[发明专利]一种高精度多频率分布式医用电阻抗成像测量系统及方法

说明书

本发明涉及一种高精度多频率分布式医用电阻抗成像测量系统及方法，所述系统包括一个主控板和至少三个前端测量采集板，主控板分别连接上位机和前端测量采集板，前端测量采集板与电极连接，主控板包括第一通信模块、激励信号产生模块、第二通信模块、第一握手信号模块、同步信号产生模块和主控芯片，主控芯片配置激励信号产生模块，控制同步信号产生模块产生时钟同步信号，并通过第二通信模块和第一握手信号模块与前端测量采集板通信；前端测量采集板包括：激励开关选择模块、数据采集模块、第三通信模块、第二握手信号模块、测量控制器和接口模块。与现有技术相比，本发明具有实现多个频率下电阻抗信息的快速准确采集、安全隔离等优点。

技术领域

本发明涉及电阻抗测量技术领域，尤其是涉及一种高精度多频率分布式医用电阻抗成像测量系统及方法。

背景技术

电阻抗成像技术是一种非侵入测量被测对象内部电导率分布的测量技术，它通过贴在被测对象表面的电极对注入电流激励信号、采集电压响应信号，通过求解电磁场逆问题可以重建被测对象内部的电导率分布，并以图像显示，为使用者提供直观的检测信息，结果可靠。电导率的分布与被测对象的生理状态和健康状况有关且灵敏度高，该技术具有非侵入、无辐射、低成本、速度快的优点，因而适宜用于长期的床边观测，研究该技术对于解决某些疾病的长期床边监测具有重要意义。比如在机械式人工呼吸过程中，肺内通气情况的不均匀性将会影响肺部的电阻抗分布。通过对被测对象胸腔表面施加安全电流、测量电压，可以获得胸腔的电阻抗分布，并进而获得肺通气均匀性的相关信息，避免由于通气不均匀导致部分肺泡不参与呼吸作用而产生肺泡不可逆死亡的发生。医学电阻抗成像技术在医学治疗辅助、健康检测等方面均有潜在的应用价值。

由于电阻抗成像技术的图像重建是一个病态电磁场逆问题，边界测量信号的微小扰动会造成内部电导率分布重建结果的巨大变化，因此电阻抗成像技术的研究难点之一是如何获得准确可靠的测量信号。一个基本的医用电阻抗成像测量系统包括激励源、多路开关、信号调理电路和数据采集处理电路几个部分。其中，激励源产生激励信号，多路开关选择激励电极以施加激励电流，信号调理电路将微弱的测量信号放大，数据采集处理电路将模拟信号转换为数字信号，解调后用于后续成像。

通常，电极与激励源之间采用长度1米左右的同轴电缆连接，同轴电缆的寄生电容加上多路模拟开关的导通电阻和寄生电容会导致激励信号衰减和相移，使高频时激励电流和测量电压与真实值差别大、电阻抗测量不准确，重建图像不准确。长传输线的配置对传输线的屏蔽效果也有更高要求。一些电阻抗成像系统中采用单端激励源的配置存在高的共模信号，需要高共模抑制比电路以取得高的测量精度。另外，电阻抗成像测量系统的集成度越高，系统硬件升级成本也更大。因此一种能够克服上述问题的医用电阻抗成像测量系统的设计研发具有重要意义。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高精度多频率分布式医用电阻抗成像测量系统，该系统通过灵活的平行分布式结构、可扩展的接口设计、安全的隔离保护、灵活的解调方式，可以实现电阻抗信息的准确采集，并能方便地升级测量系统及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种高精度多频率分布式医用电阻抗成像测量系统，分别连接上位机和电极，包括一个主控板和至少三个前端测量采集板，所述主控板分别连接上位机和前端测量采集板，所述前端测量采集板与电极连接，所述主控板包括：

第一通信模块，用于与上位机通信；

激励信号产生模块，用于产生差分激励信号并输出至前端测量采集板；

第二通信模块，用于与前端测量采集板通信；

第一握手信号模块，用于获取前端测量采集板的工作状态，当握手信号显示本组数据采集完成时，准备输出下一组时钟同步信号；

同步信号产生模块，用于产生时钟同步信号并输出至前端测量采集板；