专利名称：应用于电阻抗断层成像的电流源应用系统及其实现方法
技术领域：
本发明涉及ー种电流源应用系统，具体地说，是涉及一种应用于电阻抗断层成像的电流源应用系统及其实现方法。
背景技术：
电阻抗断层成像是ー种无损无害的新型成像技术，其通过检测电极间的电压差来探测待测体内部的阻抗分布，从而在结构上和功能上反映各生物组织的生物特性，具有成本低、体积小、对早期癌灶敏感、数据采集和成像速度较高等优点，可用于对患者进行长时间的实时、动态监测，具有广泛的医学应用前景。
影响电阻抗断层成像质量的因素包括硬件激励源的稳定性和数据采集系统的准确性以及成像算法的可靠性。现在电阻抗断层成像技术领域主要使用交流恒流源作为硬件激励源，但是电阻抗断层成像系统中的交流恒流源由于受到电子元件寄生电容、电路板走线杂散电容、有源电子器件输入/输出对地电容、电流输出线缆分布电容等多方面的影响(本专利将上述影响因素统称为电流输出通道上的等效对地电容，用Cs表示)，实际注入成像目标体的电流与交流恒流源的理想输出电流有一定偏差，并且该电流容易随着负载阻抗的变化产生非线性的变化，从而引起成像目标体上电压分布与理想状态的电压分布产生偏差，进而导致采集系统采集的数据失真，甚至造成成像失败。为了降低数据采集的失真率，提高成像效果，需要降低交流恒流源输出通道的等效对地电容cs。传统的处理手段有缩短电路板走线和输出电缆，采用同轴电缆输出电流来降低对地电容，但是其临床效果有限；为了消除模拟开关的影响，传统设计也有采用多个并行电流源输出，每个激励通道采用独立的电流源，以消除单个电流源通过模拟开关在不同激励通道之间切换带入的负面影响，但这样的处理方式増加了系统的复杂度和系统成本，尤其是难以保证多个激励源之间的一致性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种应用于电阻抗断层成像的电流源应用系统及其实现方法，解决现有技术中交流恒流源的电流输出通道上存在的等效对地电容使得注入成像目标体的电流与交流恒流源的理想输出电流出现偏差，进而引起成像目标体上电压分布与理想状态的电压分布产生偏差，最終导致采集系统采集的数据失真，甚至造成成像失败的问题。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下应用于电阻抗断层成像的电流源应用系统，包括电流源，和通过电流源输出通道与该电流源连通的负载，该电流源输出通道上具有与该负载相并联的等效对地电容Cs，所述等效对地电容Cs还并联有用于降低理想输出电流注入成像目标体的偏差的补偿电感Lram，且该等效对地电容Cs与补偿电感Lram的并联等效阻抗为Req = j Lcom/(I-W2LcomCs)。如果所述电流源为双极性电流源，相应地，电流源输出通道也为两个，且其中ー个通道上具有等效对地电容Cs2，另ー个上则具有等效对地电容Cs3 ;补偿电感也为两个，其中一个为补偿电感iccm2，另ー个为补偿电感ic_3;且该双极性电流源分别通过所述的两个电流源输出通道与负载相连，同时，等效对地电容Cs2与补偿电感Zicam2并联，等效对地电容Cs3与补偿电感并联。具体地说，所述电流源输出通道至少为印制板走线、电流输出电缆、接插件、电流流经的有源器件中的任意ー种；所述补偿电感至少为普通模拟电感、模拟可调电感、数字可调电感、具备电感特性的电路模块中的任意 ー种；所述等效对地电容至少为电子元件寄生电容、电路板走线杂散电容、有源电子器件输入/输出对地电容、电流输出线缆分布电容中的任意ー种。以上述硬件系统为基础，本发明提供的上述应用系统的实现方法包括以下步骤(I)通过电流源输出通道连通电流源与负载；(2)设位于电流源输出通道上的所有电容为等效对地电容Cs，在该等效对地电容Cs两端并联补偿电感L。》，则等效对地电容Cs与补偿电感Lram的并联等效阻抗为I =J· cjLcom/ (I-O2LcomCs)；(3)使所述补偿电感Lram与等效对地电容Cs在电流源输出频率ち上形成并联谐振，此时 /o= /{2 * η* ,Lcom * Cs))；(4)将电流源的电流输出频率设置为f，调整补偿电感L_的大小，使得f =f0=/(2*n* 'ILcom * CJ).从而使工作状态下等效对地电容Cs与补偿电感L。》的并联等效阻抗无穷大，而由此出现的分流则无穷小；(5)打开电流源，使电流源通过电流源输出通道为负载注入电流。进ー步地，所述步骤(2)中使所述补偿电感L。》