高精度电阻抗断层成像硬件检测系统研究

论文摘要

电阻抗断层成像（Electrical Impedance Tomography, EIT）是继形态、结构成像之后的新一代医学成像技术,具有功能成像、无损伤和医学图像监护三大突出优势。人体的生理和病理状况,通过组织电特性的表达,与发生在分子与细胞层次的生物学变化相联系。依据人体组织的电阻抗特性,给出发生在细胞层次的早期或前瞻性结果,是EIT技术的重要任务。本论文在分析研究国内外EIT发展动态和EIT检测数理模型的基础上,以医学EIT检测实用化为目标,完成了一套高精度EIT硬件检测系统的设计,编写了系统的固件程序,进行了多模式检测的仿真实验,并在盐水槽实验中得到了初步的成像结果。主要工作如下：1.设计了一套16电极、高精度的EIT硬件检测系统,主要包括：恒流激励源模块、激励测量选通模块、盐水槽电极阵列模块、检测电压信号调理模块、上位机通讯模块,以及控制电路的固件程序设计,其中A/D采样的分辨率达到24位。2.对整个系统各个模块的功能和性能及通道一致性进行了测试,结果显示,硬件系统运行正常,满足预期设计要求。3.应用Tikhonov-Noser组合正则化算法,分别在相邻模式、相间模式（三、六）和相对模式下得到了单个目标和多目标的仿真成像,比较了不同检测模式对系统成像的影响。同时,在盐水槽模型实验下,得到了初步的成像结果,验证了成像系统的可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 电阻抗成像研究的意义
• 1.2 国内外EIT研究进展
• 1.3 电阻抗断层成像技术的研究方向
• 1.4 本论文的研究内容与论文组织
• 第二章 医学EIT的数学物理基础
• 2.1 EIT检测数理模型
• 2.2 生物组织的电阻抗特性
• 2.2.1 三元件模型
• 2.2.2 Cole-Cole模型
• 2.2.3 频散理论
• 2.3 医学EIT图像重建
• 2.3.1 EIT正问题
• 2.3.2 EIT逆问题
• 第三章 高精度EIT硬件检测系统
• 3.1 系统的总体结构设计
• 3.2 高精度EIT检测系统的模块设计
• 3.2.1 控制电路模块
• 3.2.2 恒流源设计与优化
• 3.2.3 激励测量选通设计
• 3.2.4 电极阵列
• 3.2.5 信号调理与高精度的A/D采样
• 3.2.6 数据通讯模块
• 3.3 系统的核心电路与固件设计
• 3.3.1 EIT系统的核心电路
• 3.3.2 系统固件设计
• 3.4 本章小结
• 第四章 系统性能评价与实验研究
• 4.1 通道一致性测试
• 4.2 多模式测量的仿真成像
• 4.2.1 Tikhonov-Noser组合正则化算法
• 4.2.2 系统成像的仿真实验
• 4.2.3 成像质量的统计学评价
• 4.2.4 仿真结果讨论
• 4.3 盐水槽实验成像
• 4.3.1 单个目标的成像实验
• 4.3.2 多个目标的成像实验
• 4.3.3 成像结果讨论
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 综述
• 参考文献