[发明专利]一种用于生物电阻抗成像的激励电流源

说明书

本发明提供一种用于生物电阻抗成像的激励电流源，包括DDS模块、幅值控制模块、D/A转换模块、差分放大模块、低通滤波模块、电压控制电流源模块、通用阻抗转换模块，其中通用阻抗转换模块，包括多路模拟开关(16)和多路通用阻抗转换器，通过FPGA控制通断，选通与激励频率相匹配的通用阻抗转换器；各路通用阻抗转换器能够分别适用于0～100kHz，100～500kHz，500～800kHz，800kHz～1MHz四个频率范围，且每个频率范围具有不同的等效电感值。本发明可以提高提高电阻抗成像系统的成像精度。

技术领域

本发明属于电阻抗成像技术领域，涉及一种用于生物电阻抗成像的激励电流源。

背景技术

电阻抗成像技术(Electrical Impedance Tomography，EIT)是一种新型的无损伤成像检测技术，该技术具有功能成像，成本低廉，对人体无害等优点，因此在医学临床领域，具有广泛的应用前景。电阻抗成像技术是通过在人体表面放置阵列电极，施加电流激励信号，测试电压信号，从而可以提取人体生理、病态状态相关组织或器官的电特性。

为了减少人体内部阻抗变化以及皮肤接触阻抗对激励电流源的影响，这就要求所使用的激励电流源是恒流源，即要求激励电流源具有较高的输出阻抗，能够适应不同的负载变化。在目前的EIT系统中，其系统的工作带宽在10kHz～1MHz的频带范围内，即可获得1MHz以下的生物阻抗分布信息，但是生物体组织在高频时同样携带了更加丰富的阻抗信息，而且生物体组织的复阻抗虚部信息很微弱(大约是实部信息的十分之一)，不易提取，且随着频率的提高而增强，这就需要激励电流源能够实现更高的激励频率。但是由于频率的不断增加，激励电流源将会受到集成器件本身性能的限制以及寄生电容和杂散电容的影响，从而导致激励电流源的驱动能力和输出阻抗大幅度下降，这将会影响EIT系统的精度，影响我们获得准确的阻抗信息。因此，设计出更高输出阻抗的激励电流源以适应更高激励频率是提高EIT系统精度和稳定性的重要环节。

在目前的EIT系统中，很多种类的电流源已经得到使用，但是比较普遍的还是Howland电流源，这是因为Howland电流源只需要一个运算放大器和几个电阻组成，结构相对简单。但是由于Howland电路中同时存在正负反馈，在多频EIT系统将会导致不稳定，又由于Howland电流源电路只有一个运算放大器组成，输出阻抗很难达到很大。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于生物电阻抗成像的激励电流源，克服以往激励电流源输出阻抗低的问题，从而提高电阻抗成像系统的成像精度。本发明所采用的技术方案是，

一种用于生物电阻抗成像的激励电流源，包括DDS模块、幅值控制模块、D/A转换模块、差分放大模块、低通滤波模块、电压控制电流源模块、通用阻抗转换模块，其中，

所述的DDS模块，通过硬件语言在FPGA内部构造，产生的正弦数字信号输入到D/A转换模块的数据输入端；

所述的幅值控制模块，用于接收FPGA输出的数字量，为D/A转换模块提供参考电压，能够调节激励电流源的幅值，以满足EIT系统对安全电流的要求；

所述的D/A转换模块，能够将DDS模块输入的正弦数字信号转换为模拟差分电流信号IOUTA和IOUTB输入到差分放大模块；

所述的差分放大模块，用于将D/A转换模块输入的差分电流信号IOUTA和IOUTB转换为差分电压信号VOUTA和VOUTB，并通过运算放大器将差分电压信号VOUTA和VOUTB转换为单端电压信号VOUTA输入到低通滤波模块；

所述的低通滤波模块，由巴特沃兹二阶有源低通滤波器组成，滤去差分放大模块输入的高频噪声，并将滤波后的电压信号输入到电压控制电流源模块；

所述的电压控制电流源模块，用于将低通滤波模块输入的电压信号转换为电流信号I_o输出；