多电极电阻抗断层成像数据采集系统的制作方法

专利名称：多电极电阻抗断层成像数据采集系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及生物医学成像、检测研究领域，尤其是涉及多电极电阻抗断层成像数据采集系统。
背景技术：
电阻抗断层成像(EIT-electrical impedance tomography)是医学成像研究领域的一个重要方向，是以生物体内电阻抗分布为成像目标的一种生物医学检测与成像的技术。该技术为非侵入式检测，且具有功能成像的特点，因此，倍受研究者的关注。目前，电阻抗断层成像的驱动方式主要为电流驱动和磁场驱动方式，测量方式主要有电压测量、电流测量、磁场测量方式。为获得足够的成像数据，当前多采用多电极(16 个电极、32个电极、64个电极、1 个电极等)和多频率的方式。但边界电极所获得的数据不能确切表达与内部电场(或磁场)的分布关系，再加上系统精度的影响，使得成像分辨率不能满足临床诊断的需要。

发明内容
本发明目的在于提供一种多电极、多角度、电位和电流同时测量的多电极电阻抗断层成像数据采集系统。为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案本发明所述的多电极电阻抗断层成像数据采集系统，包括驱动信号源，模拟开关单元，圆桶电极模型，电流采样模块，电压采样模块，程控放大模块，真有效值转换模块，A/D 转换模块，可编程门列阵芯片，FLASH存储器，同步动态存储器；所述圆桶电极模型由桶体、 自上而下水平设置在所述桶体绝缘内壁上的至少八层电极单元构成；每层电极单元均有 128个电极间隔排列设置；所述每层电极单元中的每个电极分别通过所述模拟开关单元中的模拟开关与所述驱动信号源电连接；所述电流采样模块、电压采样模块由电连接在每层电极单元中的每个电极上的采样电阻构成，所述每个采样电阻的另一端分别与模拟开关单元中的模拟开关电连接；电流采样模块、电压采样模块的采样信号分别经所述程控放大模块、真有效值转换模块和A/D转换模块后通过所述可编程门列阵芯片存储在FLASH存储器内；可编程门列阵芯片的控制信号输出端分别与模拟开关单元的控制信号输入端、程控放大模块的控制信号输入端电连接。所述桶体由九片PCB板自上而下叠制构成，其中上面的八片PCB板的中部分别开设有圆孔；九片PCB板之间分别通过围绕所述圆孔的环形绝缘衬垫和设置在环形绝缘衬垫上、下环面的环形硅胶密封垫隔离；围绕顶层的PCB板的圆孔叠置有环形密封垫和环形有机玻璃绝缘衬垫；九片PCB板通过贯穿其板面的螺栓连接为一体；所述环形绝缘衬垫、环形硅胶密封垫、密封垫和环形有机玻璃绝缘衬垫的直径大于所述圆孔的直径；在每片PCB板的圆孔周面均勻间隔设置有1 个电极以构成所述的电极单元。所述每片PCB板上的每个电极均有固定在该PCB板圆孔沿上、下板面对应位置处的铜箔构成，上、下铜箔通过过孔电连接；上、下PCB板之间通过设置在其上的排针排母实现电气连接。本发明旨在理论基础上用实验的方法，进行分析研究对象的边界条件与内部电场分布及成像的预设路径与实际路径之间的关系，为进一步提高电阻抗断层成像的分辨率提供方法上的依据。