128电极电阻抗断层成像数据采集系统设计

以实现旋转电极法电阻抗断层成像数据采集自动化为目的,设计开发了一种基于NIOS Ⅱ处理器、拥有128个电极的旋转电极法电阻抗断层成像数据采集系统.进行了数据采集实验,在PC机上获得了采集结果,验证了系统的可靠性.     

高精度电阻抗断层成像数据采集系统

针对电阻抗断层成像技术对电阻抗信号采集精度的要求,建立了一个高精度的数据采集系统.该系统主要由一个基于数字合成技术的可编程激励电流源和一个基于正交序列数字解调法的边界电压采集模块共同构成.系统可以在1～190 kHz之间编程选择激励电流的频率,并可在0～1.25 mA之间编程设定输出幅度以满足人体测量的安全要求.系统可同时检测出边界电压的幅值和相位信息.工作频率范围内,系统的共模抑制比高于75 dB,相对测量精度优于0.02%.     

位图方法在电阻抗断层成像中的应用

借助插值方法根据有限元节点数据计算出需要显示图像的像素点数据,通过位图方法将结果显示与后处理应用于电阻抗断层成像系统中,实现了一种在Windows环境下基于有限元方法重构的电阻抗断层成像显示处理的新方法。此方法的实现简单可行、结果可靠。     

在ARM处理器上设计FIR低通滤波器

滤波器是电阻抗成像（Electrical Impedance Tomography,EIT）硬件系统的重要组成部分。为降低电阻抗成像硬件系统的成本,使用最佳方法（即切比雪夫最佳一致逼近法）设计FIR低通滤波器,通过Matlab仿真验证后在ARM处理器Cortex-M3上实现。实验表明,该方法设计的滤波器能够满足电阻抗成像系统的要求,具有成本低、功耗低、开发周期短的特点。     

电阻抗成像技术在多相流检测中的应用

介绍了一种应用于多相流流型辨识中的电阻抗成像系统。系统采用直接数字合成(DDS)技术构建正弦波发生器，实现幅值、频率、相位等连续调节；调制信号经解调后，利用加权反投影算法进行图像重建。试验测试与成像结果表明，该系统采集速度快、图像分辨率高。     

开放式电阻抗成像中数字相敏检波器设计

开放式电阻抗成像技术对测量系统的精度要求很高,为此研制了基于FPGA的数字相敏检波器(DPSD)以用于电阻抗成像的数据测量。通过分析DPSD的信号采集与计算原理,给出了关键参数的计算,基于DDS技术的ADC时钟设计方法。同时设计了高速多通道ADC转换电路,低抖动性能的ADC时钟电路、FPGA实现实时数字相敏检波的计算方法,提高了系统的信噪比。经实验测试表明,在1KHz~1MHz正弦信号注入频率的条件下,系统的信噪比最高可达104dB,精度高,稳定度好。     

一种改善空间分辨率的电阻抗成像技术

电阻抗断层功能成像技术(Electrical Impedance Tomography简称EIT),是当今生物医学工程学重大研究课题之一,它是通过对物体表面电压、电流的测量来重建物体内部阻抗分布或变化的一种新颖的医学成像技术.它是继形态、结构成像之后,于近20年才出现的新一代无损伤功能成像技术.本文介绍了电阻抗成像技术的基本原理及研究的现状,针对成像技术中所需的有限元方法,采用了对某一物体内部阻抗变化的位置进行局部细化剖分,再重建出物体内阻抗分布图象的成像方法.这种方法不仅能减少重建算法的计算量,且能提高阻抗图象的空间分辨率.实验结果表明这种方法是可取的.     

基于FPGA的生物电阻抗成像系统激励源设计与实现

设计并实现一种基于FPGA的生物电阻抗断层成像系统的激励源,带宽为33KHz且相位可调。在Notepad++中根据P icoB laze指令系统编写控制代码,经KCPSM3编译生成用户程序,采用中断方式控制数模转换并按设定频率对输出信号进行采样,经巴特沃斯二阶低通滤波输出。结果:仿真与实验结果证明了该方法有效、可行。本文为生物电阻抗断层成像系统激励源的设计实现提供了一种新方法,具有编程量小、开发时间短及出错概率低的优势。     

电阻抗断层成像的神经网络模型

由于传统的电阻抗断层成像算法成像速度慢、且在某些情况下得到的图像无法反映敏感场的真实阻抗分布,本文提出了两种基于不同神经网络(BP神经网络和RBF神经网络)的电阻抗图像重建模型及其成像算法.结果表明,基于神经网络模型的成像算法从成像质量和速度上均优于传统的成像算法.     

