[發明專利]基于CAN總線的生物電阻抗成像系統硬件電路系統

有效

• 申請號: 201410479738.0
• 申請日: 2014-09-19
• 公開（公告）號: CN104434095B
• 公開（公告）日: 2017-01-11
• 發明（設計）人: 侯海嶺;王化祥;陳曉艷
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: A61B5/053
• 分類號: A61B5/053
• 代理公司: 天津才智專利商標代理有限公司12108
• 代理人: 呂志英

技術領域

本發明涉及一種電學成像技術，尤其是一種應用于生物電阻抗成像的掃頻硬件電路系統。

背景技術

電阻抗成像技術(Electrical?Impedance?Tomography，EIT)是當今生物醫學工程學熱門研究課題之一。它是繼形態、結構成像之后，于近20年出現的新一代無損傷功能成像技術。EIT是借助置于體表的激勵電極向被測對象施加微小的交變電流或電壓信號，同時通過測量電極檢測組織表面的電壓或電流信號，由所測信號計算出相應的電阻抗及其變化，然后根據不同的應用目的，提取與人體生理、病理狀態相關的組織或器官的電特性信息，不但反映了解剖學結構，更重要的是可望給出功能性圖像結果。EIT不使用核素或射線，對人體無害，可多次測量，重復使用，且成本低廉，操作簡便，不要求特殊的工作環境，成為可作為長期、連續監護而不會給患者造成損傷或帶來不適的醫院監護設備，具有廣泛的應用前景。

醫學研究表明，人體組織阻抗的實部和虛部均包含著豐富的生理和病理信息。實部在低頻段即可提取，而虛部在低頻段不易提取，其大小隨激勵頻率的提高而增強。因此，拓展系統的掃頻范圍，可獲取更加豐富的阻抗分布信息。然而,當頻帶超過1MHz時，旁路阻抗的存在會破壞測量到的有用信號，因此如何補償旁路阻抗在高頻段時帶來的影響，是電路設計的關鍵。目前國際上應用于生物醫學的電阻抗成像系統掃頻范圍大都局限在100KHz，Alex?Hartov等研制出10K～1MHz帶寬的EIT系統，應用于乳腺組織的病理檢測。綜上，研發具有高頻段掃頻的生物電阻抗成像系統是很有必要的。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明提供一種基于CAN總線的生物電阻抗成像系統硬件電路系統，該電路由中間控制板和數據采集板構成。中間控制板為各數據采集板提供統一的時鐘節拍信號，數據采集板中由FPGA構成的雙口RAM的B口在該時鐘節拍下，使各通道激勵信號與采樣信號分別保持嚴格同步，提供頻率范圍10K～10MHz的掃頻信號。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是提供一種基于CAN總線的生物電阻抗成像系統硬件電路系統，該硬件電路通過計算機進行成像，并利用CAN總線進行數據傳輸，其中：該硬件電路包括含有一塊中間控制板和多塊數據采集板，所述中間控制板通過串口連接電纜連接到計算機，接收計算機發出的指令，中間控制板通過CAN總線與多塊數據采集板連接，通過屏蔽電纜與數據采集板相連，將中間控制板輸出統一的可編程時鐘信號輸入多個數據采集板；

所述多塊數據采集板采用DSP+FPGA結構，DSP作為控制核心，通過DSP外部中斷，獲取4片16位模數轉換器采集到的數據，并對采集到的數據進行數字相敏解調，將解調結果經過DSP控制核心校正后，通過CAN總線發送到中間控制板，并最終發送至計算機；FPGA的程序中包含一個256字容量的雙口RAM?IP核，所述DSP通過16位數據總線、8位的地址總線和CAN控制總線向FPGA的雙口RAM的A口寫激勵波形以及模數轉換器數據采集啟動的組合數據，雙口RAM的A口的時鐘信號連接所述DSP的外部接口輸出時鐘XCLKOUT，FPG的A雙口RAM的B口的0～13位連接數模轉換器AD9754數據端，雙口RAM的B口的時鐘輸入端接所述的中間控制板輸出的時鐘信號。

本發明的有益效果是由于中間控制板為各數據采集板提供統一的0～80MHz的可編程時鐘信號，使掃頻范圍達到10K～10MHz，且激勵與采集保持嚴格同步。并且，由于利用了DSP強大的信號處理功能，補償高頻段?旁路阻抗對有效信號的影響，使得在高頻段獲得較顯著的虛部信息成為現實。通過數據采集板上的四片模數轉換器，采集的數據，經過數字相敏解調后的結果。通過結果顯示，解調的結果很穩定，通過實驗驗證，達到了預期的效果。該系統激勵信號的掃頻范圍為10KHz～10MHz，既可利用FPGA的現場可編程性作靈活的信號發生器，亦可利用DSP對同步采集到的各通道信號進行實時的補償，以抵消對有效信號的影響，確保了實時性和可靠性。

附圖說明

圖1為本發明的硬件電路原理框圖；

圖2為本發明的硬件電路中間控制板原理框圖；

圖3為本發明的硬件電路數據采集板原理框圖；

圖4-1至圖4-4為本發明數據采集板四個模數轉換器采集的數據經數字相敏解調后的結果。

具體實施方式

下面結合附圖以及實施例對本發明的基于CAN總線的生物電阻抗成像系統硬件電路系統作進一步說明。