[發(fā)明專利]一種高精度多頻率分布式醫(yī)用電阻抗成像測量系統(tǒng)及方法

有效

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• 申請日: 2016-02-01
• 公開（公告）號: CN105748072B
• 公開（公告）日: 2019-01-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馬藝馨;苗櫪文
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: A61B5/053
• 分類號: A61B5/053
• 代理公司: 上海科盛知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 翁惠瑜

本發(fā)明涉及一種高精度多頻率分布式醫(yī)用電阻抗成像測量系統(tǒng)及方法，所述系統(tǒng)包括一個主控板和至少三個前端測量采集板，主控板分別連接上位機(jī)和前端測量采集板，前端測量采集板與電極連接，主控板包括第一通信模塊、激勵信號產(chǎn)生模塊、第二通信模塊、第一握手信號模塊、同步信號產(chǎn)生模塊和主控芯片，主控芯片配置激勵信號產(chǎn)生模塊，控制同步信號產(chǎn)生模塊產(chǎn)生時鐘同步信號，并通過第二通信模塊和第一握手信號模塊與前端測量采集板通信；前端測量采集板包括：激勵開關(guān)選擇模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、第三通信模塊、第二握手信號模塊、測量控制器和接口模塊。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有實(shí)現(xiàn)多個頻率下電阻抗信息的快速準(zhǔn)確采集、安全隔離等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電阻抗測量技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種高精度多頻率分布式醫(yī)用電阻抗成像測量系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

電阻抗成像技術(shù)是一種非侵入測量被測對象內(nèi)部電導(dǎo)率分布的測量技術(shù)，它通過貼在被測對象表面的電極對注入電流激勵信號、采集電壓響應(yīng)信號，通過求解電磁場逆問題可以重建被測對象內(nèi)部的電導(dǎo)率分布，并以圖像顯示，為使用者提供直觀的檢測信息，結(jié)果可靠。電導(dǎo)率的分布與被測對象的生理狀態(tài)和健康狀況有關(guān)且靈敏度高，該技術(shù)具有非侵入、無輻射、低成本、速度快的優(yōu)點(diǎn)，因而適宜用于長期的床邊觀測，研究該技術(shù)對于解決某些疾病的長期床邊監(jiān)測具有重要意義。比如在機(jī)械式人工呼吸過程中，肺內(nèi)通氣情況的不均勻性將會影響肺部的電阻抗分布。通過對被測對象胸腔表面施加安全電流、測量電壓，可以獲得胸腔的電阻抗分布，并進(jìn)而獲得肺通氣均勻性的相關(guān)信息，避免由于通氣不均勻?qū)е虏糠址闻莶粎⑴c呼吸作用而產(chǎn)生肺泡不可逆死亡的發(fā)生。醫(yī)學(xué)電阻抗成像技術(shù)在醫(yī)學(xué)治療輔助、健康檢測等方面均有潛在的應(yīng)用價值。

由于電阻抗成像技術(shù)的圖像重建是一個病態(tài)電磁場逆問題，邊界測量信號的微小擾動會造成內(nèi)部電導(dǎo)率分布重建結(jié)果的巨大變化，因此電阻抗成像技術(shù)的研究難點(diǎn)之一是如何獲得準(zhǔn)確可靠的測量信號。一個基本的醫(yī)用電阻抗成像測量系統(tǒng)包括激勵源、多路開關(guān)、信號調(diào)理電路和數(shù)據(jù)采集處理電路幾個部分。其中，激勵源產(chǎn)生激勵信號，多路開關(guān)選擇激勵電極以施加激勵電流，信號調(diào)理電路將微弱的測量信號放大，數(shù)據(jù)采集處理電路將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，解調(diào)后用于后續(xù)成像。

通常，電極與激勵源之間采用長度1米左右的同軸電纜連接，同軸電纜的寄生電容加上多路模擬開關(guān)的導(dǎo)通電阻和寄生電容會導(dǎo)致激勵信號衰減和相移，使高頻時激勵電流和測量電壓與真實(shí)值差別大、電阻抗測量不準(zhǔn)確，重建圖像不準(zhǔn)確。長傳輸線的配置對傳輸線的屏蔽效果也有更高要求。一些電阻抗成像系統(tǒng)中采用單端激勵源的配置存在高的共模信號，需要高共模抑制比電路以取得高的測量精度。另外，電阻抗成像測量系統(tǒng)的集成度越高，系統(tǒng)硬件升級成本也更大。因此一種能夠克服上述問題的醫(yī)用電阻抗成像測量系統(tǒng)的設(shè)計研發(fā)具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種高精度多頻率分布式醫(yī)用電阻抗成像測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過靈活的平行分布式結(jié)構(gòu)、可擴(kuò)展的接口設(shè)計、安全的隔離保護(hù)、靈活的解調(diào)方式，可以實(shí)現(xiàn)電阻抗信息的準(zhǔn)確采集，并能方便地升級測量系統(tǒng)及方法。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種高精度多頻率分布式醫(yī)用電阻抗成像測量系統(tǒng)，分別連接上位機(jī)和電極，包括一個主控板和至少三個前端測量采集板，所述主控板分別連接上位機(jī)和前端測量采集板，所述前端測量采集板與電極連接，所述主控板包括：

第一通信模塊，用于與上位機(jī)通信；

激勵信號產(chǎn)生模塊，用于產(chǎn)生差分激勵信號并輸出至前端測量采集板；

第二通信模塊，用于與前端測量采集板通信；

第一握手信號模塊，用于獲取前端測量采集板的工作狀態(tài)，當(dāng)握手信號顯示本組數(shù)據(jù)采集完成時，準(zhǔn)備輸出下一組時鐘同步信號；

同步信號產(chǎn)生模塊，用于產(chǎn)生時鐘同步信號并輸出至前端測量采集板；