电阻抗成像系统的设计

介绍了电阻抗成像系统,该系统以PC机作为上位机,用来进行可视化控制、实时成像显示操作鸦下位机采用高速单片机,控制电极选通、数据采集及预处理,并与PC机进行通讯;采用直接数字频率合成穴DDS雪技术产生高精度激励信号源,用相敏解调方法实现高质量数据获取。实验结果表明该系统能达到电阻抗成像(EIT)的性能要求。     

基于FPGA的高性能三维电阻抗成像系统

构建以FPGA为核心控制器的两层32电极的高性能三维电阻抗成像系统,详细描述了系统的软硬件设计、系统性能测试及成像试验,图像重建采用共轭梯度算法。测试结果表明,系统测量精度达0.082%,系统空间分辨率达0.51%,信噪比达60.3 dB。在盛有盐水的实验盐水槽进行成像试验,结果表明该系统能够准确识别待测区域目标物的个数、位置、大小等信息。系统的构建为深入研究三维电阻抗成像等关键技术提供可靠的硬件平台。     

无解调电阻抗成像方法研究

探讨了正交序列数字解调算法中参考信号与测量信号频率不一致引起的解调结果不准确影响成像质量的问题,提出无需数字解调直接提取幅值进行电阻抗成像的方法：通过多次采样比较和算术平均滤波法获取幅值进行EIT成像。通过构建以FPGA为核心控制器的EIT系统,验证了直接提取阻抗幅值方法的可行性。实验结果表明：系统测量精度达0.082%,信噪比为60.3 dB,能准显示物体的大小和位置,空间分辨率达到0.29%,验证了方法的可行性,提高了数据采集精度和系统的稳定性,改善了图像成像质量,该方法为EIT技术的完善及系统性能的提升提供了一种有效的解决方案。     

A numerical method for solving a three-dimensional electrical impedance tomography problem in the case of the data given on part of the boundary

A three-dimensional electrical impedance tomography problem in the case of an object with a piecewise constant electrical conductivity is considered. The task is to determine the unknown boundary separating regions of an object with different conductivity values, which are assumed to be known. The initial data for determining the inhomogeneity boundary represents electrical measurements taken on part of the object’s boundary. A numerical method for solving the problem is proposed and the numerical results are presented.     

A calculable sensor for electrical impedance tomography

A calculable sensor has been developed for electrical impedance tomography. An analytical model of the sensor is established, in order to show the calculable property of the sensor. The sensor obtains the information of both conductivity distribution and permittivity distribution of the cross-section of the pipe and provides a new strategy of dual mode tomography. Experimental results on the prototype are presented to validate the calculable property of the sensor, and to illustrate the effectiveness of the model with a fast and robust image restoration algorithm based on the energy method.     

动态电阻抗图象重建的正则化方法

电阻抗图象重建是一个严重病态的反问题,特别是当重建模型的有限单元增大时,重建图象会严差,甚至发散,提出一种全新的基于空间滤波理论的正则化方法,它不依赖于阻抗分布的先验估计,因此它比最大后验（MAP）正则比方法易于实现,而且计算机模拟实验结果表明,利用这种新的正则化方法重建的动态阻抗图象质量好于Tikhonov正则化方法。     

基于DSP的数字化电容层析成像系统

由于电容层析成像技术中模拟滤波和解调环节对采集速度和精度的影响,本文提出电容层析成像系统数字化方案,设计以高速数字信号处理器为核心的12电极高速数据采集和处理系统,利用FPGA实现数字滤波和数字解调,构建了全新的数字化ECT系统.理论分析和实验表明,该系统数据采集和处理速度快,抗噪声性强,完全满足ECT成像实时性要求,精度也有一定的提高.     

Whole-Cell Impedance Analysis for Highly and Poorly Metastatic Cancer Cells

A micro electrical impedance spectroscopy $(muhbox{EIS})$ system has been developed and implemented to analyze highly and poorly metastatic head and neck cancer (HNC) cell lines with single-cell resolution. The microsystem has arrays of 16 impedance analysis sites, each of which is capable of capturing a single cell and analyzing its whole-cell electrical impedance spectrum. This $muhbox{EIS}$ system was used to obtain the electrical impedance spectra of the poorly metastatic HNC cell line 686LN and the highly metastatic HNC cell line 686LN-M4e over a frequency range of 40 Hz–10 MHz. The 686LN cells had higher impedance phase compared to that of 686LN-M4e cells at frequencies between 50 kHz and 2 MHz. This result demonstrates that the metastatic state of HNC cells can be distinguished using the developed $muhbox{EIS}$ system. This system is expected to serve as a powerful tool for future detection and quantification of cancer cells from various tumor stages.$hfill$[2008-0274]