

在電阻抗成像過(guò)程中，由于電流在體內(nèi)的非線性分布特性，圖像重構(gòu)過(guò)程具有嚴(yán)重的病態(tài)性，測(cè)量數(shù)據(jù)的微小擾動(dòng)有可能導(dǎo)致較大的重構(gòu)誤差，因而要求數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有極高的測(cè)量精度。一般認(rèn)為，對(duì)于用于胸腹部成像的系統(tǒng)，其測(cè)量精度應(yīng)優(yōu)于0.1％，而對(duì)于用于腦部的系統(tǒng)，其測(cè)量精度應(yīng)優(yōu)于0.01％。在電阻抗成像常用的頻率范圍內(nèi)，如何達(dá)到如此高的測(cè)量精度是當(dāng)前電阻抗成像技術(shù)領(lǐng)域中的兩大關(guān)鍵難題之一。

電阻抗成像數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般主要由激勵(lì)源、電壓測(cè)量模塊和電極接口模塊等部分共同構(gòu)成。其中激勵(lì)源依據(jù)需要產(chǎn)生所需頻率與幅度的激勵(lì)電流信號(hào)，并通過(guò)接口模塊，依次選擇所需的激勵(lì)電極注入成像目標(biāo)內(nèi)；隨后電壓測(cè)量電路通過(guò)接口模塊依次測(cè)量各測(cè)量電極對(duì)上的響應(yīng)電壓差信號(hào)，并解調(diào)成相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，傳給上位機(jī)中的圖像重構(gòu)模塊進(jìn)行圖像重構(gòu)。在這一過(guò)程中，不僅激勵(lì)源與電壓測(cè)量模塊自身的性能會(huì)對(duì)系統(tǒng)的最終測(cè)量精度產(chǎn)生重要影響，電極接口模塊中的電子開(kāi)關(guān)、電極引線等關(guān)鍵部件也會(huì)對(duì)測(cè)量系統(tǒng)產(chǎn)生重要影響，處理不好會(huì)顯著降低系統(tǒng)的性能。

既往的研究表明，在激勵(lì)源和電壓測(cè)量模塊相對(duì)成熟的情況下，電極接口模塊中用于電子開(kāi)關(guān)的輸入/輸出端等效電容、電極導(dǎo)線的分布參數(shù)是引入外界干擾、分流激勵(lì)電流、改變目標(biāo)區(qū)域電流分布并加重非線性誤差，從而最終導(dǎo)致系統(tǒng)測(cè)量精度惡化的主要環(huán)節(jié)。如何降低這種影響是進(jìn)一步提高電阻抗成像系統(tǒng)研發(fā)中的關(guān)鍵問(wèn)題。為此，國(guó)外有研究采用有源電極技術(shù)建立并行化的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，在各電極上均直接集成上激勵(lì)源與電壓測(cè)量模塊的前端電路，以期減少電子開(kāi)關(guān)的使用，并消除電極導(dǎo)線的影響。但這種方法并不能完全避免電子開(kāi)關(guān)的使用，而且并行化的結(jié)構(gòu)不僅會(huì)導(dǎo)致成像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變得極為復(fù)雜，增加系統(tǒng)造價(jià)，還會(huì)因各通道間的一致性問(wèn)題引入新的誤差。電極導(dǎo)線的取消也會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)使用的便捷性大大降低，無(wú)法用于長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)動(dòng)態(tài)監(jiān)護(hù)等應(yīng)用場(chǎng)合。故而這種方法應(yīng)用較少，也未取得較好的結(jié)果。

針對(duì)分布參數(shù)的分流作用對(duì)激勵(lì)電流的影響問(wèn)題，有研究提出在電流源的輸出端并聯(lián)負(fù)阻抗發(fā)生器，用以生成與這些分布參數(shù)大小相等、方向相反的負(fù)阻抗負(fù)載，中和分布參數(shù)影響的解決思路，但由于負(fù)阻抗發(fā)生器一方面存在只能針對(duì)固定的頻率進(jìn)行中和，難以適應(yīng)寬頻系統(tǒng)使用要求的問(wèn)題，另一方面還存在著會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，易導(dǎo)致測(cè)量系統(tǒng)自激振蕩的問(wèn)題，因而尚未被廣泛接受。

因而圍繞電極接口環(huán)節(jié)對(duì)系統(tǒng)測(cè)量精度的影響，發(fā)明一種能夠有效改善接口模塊性能的系統(tǒng)化的綜合解決方案，從而顯著提高電阻抗信息采集的準(zhǔn)確性與可靠性，在電阻抗成像等相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域中有著重要的應(yīng)用價(jià)值，并將對(duì)電阻抗成像技術(shù)的進(jìn)一步研究與應(yīng)用產(chǎn)生積極的推進(jìn)作用。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有電阻抗成像技術(shù)對(duì)高精度電阻抗信息采集的需求，以及現(xiàn)有數(shù)據(jù)采集技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于，提供一種新的電阻抗成像數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)與方法，以達(dá)到對(duì)激勵(lì)電流的精準(zhǔn)控制和對(duì)外界干擾的有效抑制，從而進(jìn)一步提高電阻抗信息采集準(zhǔn)確性與可靠性。

為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案予以實(shí)現(xiàn)：

一種用于電阻抗成像的高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)的主要部件包括：

一系列粘貼于被測(cè)目標(biāo)表面的電極，用于采集目標(biāo)區(qū)域的電阻抗信息；

一個(gè)可編程電流源，用以產(chǎn)生所需頻率與幅度的激勵(lì)電流信號(hào)；

一個(gè)電極接口模塊，用于選擇激勵(lì)與測(cè)量電極；

一個(gè)電壓測(cè)量模塊，用于測(cè)量選定電極對(duì)間的響應(yīng)電壓差信號(hào)；

一個(gè)電流檢測(cè)模塊，用于檢測(cè)實(shí)際注入目標(biāo)區(qū)域的電流強(qiáng)度；