与等效对地电容Cs形成并联谐振通过令 Req = j LCOffl/(I-W2LcomCs)中的 H2LramCs = O 实现。具体地说，在上述实现方法中，所述电流源输出通道至少为印制板走线、电流输出电缆、接插件、电流流经的有源器件中的任意ー种；所述补偿电感L·至少为普通模拟电感、模拟可调电感、数字可调电感、具备电感特性的电路模块中的任意ー种；所述等效对地电容Cs至少为电子元件寄生电容、电路板走线杂散电容、有源电子器件输入/输出对地电容、电流输出线缆分布电容中的任意ー种。当然，除上述明确列出的硬件设备之外，在电流源中可能还会涉及到其他的硬件设备，由于数量和类型多种多样，无法穷举，因此，本发明仅仅是列出了可能使用的主要设备，但并非是对本发明使用设备的限制。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果I.本发明通过在交流恒流源的输出端对地之间串联ー个补偿电感Lram，使其与电流源输出通道上的等效对地电容Cs在交流恒流源输出频率下形成并联谐振，从而使工作状态下等效对地电容Cs与补偿电感L。》的并联等效阻抗无穷大，进而大大降低了等效对地电容Cs对负载的分流效应的影响，使得进入成像目标体的电流偏差大大减小，从而避免了数据丢失,确保了成像质量。2.本发明中的补偿电感L·包括普通模拟电感、模拟可调电感、数字可调电感以及具备电感电学特性的电路模块等，且该补偿电感Lram可以放置在电流源输出通路的任何位置上，使用时可以根据实际情况灵活选用及布置，如此便为电路设计与线路布局提供了十分灵活的调整空间，进而大大降低了系统设计难度，最终达到了降低系统设计成本的目的。
3.本发明中的补偿系统及其方法既适用于单极性电流源，也适用于双极性电流源，或者多个电流源并联工作；另外，还可以通过选择开关选择其中一个或多个进行工作，因此，本发明不仅具有广泛的适用范围，其使用方式也十分灵活。4.本发明根据已知的电流源输出频率特征f和电流输出通道等效对地电容Cs的測量結果，巧妙地设计了电感Lram来进行补偿，不仅补偿方法十分简单，而且使用该补偿方法可以极大的削弱电流源输出通道等效对地电容Cs的负面影响，具有十分显著的成效。5.本发明中电感L·可采用可调电感来实现，并且利用可调电感的补偿精度可调性能够有效地将补偿效果调整到最佳状态，既简单方便又效果显著，而且成本低。6.本发明还可以通过电流检测反馈环节对补偿结果进行动态评估，并可根据评估结果对补偿精度进行优化，从而为后续的技术扩展提供了实现基础，进ー步提高了本发明的应用前景和应用价值。
图I为现有的电阻抗断层成像系统的电流源输出示意图。图2为本发明-实施例I的电路示意图。图3为本发明-实施例2的电路示意图。图4为本发明-实施例3的电路示意图。图5为本发明-实施例4的电路示意图。图6为本发明-实施例5的电路示意图。图7为本发明-实施例6的电路示意图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进ー步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。实施例I如图1、2所示，应用于电阻抗断层成像的电流源应用系统，包括电流源，和通过电流源输出通道与该电流源连通的负载，该电流源输出通道上具有与该负载相并联的等效对地电容cs，所述等效对地电容Cs还并联有用于降低理想输出电流注入成像目标体的偏差的补偿电感し·，且该等效对地电容Cs与补偿电感L_的并联等效阻抗为1 = j ωLcom/(ト cj2LcomCs)。其中，所述电流源输出通道为电流输出电缆；补偿电感し。》选用模拟可调电感；等效对地电容Cs为电子元件寄生电容、电路板走线杂散电容、有源电子器件输入/输出对地电容、电流输出线缆分布电容之和。由于电流输出通道的等效对地电容Cs并联在负载上，会形成对负载电流的分流，以至于影响数据采集的结果以及成像的质量。为解决该问题，本实施例以上述硬件结构为基础，采用下列方法来进行补偿供流首先，通过电流源输出通道连通电流源与负载；并在等效对地电容Cs两端并联补偿电感L_，则等效对地电容Cs与补偿电感L_的并联等效阻抗为Reiq = j ω Lcom/(I-W2LcomCs)；
然后，令ト《2L_Cs = 0，则并联等效阻抗Rrai趋近于无穷大，从而使等效对地电容Cs与补偿电感L·形成并联谐振，且谐振频率为
权利要求
