专利名称：应用于多频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：
本发明涉及一种电流源应用系统，具体地说，是涉及一种应用于多频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：
多频电阻抗断层成像是一种无损无害的新型成像技术，其通过在待测体表面放置电极并向电极注入不同频率的低功率交流激励电流，然后使用检测电极来探测待测体内部在不同频率下的阻抗分布特征，由于各生物在不同频率下呈现的频谱特性不同，便可以在结构和功能上反应各生物组织的生理特性，其具有成本低、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。影响多频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，电流流经的有源器件的对地电容，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综合对地电容，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激励信号频率和负载阻抗的变化产生非线性的变化，进而引起成像目标体上电压分布与理想状态产生偏差，并且不同频率之间也会形成较大的系统偏差，最终导致采集系统采集的数据失真，甚至造成成像失败。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综合对地电容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，但这样的处理方式增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行；也可以通过在电流源输出端增加补偿电感，通过补偿电感与电流输出通道对地电容形成并联谐振而消除电流输出通道对地电容的影响的，但是这种方法只能对单一频率进行补偿，对于多频率电阻抗断层系统则意味着要增加多个补偿电路，为了提高系统响应速度，往往将多个频率的正弦信号叠加混频后同时输出，如此补偿手段受到了极大的限制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种应用于多频电阻抗断层成像的电流源应用系统及其实现方法，解决现有技术中存在的交流恒流源的电流输出通道上存在的综合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。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下应用于多频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综合对地电容Cs，所述综合对地电容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具备负电容特性-c_的补偿电路，且该综合对地电容Cs与补偿电路的等效并联电容为r =r -r
^eq^com°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一种。所述综合对地电容Cs至少为电子元件寄生电容、电路板走 线杂散电容、电流流经的有源器件的对地电容、电流输出线缆分布电容中的任意一种。所述具备负电容特性-C.的补偿电路为具有负电容特性的元器件或模块；例如由运算放大器及与该运算放大器相连的电容及电阻构成的补偿电路；或者由运算放大器及与该运算放大器相连的电容及数字可调电位器构成的补偿电路。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综合对地电容Cs，在该综合对地电容Cs两端并联具备负电容特性-C.的补偿电路，则综合对地电容Cs与补偿电路的等效并联电容为=C^=Cs-Cram ；(3)调整补偿电路参数，使补偿电路与综合对地电容Cs的等效并联电容中的Cs=Ccom,即二者的等效并联电容为=Cmj=Cs-Ccot=O,从而使工作状态下综合对地电容Cs与补偿电路的等效并联电容无穷小，而由此出现的分流则无穷小；(4)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。具体地说，在上述方法中，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一种。所述综合对地电容Cs至少为电子元件寄生电容、电路板走线杂散电容、电流流经的有源器件的对地电容、电流输出线缆分布电容中的任意一种。所述具备负电容特性-C■的补偿电路为具有负电容特性的元器件或模块；例如由运算放大器及与该运算放大器相连的电容及电阻构成的补偿电路；或者由运算放大器及与该运算放大器相连的电容及数字可调电位器构成的补偿电路。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一个具有负电容特性-Ccot的补偿电路，使其与电流源输出通道上的综合对地电容Cs并联，通过使二者的等效并联电容Ceq=Cs-Ccoffl=O,从而使工作状态下综合对地电容Cs与补偿电路的等效并联电容无穷小，进而大大降低了综合对地电容Cs对负载的分流效应的影响，降低了综合对地电容Cs在宽频率范围内对电流源输出电流的影响，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.本发明中具有负电容特性-C.的补偿电路有多种设计方式，且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，进而大大降低了设计难度，最终达到了降低系统设计成本的目的。3.本发明根据电流输出通道综合对地电容Cs的测量结果，巧妙地设计了具备负电容特性的补偿电路进行补偿，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综合对地电容Cs的负面影响，具有十分显著的成效。4.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，进一步提高了应用前景和应用价值。5.本发明可以采用多个电流源并联工作；也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。6.本发明具有频率相关性小的特性，可以对较宽频率内的交流信号进行有效补偿；同时，还具有波形形态相关性小的特性，可以对任意形态的交流信号进行有效补偿；如·此便更进一步地提高了本发明的应用范围和应用前景，更进一步地提高了本发明的实用价值。
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。
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I如图1、2所示，应用于多频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综合对地电容Cs，所述综合对地电容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具备负电容特性-Ccom的补偿电路，且该综合对地电容Cs与补偿电路的等效并联电容为Ceq — Cs_Gcom。其中，电流源输出通道为电流输出线缆；具备负电容特性-C.的补偿电路直接选择具有负电容特性的元器件；综合对地电容Cs为电子元件寄生电容、电路板走线杂散电容、电流流经的有源器件的对地电容、电流输出线缆分布电容之和。由于电流输出通道的综合对地电容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；并在综合对地电容Cs两端并联具备负电容特性-c_的补偿电路，则综合对地电容Cs与补偿电路的等效并联电容为
P =P -P .
^eq-^com 然后，调整补偿电路参数，令CS=C_，即二者的等效并联电容为
权利要求
1.应用于多频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综合对地电容cs，其特征在于，所述综合对地电容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具备负电容特性-C.的补偿电路，且该综合对地电容Cs与补偿电路的等效并联电容为r =r -c^eq^com°
2.根据权利要求I所述的应用于多频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。
3.根据权利要求2所述的应用于多频电阻抗断层成像的电流源应用系统，其特征在于，所述综合对地电容Cs至少为电子元件寄生电容、电路板走线杂散电容、电流流经的有源器件的对地电容、电流输出线缆分布电容中的任意一种。
4.根据权利要求3所述的应用于多频电阻抗断层成像的电流源应用系统，其特征在于，所述具备负电容特性-c_的补偿电路为具有负电容特性的元器件或模块。
5.应用于多频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综合对地电容Cs，在该综合对地电容Cs两端并联具备负电容特性-Ccom的补偿电路，则综合对地电容Cs与补偿电路的等效并联电容为Ceq=CS_CCOm ; (3)调整补偿电路参数，使补偿电路与综合对地电容Cs的等效并联电容中的Cs=Crani,即二者的等效并联电容为=C^=Cs-Ccot=O,从而使工作状态下综合对地电容Cs与补偿电路的等效并联电容无穷小，而由此出现的分流则无穷小； (4 )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。
6.根据权利要求5所述的应用于多频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。
7.根据权利要求6所述的应用于多频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，所述综合对地电容Cs至少为电子元件寄生电容、电路板走线杂散电容、电流流经的有源器件的对地电容、电流输出线缆分布电容中的任意一种。
8.根据权利要求7所述的应用于多频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，所述具备负电容特性-c_的补偿电路为具有负电容特性的元器件或模块。
全文摘要
本发明公开了一种应用于多频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综合对地电容CS，所述综合对地电容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具备负电容特性-Ccom的补偿电路，且该综合对地电容CS与补偿电路的等效并联电容为Ceq＝Cs-Ccom。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，容易随着负载阻抗的变化产生非线性变化，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。
文档编号A61B5/053GK102697500SQ20121018895
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, 向飞, 徐现红, 戴涛, 蒲洋 申请人:思澜科技(成都)有限公司