专利名称：一种电阻抗断层成像系统及其电极屏蔽方法
技术领域：
本发明涉及一种屏蔽方法，具体地说，是涉及一种应用于电阻抗断层成像系统中的电极的屏蔽方法。
背景技术：
电阻抗断层成像系统简称EIT系统，是近20年发展起来的新一代医学成像技木，它具有无损伤、功能成像和医学图像监护等突出优势。EIT系统通过体表电极注入微小电流，同时测量其它电极上的电压相应信号，通过求解拉普拉斯方程的逆问题重建测量目标的电导率分布或其变化的图像。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。由于其所获得的独立有效数据的数量低于CT、MRI系统2个数量级，故EIT的成像 精度相对不高。EIT成像是ー个严重病态的逆问题求解过程，在重建算法上，EIT采用的是软场分析，其数据处理和图像重建算法中假设及边界条件多，算法对数据收敛性要求高。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。电极作为EIT设备的传感元件，包含电极线和电极片，它位于高灵敏检测系统的最前端，在电极上经常会发生干扰、噪声、伪差、接触阻抗、极化电压、电容效应等，都会被当做有用信号被后续电路放大、处理，參数信号处理，从而影响图像重构的效果。目前为了提高电极的抗干扰能力，通常做法是采用带屏蔽层的电扱，即电极线带屏蔽层。现有技术中，为了实现电极屏蔽，通常是让电极线屏蔽层接地。但是如果直接将电极线屏蔽层接地又会带来对地电容效应，相当于电极线和地之间串联了一个很小的电容。系统是通过电极来输入输出信号的，当工作频率低的时候，容抗很高，不会影响系统输入输出阻杭，但当频率很高的时候，容抗很小，就会严重影响系统输入输出阻杭，进而影响各电极通道上的信号幅度，造成数据精度降低，图像重建不成功。随着电极线的长度增加，电容值会增加，以上描述的现象会越明显。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电阻抗断层成像系统及其电极屏蔽方法，解决现有技术中存在的当工作频率很高时容抗过小、电极线长度增加电容值会增加等会影响电极通道上的信号幅度的问题，在保证信号传输的前提下，提高电极屏蔽的效率，降低系统开发与使用成本。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下
一种电阻抗断层成像系统，包括主控设备，分别与该主控设备连接的图像处理与显示装置、信号调理与AD转换电路、开关系统、屏蔽驱动电路和激励源产生电路，以及分别与该开关系统和屏蔽驱动电路连接的屏蔽电扱，且该开关系统还分别与信号调理与AD转换电路、屏蔽驱动电路和激励源产生电路连接。进ー步地，所述屏蔽驱动电路包括两个复合开关，以及连接于每ー个复合开关的输入端的控制排线和运算放大器，和分别置于该运算放大器的同相输入端和输出端的电阻；同吋，每ー个复合开关至少配置有两个输出端。所述复合开关为模拟集成开关或机械开关，或者采用分立的三极管或者MOS管组合而成。再进ー步地，所述屏蔽电极至少为ー个，且每一个屏蔽电极均包括线芯，和包裹于该线芯外表面的屏蔽层；所述线芯与开关系统的信号线相连，而屏蔽层则与屏蔽驱动电路相连。以上述硬件系统为基础，本发明提供了一种电阻抗断层成像系统的电极屏蔽方法，包括以下步骤
(1)选用由线芯外表面包裹屏蔽层的屏蔽电扱，井根据屏蔽电极的数量，确定复合开关的数量，再以复合开关为基础，组建屏蔽驱动电路；
(2)使用主控设备、图像处理与显示装置、信号调理与AD转换电路、开关系统、屏蔽驱动电路、激励源产生电路和屏蔽电极组建成电阻抗断层成像系统，其中，屏蔽电极的线芯与 开关系统连接，屏蔽层与屏蔽驱动电路连接；
(3)运行电阻抗断层成像系统，使屏蔽驱动电路产生电极屏蔽层信号，该电极屏蔽层信号传输至屏蔽电极的屏蔽层，抵抑屏蔽电极受到的干扰信号，使线芯中信号与屏蔽层一致，从而消除屏蔽层与线芯之间的耦合电容。进ー步地，所述步骤(I)的具体方法包括
(Ia)按照屏蔽电极与复合开关对应的方式确定复合开关的数量；
(Ib)姆ー个复合开关的输出端均通过输出端ロ连接ー个屏蔽电极的屏蔽层，而在复合开关的输入端则连接一个运算放大器，同时配置运算放大器的辅助电路；