1.应用于电阻抗断层成像的电流源应用系统，包括电流源，和通过电流源输出通道与该电流源连通的负载，该电流源输出通道上具有与该负载相并联的等效对地电容Cs，其特征在于，所述等效对地电容Cs还并联有用于降低理想输出电流注入成像目标体的偏差的补偿电感Lram,且该等效对地电容Cs与补偿电感L_的并联等效阻抗为=Reiq = j ωLcom/ (卜 cj2LcomCs)。
2.根据权利要求I所述的应用于电阻抗断层成像的电流源应用系统，其特征在于，所述电流源为双极性电流源，相应地，电流源输出通道也为两个，其中一个上具有等效对地电容Cs2，另一个上则具有等效对地电容Cs3 ;补偿电感也为两个，其中一个为补偿电感Lccm2， 另一个为补偿电感且该双极性电流源分别通过所述的两个电流源输出通道与负载相连，同时，等效对地电容Cs2与补偿电感[COTn2并联,等效对地电容Cs3与补偿电感ic0m并联。
3.根据权利要求I或2所述的应用于电阻抗断层成像的电流源应用系统，其特征在于， 所述电流源输出通道至少为印制板走线、电流输出电缆、接插件、电流流经的有源器件中的任意一种。
4.根据权利要求3所述的应用于电阻抗断层成像的电流源应用系统，其特征在于，所述补偿电感至少为普通模拟电感、模拟可调电感、数字可调电感、具备电感特性的电路模块中的任意一种。
5.根据权利要求4所述的应用于电阻抗断层成像的电流源应用系统，其特征在于，所述等效对地电容至少为电子元件寄生电容、电路板走线杂散电容、有源电子器件输入/输出对地电容、电流输出线缆分布电容中的任意一种。
6.应用于电阻抗断层成像的电流源应用系统的实现方法，其特征在于，包括以下步骤(1)通过电流源输出通道连通电流源与负载；(2)设位于电流源输出通道上的所有电容为等效对地电容Cs，在该等效对地电容Cs两端并联补偿电感则等效对地电容Cs与补偿电感Lram的并联等效阻抗为Reiq = j ω Lcom/ (卜 cj2LcomCs)；(3)使所述补偿电感Lram与等效对地电容Cs在电流源输出频率&上形成并联谐振，此时Zo=丨 /(2 * TT * V Lcom * Cs))；(4)将电流源的电流输出频率设置为f，调整补偿电感L·的大小，使得 / =/ο= /(2*π* Lcom * Cs))，从而使工作状态下等效对地电容Cs与补偿电感Lram的并联等效阻抗无穷大，而由此出现的分流则无穷小；(5 )打开电流源，使电流源通过电流源输出通道为负载注入电流。
7.根据权利要求6所述的应用于电阻抗断层成像的电流源应用系统的实现方法，其特征在于，所述步骤(2)中使所述补偿电感Lram与等效对地电容Cs形成并联谐振通过令Rrai = j ω Lcoffl/ (I-ω 2LcofflCs)中的 I- ω 2LcofflCs = O 实现。
8.根据权利要求6或7所述的应用于电阻抗断层成像的电流源应用系统的实现方法， 其特征在于，所述电流源输出通道至少为印制板走线、电流输出电缆、接插件、电流流经的有源器件中的任意一种。
9.根据权利要求8所述的应用于电阻抗断层成像的电流源应用系统的实现方法，其特征在于，所述补偿电感L。》至少为普通模拟电感、模拟可调电感、数字可调电感、具备电感特性的电路模块中的任意一种。
10.根据权利要求9所述的应用于电阻抗断层成像的电流源应用系统的实现方法，其特征在于，所述等效对地电容Cs至少为电子元件寄生电容、电路板走线杂散电容、有源电子器件输入/输出对地电容、电流输出线缆分布电容中的任意一种。
全文摘要
本发明公开了一种应用于电阻抗断层成像的电流源应用系统及其实现方法，包括电流源，和通过电流源输出通道与该电流源连通的负载，该电流源输出通道上具有与该负载相并联的等效对地电容CS，所述等效对地电容CS还并联有用于降低理想输出电流注入成像目标体的偏差的补偿电感Lcom，且该等效对地电容CS与补偿电感Lcom的并联等效阻抗为Req=jωLcom/(1-ω2LcomCs)。本发明解决了现有技术中存在的交流恒流源的电流输出通道上存在的等效对地电容使得注入成像目标体的电流与交流恒流源的理想输出电流有一定偏差，进而引起成像目标体上电压分布与理想状态产生偏差，最终导致采集系统采集的数据失真，甚至造成成像失败的问题，具有很高的实用价值和应用前景。
文档编号A61B5/053GK102688040SQ201210188720
公开日2012年9月26日 申请日期2012年6月8日 优先权日2012年6月8日
发明者余华章, 吴梓敬, 徐现红, 戴涛, 费智胜 申请人:思澜科技(成都)有限公司