[发明专利]一种用于生物电阻抗成像的数据采集装置

说明书

一种用于生物电阻抗成像的数据采集装置，包括控制单元，控制单元与信号发生器并行相连，信号发生器与压控电流源电路相连；压控电流源电路与多路开关相连；多路开关与电极阵列以及信号调理模块相连；电压经信号调理模块送入DSP模块；DSP模块包括模数转换器和数字解调；DSP模块与上位机相连；控制单元将数据发送给DSP模块；压控电流源通过多路开关将激励电流注入到电极阵列，多路开关采集电极阵列上的电压；电压经信号调理模块后送入DSP模块；DSP模块对电压信号进行模数转换后进行数字解调，将数据发送至上位机用于图像重构；提高了数据处理速度，可有效提高生物电阻抗数据采集的速度和精度，保证了图像重构的质量。

技术领域

本发明属于生物医学电阻抗成像技术领域，具体涉及一种用于生物电阻抗成像的数据采集装置。

背景技术

生物电阻抗成像(Electrical Impedance Tomography，EIT)是医学影像(MedicalImaging)技术的一个新方向，EIT是以生物体组织或器官的阻抗分布为成像目标，提取与生理和病理相关的生物医学信息，具有无侵入、无创、无辐射、成本低廉等优势。同时，EIT技术最大的优势在于功能性成像，可以在疾病的早期或者病变之前对其进行监测和检查。正因如此，自EIT技术问世以来就引起了国内外科研人员极大的兴趣和广泛的关注。目前，国内在EIT技术领域仍处于实验室研究阶段，主要的医疗设备依然依赖于进口。

EIT技术利用生物组织、器官及细胞等在安全电流激励下，其阻抗会发生变化这一特性，通过电极阵列向生物体施加一定频率的安全电流，测得目标区域的边界电压，通过相应的图像重构算法得到生物体的阻抗分布，并用于医学研究。由于生物体结构本身的复杂性以及十分微弱的电信号对测量装置的稳定性和精度提出了更高的要求。在EIT系统中，激励信号频率通常为10KHz～1MHz甚至更高，一方面要求信号源具有较高的输出频率和频率调节的特点，另一方面要求系统具有较高的响应速度和数据处理能力。因此，设计出一种具有高精度、高稳定性和快速数据数理能力的数据采集装置对EIT技术具有重要的意义。

在EIT系统中，压控电流源(VCCS)普遍采用的是Howland电流源电路，由于该电路中同时存在正负反馈，当电流源为多频时将导致电路不稳定，并且随着信号源频率的增加，电路将受到集成器件本身的限制和杂散电容的影响。信号解调时常采用的方法是模拟解调，一方面模拟电路在调试时难度大，电路也将变得复杂；另一边面，模拟解调会受到信号源频率的限制，影响数据处理速度和精度。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高精度、高稳定性和快速响应的用于生物电阻抗成像的数据采集装置，该装置采用了基于DDS技术的信号发生器，具有幅值、频率可调，输出精度高(频率精度1μHz)的特点；应用第二代电流反馈放大器AD844设计VCCS，解决以往信号源输出不稳定的问题。使用DSP芯片TMS320F28335进行数字解调，提高数据处理速度和解调精度。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：用于生物电阻抗成像的数据采集装置，包括控制单元，控制单元与信号发生器通过并行的方式相连，控制单元通过串口将数据发送给DSP模块；信号发生器与压控电流源电路相连；压控电流源电路与多路开关相连；多路开关与电极阵列以及信号调理模块相连；电压经信号调理模块送入DSP模块；DSP模块包括模数转换和数字解调；DSP模块与上位机相连；

所述的DSP模块主要完成对被测信号的模数转换与数字调解；

所述的控制单元采用ARM单片机。

所述的信号发生器采用DDS信号发生器，其包括ARM单片机，ARM单片机的通用输入输出口GPIOC和GPIOA分别与DDS芯片的数据和地址端口相连；DDS芯片通过低通滤波器与功率放大器相连，功率放大器进行正弦输出；ARM单片机的通用输入输出口GPIOD和GPIOE与TFT液晶屏和按键相连；ARM单片机的通用输入输出口GPIOD与旋转编码器相连；ARM单片机通过串口将数据发送给DSP模块的数字信号处理器。