(Ic)利用控制排线连接复合开关与主控设备，最終形成屏蔽驱动电路。 再进ー步地，为了降低成本，所述屏蔽驱动电路中运算放大器的数量为两个。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果
(1)本发明采用屏蔽驱动电路产生电极屏蔽层信号，从而避免了传统的接地屏蔽方法对EIT系统存在影响系统性能的副作用的问题，解决了屏蔽接地带来的电容效应，进而提高了屏蔽效果；
(2)本发明的复合开关可以采用模拟集成开关、机械开关，或者由分立的三极管或者MOS管组合而成，不仅价格低廉，而且具有很高的选择灵活性；
(3)本发明通过对屏蔽驱动电路的巧妙设计，使运算放大器的数量减小到最小，只通过改变复合开关的数量来实现系统连接与工作，而复合开关的价格远远低于运算放大器，因此，与经典的屏蔽驱动电路相比，本发明有效地降低了系统开发成本，同时也降低了屏蔽驱动电路的使用功耗，节约了使用成本；
(4)本发明通过巧妙的设计和合理的搭配，改变了传统的设计思想，达到了高效、低成本的电极屏蔽效果，具有非常高的实用价值，非常适合大規模推广应用。
图I为本发明中电阻抗断层成像系统的系统框图。图2为本发明中屏蔽驱动电路的电路原理框图。图3为本发明中线芯与屏蔽层之间的等效电路示意图。
图4为图3的等效电路。图5为本发明屏蔽方法示意图。
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
如图1、2、3、4、5所示，一种电阻抗断层成像系统，包括主控设备、分别与该主控设备连接的图像处理与显示装置、信号调理与AD转换电路、开关系统、屏蔽驱动电路和激励源产生电路，以及分别与该开关系统和屏蔽驱动电路连接的屏蔽电扱，且该开关系统还分别与信号调理与AD转换电路、屏蔽驱动电路和激励源产生电路连接。其中，所述屏蔽驱动电路包括两个复合开关，以及连接于每ー个复合开关的输入端的控制排线和运算放大器，和分别置于该运算放大器的同相输入端和输出端的电阻，且每ー个复合开关至少配置有两个输出端。所述复合开关为模拟集成开关或机械开关，或者采用分立的三极管或者MOS管组合而成。所述屏蔽电极数量至少为ー个，且每一个屏蔽电极均包括线芯，和包裹于该线芯外表面的屏蔽层；所述线芯与开关系统相连，而屏蔽层则与屏蔽驱动电路相连。以上述电阻抗断层成像系统即EIT系统为基础，本发明提供的电极屏蔽方法如下
设EIT系统有N个屏蔽电极，其线芯编号为I…N，屏蔽层编号为SHI... SHN。将EIT系统经过开关选通后的电极通道信号signal+、signal-分别与屏蔽驱动电路的输入IN+、IN-相连，将屏蔽驱动电路N个输出编号为SHI... SHN，分别与编号为SHI... SHN的屏蔽层对应相连。EIT系统的主控设备通过排线的方式与屏蔽驱动电路中复合开关上的控制排线control I+..·. conrtol (log2 (N)) + 及 conroll— . conrtol (log2 (N))-相连。屏蔽驱动电路内部的电路连接方式为从主控设备引出两组log2(N)根排线，经控制排线 controll+...· conrtol (log2 (N)) + 及 conroll—. conrtol (log2 (N))-与复合开关相连；输入信号IN+、IN-分别通过电阻与两个运算放大器的正输入端相连，而两个运算放大器的输出端则分别与两外两个电阻相连，同时，该两个运算放大器的输出端还分别与它们自身的反相输入端相连。与运算放大器的输出端连接的两个电阻又分别与两个复合开关相连，设该两个复合开关的输出端则对应地与电极的屏蔽层SH1 "SHN连接。根据抗干扰理论以及电子电路基本原理，以及EIT系统设计要求，采用上述屏蔽驱动电路产生屏蔽层信号，从而实现电极屏蔽，是ー种高效的EIT电极屏蔽方法，可以克服电极分布參数造成EIT输入阻抗降低的不利影响。将所述电极看成ー个R、C等效电路，当屏蔽层接地吋，线芯与屏蔽层存在电势差U，从屏蔽电极的线芯到屏蔽层的电流
/=c|,这个电流使得屏蔽电极的线芯信号幅度减小，其输入阻抗降低；当屏蔽层与线芯
信号大小一致，电势差u=0，屏蔽电极的线芯到屏蔽层的1=0，等效电容不存在，此时屏蔽电极的分布參数就对线芯的信号不造成影响，屏蔽电极的输入阻抗不变。
