专利名称：一种用于电阻抗断层成像的开关系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种开关系统，具体地讲，是涉及一种用于电阻抗断层成像的开关系统。
背景技术：
电阻抗断层成像(Electrical Impedance Tomography,EIT)是一种无创的以人体内部的电阻率分布为目标的重建体内组织图像的技术。人体是一个大的生物电导体，各组织、器官均有一定的阻抗，当人体的局部器官发生病变时，局部部位的阻抗必然与其他部位 不同，因而可以通过阻抗的测量来对人体器官的病变进行诊断。与CT、MRI等核医学成像技术相比，EIT具有无损无害、成本低、体积小、安全、操作简单、对早期癌灶敏感等优点，医生和病人容易接受。但EIT的成像精度相对不高，由于EIT的数据采集和成像速度较高，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。EIT成像是一个严重病态的逆问题求解过程，重构成像大致可分为三类逆投影法、迭代法、一步线性法，以上重建算法对收敛性均有所要求。因此，无论采取何种数据采集模式，EIT成像的图像质量都依赖于所采集到的数据精度，且对数据精度要求很高。根据EIT基本工作原理，EIT系统架构基本一致，正如众多关于EIT方面的资料和专利(如CN03134598. 0)描述的，都是由数据采集系统、电极、激励系统、数据处理及成像系统组成。电极、数据采集系统的性能直接影响采集数据精度，从而成像质量，而数据采集系统又包括开关系统、低噪放、差分放大、滤波、AD等，其中开关系统的设计是难点。目前，EIT技术在临床应用上还存在诸多困难，其中之一就是，采集数据精度不够高，对成像质量造成影响，进而影响EIT系统检测精度。开关系统性能不理想是造成数据精度不高的重要因素，特别是对于工作频段在IOKHz IMHz的多频EIT系统。传统EIT系统都采用了常用电子开关系统，并且采用了交叉开关及多级开关，试图尽可能地降低其带来的不理因素。但由于常用电子开关的物理结构限制，不可避免地存在导通电阻不一致、串扰、失真、泄露、噪声等多种缺陷，而且常用电子开关系统会产生相对较大的电容，一般为10 30pF，使用开关并联时，电容还会增加。而且常用电子开关的电容效应，会极大的影响系统输入输出阻抗，从而引起采集信号波形严重变形，与系统期望检测的信号大大不同，产生很严重的数据误差，尤其是当系统频率工作在IMHz以下时，实验验证这种影响很突出。常用电子开关造成的串扰、失真、泄露、噪声、电容效应均会影响数据精度以及限制整个EIT系统最高工作频率，目前从理论和工艺上难以消除这种缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于电阻抗断层成像的开关系统，解决目前采用常用电子开关系统存在的串扰、失真、泄露、噪声、电容效应的现象而造成EIT系统数据精度和最高工作频率不高的问题。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下
一种用于电阻抗断层成像的开关系统，包括排线针形插座、D-SUB连接头、4个SMA连接器、4组译码电路、4组电控开关电路、屏蔽驱动电路；其中，屏蔽驱动电路通过屏蔽信号连接线与D-SUB连接头连接，4组电控开关电路的引脚一端分别通过内连接总线与D-SUB连接头连接，每组译码电路的输出端分别与一组电控开关电路的控制端连接，而4组译码电路的输入端则连接于同一个排线针形插座上，每个SMA连接器连接于一组电控开关电路的引脚另一端上。进一步地，所述电控开关电路包括多选一电控开关和开关驱动电路；其中，多选一电控开关的多信号引脚端连接于内连接总线上，单信号引脚端与SMA连接器连接，而其控制端则与开关驱动电路的输出端连接，所述开关驱动电路的输入端与所述译码电路的输出端连接。