[发明专利]一种动态细胞阻抗成像装置

权利要求书

1.一种动态细胞阻抗成像装置，其特征在于，包括动态阻抗成像传感器、阻抗检测及流速测量模块及电阻抗层析成像仪；

所述的动态阻抗成像传感器，包括按液体流动方向依次排列的两个环形电信号接收器和环形16通道成像传感器；其中每个环形电信号接收器都有两个电极嵌入试验管的管壁，环形16通道成像传感器有16个电极嵌入试验管的管壁；

阻抗检测及流速测量模块由正交激励产生模块、两个高精度混频器、两个低通滤波器、四个ADC、FPGA计算控制模块、两个DAC、基准电压、两个比较器、两个电流放大器和三个放大器共同组成；

含有异常颗粒的液体流过动态阻抗成像传感器中的第一个环形电信号接收器时，阻抗检测及流速测量模块对异常颗粒进行检测会产生一个脉冲信号P₁；同理，经过第二个环形电信号接收器时，产生第二个脉冲信号P₂；

具体过程如下：

正交激励产生模块分别产生正交激励信号I和Q，其中，正交激励信号Q输入一个放大器放大后，得到激励信号Vo分别加入到两个环形电信号接收器的同一侧电极上，两个环形电信号接收器的另一侧电极分别各自接入一个电流放大器；

每个电流放大器的输出信号分别各经过一个放大器放大后，与正交激励信号I和Q在高精度混频器中进行混频，并使用低通滤波器对混频结果进行低通滤波，ADC对低通滤波器的输出模拟信号进行采集后送入FPGA计算控制模块，计算获取两个环形电信号接收器各自的阻抗幅度信息；

FPGA计算控制模块通过两个DAC将阻抗幅度信息以模拟电压的形式输出，判断两个环形电信号接收器的阻抗是否发生变化，如果没有发生变化，则两个DAC的输出为一直流电平；否则，当有流动液体通过两个环形电信号接收器，则会导致阻抗增加或者减少，相应的会使阻抗幅度信息减少或增加；此时，两个DAC会产生负向或者正向脉冲；通过使用基准电压和两个比较器将DAC产生的脉冲信号整形为LVCOMS脉冲信号P₁和P₂；

同时，根据脉冲信号P₁和P₂计算异常颗粒的流速信息v：v＝L₁/t₁；利用所述的异常颗粒的流速信息v进行图像的校正；

L₁为两个环形电信号接收器之间的距离；t₁为阻抗检测及流速测量模块产生两个脉冲信号P₁和P₂的时间差；

当阻抗检测及流速测量模块检测到含有异常颗粒的液体抵达环形16通道成像传感器时，将脉冲信号P₁和P₂一起传输给电阻抗层析成像仪中的FPGA计算和控制模块；FPGA计算和控制模块通过DAC和恒流源产生正弦激励电流，经过模拟开关阵列注入环形16通道成像传感器中；脉冲信号P₂作为触发信号启动电阻抗层析成像仪，电阻抗层析成像仪利用正弦激励电流采用相邻激励相邻测量的原则，得到电压数据V完成对传感器区域物体的反演成像，最后，成像结果在LCD液晶中显示；

反演成像具体过程为：

首先，正弦激励电流注入环形16通道成像传感器的电极m和m+1(m＜15)，其余电极进行同步测量；每一次注入和同步测量消耗的时间为T₁，则完成一帧图像需要的时间为T＝13T₁，同步测量得到的电压数据为V；

电阻抗层析成像仪的FPGA计算和控制模块将采集的电压V送入ARM处理器中，完成对环形16通道成像传感器区域中物体的反演成像；

反演成像计算公式如下：

σ为阻抗的估计值，迭代完成后变为为环形16通道成像传感器的圆柱状腔室三维灵敏度矩阵沿着Z轴取平均后，得到的二维灵敏度矩阵，公式为：J(x,y,z)为环形16通道成像传感器的圆柱状腔室的三维灵敏度矩阵。

2.如权利要求1所述的一种动态细胞阻抗成像装置，其特征在于，所述的每个环形电信号接收器的两个电极之间的阻抗为Z_x，则输入电流放大器的电流为：两个电流放大器输出为：

R₁为电流放大器的取样电阻值。

3.如权利要求1所述的一种动态细胞阻抗成像装置，其特征在于，所述的电阻抗层析成像仪的FPGA计算和控制模块，将采集的电压V通过USB driver送入PC中，完成对传感器区域物体的反演成像和图形显示。