[发明专利]一种基于FPGA的便携式电阻抗成像系统及其工作方法

说明书

本发明公开了一种基于FPGA的便携式电阻抗成像系统及其工作方法，主要根据不同生物组织或相同生物组织处于不同生理状态时所具有的电导率不同的特性进行成像，反应组织内部电导率分布信息。本发明采用基于ZYNQ系列的FPGA芯片的Red pitaya开发板套件作为核心，嵌入式主控中运行Red pitaya OS，板载无线/有线网络模块、DDS信号发生器、信号调理模块、运放和滤波电路以及数据采集电路，再搭配压控恒流源、基于C51的可变通道数量的模拟多路复用器、电极传感器作为外围测量设备组成。使用PC端STEM lab开发环境、Matlab软件实现高精度、信息化、智能化生物组织信息检测。在充分考虑EMC等问题，本发明提出一种高成像质量、高准确率、便携式的解决方案。

技术领域：

本发明涉及一种便携式生物组织电阻抗成像系统及其工作方法，特别设计一种基于FPGA的便携式电阻抗成像系统。

背景技术：

电阻抗成像(EIT)包括电容成像(ECT)和电阻成像(ERT)的一种过程成像，其中ECT广泛应用于工业领域，尤其是对于多相流的检测，而ERT则面向生物医疗领域，尤其是各种肿瘤检查。该测量方法为非侵入式检查，检查过程为：在生物组织周围分布式布置电极传感器，注入安全的正弦恒流激励信号，激励信号在经过生物组织后会产生电场，而不同生物组织或相同生物组织处于不同生理状态时所具有电导率不同的特性使得内部电场会产生变化。再通过高速电压信号采集装置获取该电场信息，通过一定的图像重构算法重构组织内部的电导率分布图像，从而判断出生物组织内部是否病变以及病变的位置。

目前市场上的电阻抗测量设备大多体积大，设备的操作复杂，成本高，不具备便携性，且在测量过程中面对不同的测量对象只能使用固定电极数量的传感器，而不同的测量对象传感器的设计是有较大差别的。传统的EIT设备难以适应不同的使用场合，灵活性较差，不利于提高成像精度。针对以上情况提出本发明以促进智能化医疗设备的发展。

发明内容：

本发明是为了解决上述现有技术存在的问题而提供一种基于FPGA的便携式电阻抗成像系统及其工作方法，具有集成化、信息化、智能化、灵活且便携的特点。

本发明采用如下技术方案：一种基于FPGA的便携式电阻抗成像系统，包括硬件部分和软件部分，所述硬件部分包括依次连接的PC机、Red pitaya开发板、压控恒流源模块、模拟多路复用器模块以及电极传感器阵列，所述软件部分包括Red pitaya OS系统、PC操作系统、STEM lab、以及MATLAB软件之间的通信与数据传输；

所述PC机通过Red pitaya开发板板载网卡与开发板主控芯片FPGA进行通信，所述PC机作为上位机发出指令并运行Matlab软件对采集到的数据进行处理与完成图像重构，FPGA作为开发板主控芯片，内嵌Cortex-A9的ARM处理器，运行Red pitaya OS系统，板载外设分为DAC电路、IO扩展接口以及ADC电路，所述DAC电路包括10位125Mhz的高速DAC，以及相应的滤波、放大电路，用以产生激励正弦电压信号；IO扩展接口用于将FPGA5与多路复用器模块模块相连接；ADC电路包括10位125Mhz的高速ADC，以及相应的滤波、放大电路，用以采集电压信号并上传FPGA。

进一步地，所述Red pitaya OS系统作为主控。

进一步地，利用Red pitaya开发板板载10位125Mhz高速DAC生成正弦波信号用于激励。

进一步地，利用Red pitaya开发板板载10位125Mhz高速ADC采集信号。

进一步地，Red pitaya开发板与PC机通过有线/无线网络互联。

进一步地，使用STEM lab软件实现开发板FPGA与PC机进行通讯。

进一步地，使用Matlab软件实现数据处理与EIT层析成像。