EIT乳腺检测硬件系统研究

论文摘要

电阻抗断层成像技术(Electrical Impedance Tomography:EIT)是当今生物医学工程学重大研究课题之一,具有功能成像,无损伤和医学图像监护三大突出优势。本文在全面分析、研究了国内外乳腺EIT检测技术发展动态和存在问题的基础上,针对乳腺EIT检测系统实用化应用技术进行研究。根据乳腺检测的特点提出将多模式检测系统与一体化设计相结合,使乳腺EIT临床应用研究奠定基础。论文完成的主要工作如下:以机械开关和模拟开关相结合为特色,设计并实现了高精度的多模式16电极EIT硬件系统,其中包括:控制及采样电路,恒流源,激励测量选通,电极阵列,模拟信号处理,USB通讯等的设计和实现。系统具有使用灵活,扩展性强的特点,可方便地在相邻激励,相间激励和相对激励模式间转换,提高了电极阵列连接和转换的可靠性。初步实验结果表明,系统满足预期设计要求。将软件工程学的设计思路和方法应用到硬件系统的固件程序设计中,使程序开发更加规范和标准化,设计实现了多模式固件系统平台,该平台具有很好的扩展性。采用FEMLAB软件对多模式检测方式进行了仿真实验,并结合图像处理评价函数对成像结果进行评价,研究检测模式变化对成像结果的影响规律。最后针对临床乳腺EIT检测应用研究提出了进一步的工作建议。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
• 1.1 研究背景
• 1.2 生物电阻抗乳腺检测技术
• 1.3 本文主要工作与结构
• 2 乳腺电阻抗检测理论基础与发展概述
• 2.1 乳腺与乳腺癌
• 2.1.1 乳腺结构与生理
• 2.1.2 乳腺癌的形成
• 2.2 生物组织电特性
• 2.2.1 三元件组织模型
• 2.2.2 cole-cole模型
• 2.2.3 生物阻抗频散理论
• 2.3 乳腺电阻抗检测方法
• 2.3.1 简单的电阻抗测量
• 2.3.2 电阻抗分布测量
• 2.3.3 电阻抗断层成像
• 3 EIT检测系统
• 3.1 EIT硬件检测系统
• 3.2 图像重建算法
• 4 EIT乳腺检测硬件系统
• 4.1 一体化硬件系统设计
• 4.2 多模式EIT检测硬件系统
• 4.2.1 控制及A/D采样
• 4.2.2 恒流源设计
• 4.2.3 激励测量选通设计
• 4.2.4 电极阵列
• 4.2.5 模拟信号处理设计
• 4.2.6 USB通讯
• 4.2.7 系统工作测试
• 5 系统固件设计
• 5.1 系统固件设计方法
• 5.2 固件程序设计
• 5.2.1 主程序设计
• 5.2.2 指令模式部分设计
• 5.2.3 功能模块库
• 5.3 固件运行测试
• 6 乳腺EIT检测激励模式仿真
• 6.1 有限元分析软件FEMLAB简介
• 6.2 激励模式与仿真模型的建立
• 6.3 仿真结果
• 6.3.1 深度1仿真成像结果
• 6.3.2 深度2仿真成像结果
• 6.3.3 深度3仿真成像结果
• 6.4 评价参数设定
• 6.4.1 图像清晰度
• 6.4.2 归一化失真度
• 6.5 仿真结果讨论
• 7 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表论文、申请专利以及参加的科研项目
• 综述