所述译码电路包括译码器芯片和电阻；其中，译码器芯片的输出端与开关驱动电路的输入端相连，而译码器芯片的输入端则通过电阻与排线针形插座相连。 所述屏蔽驱动电路包括运算放大器和电阻，其中，运算放大器的输出端与D-SUB连接头相连；而电阻则设置于运算放大器的反相输入端与输出端之间。再进一步地，所述排线针形插座为24针排线针形插座；所述译码器芯片为4-16译码器芯片；所述多选一电控开关为基于新型开关构建的16选I电控开关。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果(I)本发明通过采用新型电控开关组合构成开关系统，克服了常用电子开关固有的串扰、失真、泄露、噪声、电容效应等问题，提高了 EIT系统数据精度以及最高工作频率，从而提高了 EIT系统的成像精度，拓展了多频EIT系统的频段范围。(2)本发明采用的电控开关具有低延迟、长寿命的特点，使得开关系统的相应延迟时间和寿命接近常用电子开关，满足系统要求，且不具有常用电子开关的串扰、失真、泄露、噪声、电容效应等问题。(3)本发明将开关系统从数据采集系统中独立出来，形成子系统，大大降低了电极的长度，从而降低了电极过长造成的串扰、分布电容等问题。(4)本发明通过屏蔽驱动电路实现屏蔽驱动技术，进一步降低了因电极过长造成的串扰、电容效应等问题。(5)本发明构思巧妙，结构简单，价格低廉，适合推广应用。
图I为本发明应用于电阻抗断层成像系统时的系统框图。图2为本发明的系统原理框图。图3为本发明中屏蔽驱动电路的电路原理框图。图4为本发明中4-16译码电路的电路原理框图。图5为本发明中16选I电控开关电路的电路原理框图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。
实施例如图I和图2所示，该用于电阻抗断层成像的开关系统为EIT系统的一个子系统，EIT系统主要由主控、激励源、开关系统、信号调理与采集系统、图像处理及主显和16个电极组成。而该开关系统，包括输入接口、输出接口、4组4-16译码电路、4组16选I电控开关电路、屏蔽驱动电路。其中，输入接口包括24针排线针形插座、D-SUB插座、2个SMA连接器；24针排线针形插座主要用于接收开关控制信号，其中 有16针连接4组译码电路、2针接+5V电源、2针接地、2针接-5V电源，其余针空悬预留；D-SUB插座共40针，分为上20针和下20针，其中，下20针中的16针分别用于连接16个电极，接收16个电极信号；2个SMA连接器分别接source+、source-信号，source+、source-为EIT系统的激励源产生的差分激励信号。输出接口包括D-SUB连接器、2个SMA连接器；其中2个SMA连接头分别输出signal+、signal-信号至EIT系统的信号调理与采集系统,signal+、signal-为经过电极和电控开关电路选择后的通道信号；D-SUB连接器的上20针中的16针用于输出电极对应的屏蔽信号。4组4-16译码电路的输出端与该24针排线针形插座连接，每组4-16译码电路的输出端则分别连接一组16选I电控开关电路，每组16选I电控开关电路同时连接一个SMA连接器，且4组16选I电控开关电路的多信号引脚端均连接于内连接总线上，并通过内连接总线、电极信号连线与D-SUB插座连接。所述屏蔽驱动电路通过屏蔽信号连线与D-SUB连接器相连。D-SUB插座和D-SUB连接器相互配套，统称为D-SUB连接头。下面分别对屏蔽驱动电路、4-16译码器电路和16选I电控开关电路进行详细说明。如图3所示，上述屏蔽驱动电路由运算放大器和电阻构成，其中，电阻的两端分别连接运算放大器的反相输入端和输出端，使电阻与运算放大器共同构成一个射极跟随器。该射极跟随器的输入端为运算放大器的同相输入端，输出端为运算放大器的输出端，将射极跟随器的输入端与一路电极信号连通，则相应的输出端输出该路电极的屏蔽信号。