EIT系统驱动模式的研究(3)

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1.4 本文主要研究工作

本文主要做了以下几个方面的工作：

（1）查阅了大量的EIT技术文献，在充分了解EIT硬件结构电路的基础上，对驱动电路进行了分析，研究了恒流源的各个组成部分。

（2）利用Quartus II软件对DDS进行了设计和仿真分析。

（3）对EIT几种驱动模式进行了研究，查阅大量资料，着重研究了注入式驱动模式。

2 EIT系统的构成

电阻抗断层成像是根据人体内不同组织的电阻抗特性这一物理原理，通过给人体注入微小安全电流，在人体内部形成一个电场分布，在体表就会形成有规律的电位，通过测量体表电位，重建人体内部电阻抗分布图像分布。但是在EIT的求解过程中，由于EIT逆问题的病态，边界电压数据的微小扰动会引起解的巨大变化，即图像重建算法对测量数据中的噪声特别敏感，这就要求EIT测量系统有很高的精度。目前最大可实现的生理性阻抗变化只引起测量电压10％的变动，所以通常认为EIT测量硬件必须有至少O．1％的精度[9]。这就要求一方面恒流源要有足够高的输出阻抗，另一方面又要求测量放大器的共模抑制比及输入阻抗也要足够的高。

本章主要对EIT的系统构成以及系统各个模块的功能进行介绍，首先将对其工作原理进行说明。

2.1 EIT系统的基本工作原理

EIT系统是基于生物体的不同组织的具有不同电导率（电阻率）来实现断层成像的，本章首先对生物体的电阻抗特性进行说明研究。

2.1.1 生物体的电阻抗特性

EIT技术的生物医学基础是生物体所存在的电特性。17世纪末，意大利解剖医学家及物理学家Galvani发明电池是人类第一次观察到生物电现象，人们发现当金属物接触青蛙的大腿肌肉时，青蛙会受到电刺激。生物体可以看作是一个混合体，该混合体由不同电特性的多种组织构成，它的电特性与金属导体有很大的不同，主要与生物体内离子的运动有关，而与电荷的多少无关。另外，生物体的阻抗特性还与环境温度、频率、生物体的各项异性等有关。EIT设计主要考虑的就是生物阻抗的频率特性[10]。源:自~751·论`文'网·www.751com.cn/

细胞是生物体的基本构造单位，由细胞膜包围着，细胞膜有选择的允许某些物质进入细胞，维持细胞内物质的稳定。细胞间质是可导电的，细胞膜的导电性由输入激励信号的频率决定。细胞间质可视为纯电阻，而细胞膜和组织界面则表现为电容性。当输入的电流为低频时，此时细胞膜不导电为绝缘体，电流将绕过细胞经细胞间质流动。当输入的电流为高频时，细胞膜将容许电流进入细胞，此时细胞的载流能力将增加。生物体的阻抗随输入激励频率的增加而减少的现象称为阻抗的频率特性[11]。生物医学理论表明，由细胞构成的人体的各种组织和器官由于生理功能的不同，其电特性也有明显的差异。表2.1给出了在正常情况下各种不同组织在不同信号频率激励下的电导率[12],表2.2给出了人体部分组织在激励频率为20～100KHz内的阻抗值[13]。这些电特性随细胞的电活动的变化而变化，正是这些差异特性为EIT技术的实现提供了生物医学基础[14]。