当屏蔽电极遇到外部干扰时，根据抗干扰理论，由于屏蔽层是ー个等电势面，干扰信号将屏蔽层及其包围的空间看成等势体，内部没有电势差，干扰信号会穿透屏蔽电极而不会对屏蔽层包围的线芯信号造成影响。使用吋，当电阻抗断层成像系统需要采集某两个电极通道的信号a、b时，通过主控设备发出的开关控制信号，控制开关系统将signal+与a连通，signal-与b连通。signal+为a电极线线芯上的信号，signal-为b电极线线芯上的信号。Signal+、signal_除了被接入信号调理与AD转换电路，同时还作为屏蔽驱动电路的输入。此时，电阻抗断层成像系统通道控制信号控制屏蔽驱动电路产生电极a、b的屏蔽层信号，即屏蔽驱动电路在接到主控设备发来的控制信号后产生与signal+ —致的信号并传输给a电极的屏蔽层，产生与signal-—致的信号并查给b电极的屏蔽层。依次类推，电阻抗断层成像系统每采集不同通道的信号，屏蔽驱动都按以上工作，从而通过传输给屏蔽层的信号与电极受到的外 界干扰信号相互抵消，达到高效、低成本地实现电极屏蔽的目的。按照上述实施例，便可很好地实现本发明。
权利要求
1.一种电阻抗断层成像系统，其特征在于，包括主控设备、分别与该主控设备连接的图像处理与显示装置、信号调理与AD转换电路、开关系统、屏蔽驱动电路和激励源产生电路，以及分别与该开关系统和屏蔽驱动电路连接的屏蔽电扱，且该开关系统还分别与信号调理与AD转换电路、屏蔽驱动电路和激励源产生电路连接。
2.根据权利要求I所述的ー种电阻抗断层成像系统，其特征在于，所述屏蔽驱动电路包括两个复合开关，连接于每ー个复合开关的输入端的控制排线和运算放大器，以及分别置于该运算放大器的同相输入端和输出端的电阻；同吋，每ー个复合开关至少配置有两个输出端。
3.根据权利要求2所述的ー种电阻抗断层成像系统，其特征在干，所述复合开关为模拟集成开关或机械开关。
4.根据权利要求I或2或3所述的ー种电阻抗断层成像系统，其特征在于，所述屏蔽电极至少为ー个，且每一个屏蔽电极均包括线芯，和包裹于该线芯外表面的屏蔽层；所述线芯与开关系统的信号线相连，而屏蔽层则与屏蔽驱动电路相连。
5.一种电阻抗断层成像系统的电极屏蔽方法，其特征在于，包括以下步骤 (1)选用由线芯外表面包裹屏蔽层的屏蔽电极，井根据屏蔽电极的数量，确定复合开关的数量，再以复合开关为基础，组建屏蔽驱动电路； (2)使用主控设备、图像处理与显示装置、信号调理与AD转换电路、开关系统、屏蔽驱动电路、激励源产生电路和屏蔽电极组建成电阻抗断层成像系统，其中，屏蔽电极的线芯与开关系统连接，屏蔽层与屏蔽驱动电路连接； (3)运行电阻抗断层成像系统，使屏蔽驱动电路产生电极屏蔽层信号，该电极屏蔽层信号传输至屏蔽电极的屏蔽层，抵抑屏蔽电极受到的干扰信号，使线芯中信号与屏蔽层一致，从而消除屏蔽层与线芯之间的耦合电容。
6.根据权利要求5所述的ー种电阻抗断层成像系统的电极屏蔽方法，其特征在于，所述步骤(I)的具体方法包括 (Ia)按照屏蔽电极与复合开关对应的方式确定复合开关的数量； (Ib)姆ー个复合开关的输出端均通过输出端ロ连接ー个屏蔽电极的屏蔽层，而在复合开关的输入端则连接一个运算放大器，同时配置运算放大器的辅助电路； (Ic)利用控制排线连接复合开关与主控设备，最終形成屏蔽驱动电路。
7.根据权利要求5或6所述的ー种电阻抗断层成像系统的电极屏蔽方法，其特征在干，所述屏蔽驱动电路中运算放大器的数量为两个。
全文摘要
本发明公开了一种电阻抗断层成像系统及其电极的屏蔽方法，主要解决了现有技术中存在的当工作频率很高时容抗过小、电极线长度增加电容值会增加等会影响电极通道上的信号幅度的问题。其中，电阻抗断层成像系统，包括主控设备，分别与该主控设备连接的图像处理与显示装置、信号调理与AD转换电路、开关系统、屏蔽驱动电路和激励源产生电路，以及分别与该开关系统和屏蔽驱动电路连接的屏蔽电极，且该开关系统还分别与信号调理与AD转换电路、屏蔽驱动电路和激励源产生电路连接。根据该电阻抗断层成像系统，本发明还提供了相应的电极屏蔽方法，达到了高效、低成本电极屏蔽的目的。
文档编号H05K9/00GK102688039SQ201210188130
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