本文關(guān)鍵詞：數(shù)字電極式電阻抗成像技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：電阻抗斷層成像(electrical impedance tomography, EIT)技術(shù)是近三十年發(fā)展起來的新型檢測成像技術(shù),與傳統(tǒng)的成像技術(shù)如如X-射線計算機斷層成像(X-ray computerized tomography, CT)和核磁共振成像(magnetic resonance imaging, MRI)相比,具有低成本、便于攜帶、無損傷、功能成像、醫(yī)學(xué)圖像監(jiān)護等優(yōu)點,是當(dāng)今生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的重要研究課題之一。其基本原理是利用不同組織、器官或同一組織、器官在不同生理、病理期的阻抗特性(電阻或電導(dǎo))不同,通過對其表面施加安全驅(qū)動電壓(電流),測得響應(yīng)電位信息,利用算法重建內(nèi)部電導(dǎo)率分布或其變化的圖像。本文構(gòu)建了以ATmega16單片機為控制核心,八個AD5933為數(shù)字電極,nRF24L01為無線通信模塊的數(shù)字式電阻抗測量系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用了將DDS、LPF、ADC、可增益放大器、DSP微處理器內(nèi)核等單元高度集成為一體的阻抗譜測量芯片AD5933,通過12C接口直接輸出各頻點下被測阻抗的實部與虛部信息,并對其外圍電路進行了擴展,克服了其激勵電壓為1.98V時,激勵與測量端存在的直流分量對未知阻抗的影響,克服了以往電阻抗測量系統(tǒng)由于包含了多個模塊使得測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、集成度低、抗干擾能力差等缺點,簡化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),提高了成像質(zhì)量。通常電極與測量系統(tǒng)間、測量系統(tǒng)與計算機間均采用有線電纜傳輸,使得測量精度受到影響、傳輸距離受到限制。為了消除該不良影響,本文設(shè)計了數(shù)字式電極,即將AD5933集成在電極上,縮短了交流弱信號的傳輸距離,消除了外界干擾,避免了波反射現(xiàn)象；輸出的數(shù)字信號采用無線通信,傳輸至計算機,不僅可以實現(xiàn)對未知阻抗進行阻抗測量還可利用高斯牛頓算法實現(xiàn)圖像重建。該系統(tǒng)具有集成度高、準(zhǔn)確度高、功耗低、成本低、無線傳輸、便于攜帶等優(yōu)點,具有廣泛的應(yīng)用前景。
【關(guān)鍵詞】：數(shù)字式電極 阻抗測量 電阻抗斷層成像 AD5933 無線通信
【學(xué)位授予單位】：天津科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TP391.41
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 1 前言8-15
• 1.1 電阻抗斷層成像技術(shù)的概述8-10
• 1.2 EIT技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展10-12
• 1.3 EIT技術(shù)的難點12-14
• 1.4 本論文的組織形式14-15
• 2 電阻抗成像理論基礎(chǔ)15-22
• 2.1 EIT技術(shù)基本原理15-16
• 2.2 EIT數(shù)學(xué)模型16-18
• 2.3 EIT的正問題18
• 2.4 EIT的逆問題18-19
• 2.5 圖像重建算法19-22
• 2.5.1 動態(tài)圖像重建算法20
• 2.5.2 靜態(tài)重建算法20-22
• 3 數(shù)字式生物電阻抗與電阻抗斷層成像測量系統(tǒng)22-48
• 3.1 硬件系統(tǒng)設(shè)計22-24
• 3.2 AD5933工作原理24-27
• 3.2.1 激勵信號產(chǎn)生模塊24-26
• 3.2.2 接收采樣模塊26-27
• 3.2.3 DFT模塊27
• 3.2.4 系統(tǒng)時鐘27
• 3.3 電極陣列27-30
• 3.3.1 環(huán)形電極陣列28
• 3.3.2 線電極與復(fù)合電極28-29
• 3.3.3 電極數(shù)的選擇29
• 3.3.4 激勵/測量模式29-30
• 3.4 基于AD5933的數(shù)字式電極30-34
• 3.4.1 電極工作模式31
• 3.4.2 隔直與緩沖電路31-33
• 3.4.3 反饋電阻的選擇33-34
• 3.4.4 晶振的選擇34
• 3.5 EIT無線測量系統(tǒng)34-40
• 3.5.1 控制器的選擇34-35
• 3.5.2 無線通信模塊35-38
• 3.5.3 電路板設(shè)計38-40
• 3.6 軟件設(shè)計40-48
• 3.6.1 AD5933軟件設(shè)計40-44
• 3.6.2 無線部分軟件設(shè)計44-46
• 3.6.3 整體軟件設(shè)計46-48
• 4 系統(tǒng)性能測試及物理實驗48-55
• 4.1 阻抗計算及標(biāo)定48-49
• 4.2 系統(tǒng)信噪比與系統(tǒng)精度的測試49-50
• 4.3 動物組織阻抗測量50-51
• 4.4 用實驗圓桶進行測試51-55
• 5 結(jié)論55-56
• 6 展望56-57
• 7 參考文獻57-64
• 8 論文發(fā)表情況64-65
• 9 致謝65

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