其所具备的实质性特点和显著的进步主要体现在以下几点1、采用PCB制作工艺形成的电极数量多，电极空间分布均勻，在不同旋转方向上形成电场的一致性好；2、同一个电极，上、下对应分布在PCB板圆孔沿的顶、底两面，最大限度地减少PCB 制作工艺形成的平行于PCB板的电极极面所带来电场方向改变的分析难度；3、电极、电子元器件在同一块PCB上连接，上、下PCB板之间用排针、排母进行的物理、电气连接所构成的圆桶电极模型，结构紧凑，没有软引线，最大限度地减少了引线分布电容、电磁干扰对测量信号的影响；4、采集数据量大，在单频率信号驱动下，电气旋转一周可获取32768个数据；5、在施加驱动信号的电极上，采取测量中间电流、电位的数据，可减少由于加工工艺的限制，施加驱动信号电极边沿的复杂电场分布对边界条件敏感影响的分析难度；6、通过不同的程序，改变不同的驱动、测量方式，能够方便地用多种方法对电阻抗断层成像的研究。


图1是本发明的电路原理框图。图2是本发明所述圆桶电极模型的结构示意图。图3是图2的I部放大示意图。图4是本发明所述圆桶电极模型的俯视结构示意图。图5是图4的J部放大示意图。图6是本发明所述圆桶电极模型桶内的电流、电压采样状态电场分布示意图。
具体实施例方式如图1、图6所示，本发明所述的多电极电阻抗断层成像数据采集系统，包括驱动信号源，模拟开关单元，圆桶电极模型，电流采样模块，电压采样模块，程控放大模块，真有效值转换模块，A/D转换模块，可编程门列阵芯片，FLASH存储器，同步动态存储器；所述圆桶电极模型由桶体、自上而下水平设置在所述桶体绝缘内壁上的八层电极单元构成；每层电极单元均有1 个电极1间隔排列设置；所述每层电极单元中的每个电极1分别通过所述模拟开关单元中的模拟开关与所述驱动信号源电连接；所述电流采样模块、电压采样模块由电连接在每层电极单元中的每个电极上的采样电阻构成，所述每个采样电阻的另一端分别与模拟开关单元中的模拟开关电连接；电流采样模块、电压采样模块的采样信号分别经所述程控放大模块、真有效值转换模块和A/D转换模块后通过所述可编程门列阵芯片存储在FLASH存储器内；可编程门列阵芯片的控制信号输出端分别与模拟开关单元的控制信号输入端、程控放大模块的控制信号输入端电连接。如图2-图5所示，所述桶体由九片PCB板2自上而下叠制构成，其中上面的八片
4PCB板2的中部分别开设有直径为75mm的圆孔3 ；九片PCB板2之间分别通过围绕所述圆孔3的环形绝缘衬垫4和设置在环形绝缘衬垫4上、下环面的环形硅胶密封垫5隔离，围绕顶层的PCB板2的圆孔3叠置有环形密封垫6和环形有机玻璃绝缘衬垫7 ；九片PCB板2通过贯穿其板面的螺栓8连接为一体；为增加电极有效接触面积，所述环形绝缘衬垫4、环形硅胶密封垫5、密封垫6和环形有机玻璃绝缘衬垫7的直径大于所述圆孔3直径3mm ；在每片PCB板2的圆孔3周面均勻间隔设置有1 个电极以构成所述的电极单元，相邻电极之间的间隙为0. 4mm ；每个电极均由固定在该PCB板2圆孔沿上、下板面对应位置处的铜箔9、 10构成，上、下铜箔9、10通过过孔11电连接；上、下PCB板2之间通过设置在其上的排针排母12实现控制电路的电气连接，同时，排针排母12还起到支撑作用。本发明工作原理如下如图1、图6所示，(图6中，涂黑电极为施加交流信号的电极，未涂黑电极为未施加交流信号；实线为电流线，虚线为等势线)。每层电极单元由1 个电极1构成，八层电极单元共IOM个电极1 ；每个电极1分别通过模拟开关单元中的模拟开关与驱动信号源电连接，在可编程门列阵芯片控制下完成电极旋转、极性转换、电流采样、电压采样。驱动信号经模拟开关单元对每层电极单元中的对称于圆心的32对电极施加交流信号，在程序控制下， 通过模拟开关单元依次对施加驱动信号的电极的负极(接地端)的中间16X8个电阻R进行电压测量以完成间接电流采样；同时对未施加驱动信号的中间16X8个电极进行电位采样。当采样完成后，在程序控制下通过模拟开关单元，使32X8对施加驱动信号的电极按逆时针方向旋转一个电极位(即旋转2. 8125° )，同时，32X8对未施加驱动信号的电极也按逆时针方向旋转一个电极位(即旋转2. 8125° )，从而实现电气上的电极旋转，然后重复上述采样过程直至旋转一周即可获取32768个数据。