16路由运算放大器和电阻组成的射极跟随器共构成16路屏蔽驱动电路，即16个射极跟随器，它们分别控制一个电极信号，输出一个屏蔽信号，从而实现将电极信号反馈到屏蔽层的功能。如图4所示，上述4-16译码器电路由4-16译码器芯片和电阻构成，本发明中共4组4-16译码器电路，分别用来对主控发来的数字控制码进行译码，产生4组16选I电控开关电路的控制信号。开关驱动电路的输入端直接与4-16译码器的16个输出端相连，而4-16译码器芯片的4个数字输入端则分别串联电阻后与24针排线针形插座相连。EIT系统的主控发出的数字控制码先通过电阻，然后进入译码器芯片译出正确的开关控制码，并输出至16选I电控开关。当出现数字高电平信号时，一般为3. 3V，由于译码器芯片输入阻抗大，需要电流小，电阻两端的电压差很小，译码器输入电压近似3. 3V，增加电阻对正常译码无影响；如果外部有很大的冲击电压到来，虽然绝大部分电压还是在译码器的输入端，但由于电阻的限流作用，也不会对译码器造成损伤。译码器按照正常4-16译码方式工作，如表一所不表一
权利要求
1.一种用于电阻抗断层成像的开关系统，其特征在于，包括排线针形插座、D-SUB连接头、4个SMA连接器、4组译码电路、4组电控开关电路、屏蔽驱动电路；其中，屏蔽驱动电路通过屏蔽信号连接线与D-SUB连接头连接，4组电控开关电路的引脚一端分别通过内连接总线与D-SUB连接头连接，每组译码电路的输出端分别与一组电控开关电路的控制端连接，而4组译码电路的输入端则连接于同一个排线针形插座上，每个SMA连接器连接于一组电控开关电路的引脚另一端上。
2.根据权利要求I所述的一种用于电阻抗断层成像的开关系统，其特征在于，所述电控开关电路包括多选一电控开关和开关驱动电路；其中，多选一电控开关的多信号引脚端连接于内连接总线上，单信号引脚端与SMA连接器连接，而其控制端则与开关驱动电路的输出端连接，所述开关驱动电路的输入端与所述译码电路的输出端连接。
3.根据权利要求2所述的一种用于电阻抗断层成像的开关系统，其特征在于，所述译码电路包括译码器芯片和电阻；其中，译码器芯片的输出端与开关驱动电路的输入端相连，而译码器芯片的输入端则通过电阻与排线针形插座相连。
4.根据权利要求3所述的一种用于电阻抗断层成像的开关系统，其特征在于，所述屏蔽驱动电路包括运算放大器和电阻，其中，运算放大器的输出端与D-SUB连接头相连；而电阻则设置于运算放大器的反相输入端与输出端之间。
5.根据权利要求4所述的一种用于电阻抗断层成像的开关系统，其特征在于，所述排线针形插座为24针排线针形插座。
6.根据权利要求5所述的一种用于电阻抗断层成像的开关系统，其特征在于，所述译码器芯片为4-16译码器芯片。
7.根据权利要求6所述的一种用于电阻抗断层成像的开关系统，其特征在于，所述多选一电控开关为16选I电控开关，该电控开关为新型开关。
全文摘要
本发明公开了一种用于电阻抗断层成像的开关系统，包括排线针形插座、D-SUB连接头、4个SMA连接器、4组译码电路、4组电控开关电路、屏蔽驱动电路；其中，屏蔽驱动电路通过屏蔽信号连接线与D-SUB连接头连接，4组电控开关电路的输入端分别通过内连接总线与D-SUB连接头连接，每组译码电路的输入端分别与一组电控开关电路的输出端连接，而4组译码电路的输出端则连接于同一个排线针形插座上，每个SMA连接器连接于一组电控开关电路上。本发明构思巧妙，把传统EIT系统的开关系统从数据采集系统中独立出来单独做成一个子系统，降低了电极分布参数，并采用新型开关和屏蔽驱动技术，最终使得整个EIT系统具备成像精度高、成像速度快、使用寿命长、工作频段宽等优点。
文档编号A61B5/053GK102707695SQ20121018878
公开日2012年10月3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, 徐现红, 戴涛 申请人:思澜科技(成都)有限公司