权利要求
1.一种多电极电阻抗断层成像数据采集系统，包括驱动信号源，模拟开关单元，圆桶电极模型，电流采样模块，电压采样模块，程控放大模块，真有效值转换模块，A/D转换模块，可编程门列阵芯片，FLASH存储器，同步动态存储器；其特征在于所述圆桶电极模型由桶体、 自上而下水平设置在所述桶体绝缘内壁上的八层电极单元构成；每层电极单元均有1 个电极间隔排列设置；所述每层电极单元中的每个电极分别通过所述模拟开关单元中的模拟开关与所述驱动信号源电连接；所述电流采样模块、电压采样模块由电连接在每层电极单元中的每个电极上的采样电阻构成，所述每个采样电阻的另一端与模拟开关单元中的模拟开关电连接；电流采样模块、电压采样模块的采样信号分别经所述程控放大模块、真有效值转换模块和A/D转换模块后通过所述可编程门列阵芯片存储在FLASH存储器内；可编程门列阵芯片的控制信号输出端分别与模拟开关单元的控制信号输入端、程控放大模块的控制信号输入端电连接。
2.根据权利要求1所述的多电极电阻抗断层成像数据采集系统，其特征在于所述桶体由九片PCB板O)自上而下叠制构成，其中上面的八片PCB板O)的中部分别开设有圆孔⑶；九片PCB板⑵之间分别通过围绕所述圆孔(3)的环形绝缘衬垫⑷和设置在环形绝缘衬垫(4)上、下环面的环形硅胶密封垫(5)隔离，围绕顶层的PCB板O)的圆孔(3) 叠置有环形密封垫(6)和环形有机玻璃绝缘衬垫(7)；九片PCB板( 通过贯穿其板面的螺栓(8)连接为一体；所述环形绝缘衬垫(4)、环形硅胶密封垫( 、密封垫(6)和环形有机玻璃绝缘衬垫(7)的直径大于所述圆孔(3)的直径；在每片PCB板O)的圆孔C3)周面均勻间隔设置有1 个电极以构成所述的电极单元。
3.根据权利要求2所述的多电极电阻抗断层成像数据采集系统，其特征在于所述每片PCB板上的每个电极均由固定在该PCB板O)圆孔沿上、下板面对应位置处的铜箔(9、 10)构成，上、下铜箔(9、10)通过过孔(11)电连接；上、下PCB板( 之间通过设置在其上的排针排母(12)电连接。
全文摘要
本发明公开了一种多电极电阻抗断层成像数据采集系统，包括驱动信号源，模拟开关单元，圆桶电极模型，电流采样模块，电压采样模块，程控放大模块，真有效值转换模块，A/D转换模块，可编程门列阵芯片，FLASH存储器，同步动态存储器。本发明旨在理论基础上用实验方法进行分析研究对象的边界条件与内部电场分布及成像的预设路径与实际路径之间的关系，为进一步提高电阻抗断层成像分辨率提供方法上的依据。其实质性特点和显著的进步主要体现在电极空间分布均匀，在不同旋转方向上形成电场的一致性好；采集数据量大，在单频率信号驱动下，电气旋转一周可获取32768个数据；能够方便地用多种方法对电阻抗断层成像的研究。
文档编号A61B5/053GK102274025SQ20111014239
公开日2011年12月14日 申请日期2011年5月30日 优先权日2011年5月30日
发明者侯忆楠, 刘东玲, 赵立平, 郜超军, 陈香才 申请人:郑州大学