医用电阻抗成像系统的模块化设计

　　进人21世纪，生物医学工程发展很快.将先进的科学技术用于人体医学检查及各项机能测试，实现人体对疾病的早期预防，增强机体功能，提高健康水平，这是人们共同关心的问题.因此，人们对医学检测手段的要求越来越高，检测方式已从人工主观检测发展到现在的主观检测和客观检测相结合，特别是医学影像技术的出现，使诊断疾病的方法更加客观及准确.新一代的无损伤功能成像技术—阻抗断层成像技术( electrical impedance tomography , EIT )，是以生物体内电阻抗的分布或变化为成像目标的一种新型生物医学检测与成像技术.它通过对生物体外加一定安全的激励电流，测得生物体表面电信号来重构生物体的阻抗分布.由于生物组织阻抗特性差别显著，因而电阻抗成像结果明显.利用EIT技术，可以显示人体内组织的阻抗分布图像、人体组织的阻抗随频率变化图像、人体器官生理活动(如呼吸、心脏搏动)时的阻抗变化图像.由于采用外加安全交流电流的方式，它是非侵人检测技术，且是功能成像技术，故在研究人体生理功能和疾病诊断方面有重要的临床价值.它具有简便、无损创、实时、廉价的优势，也可作为对病人进行长期、连续监护的设备，对疾病的早期预防、诊断、治疗及医疗普查都具有十分重大的意义，近十几年来一直受到众多研究者的关注[1-4].

　　1 EIT基本原理及系统设计

　　1.1 EIT基本原理

　　人体是一个大的生物导电体，其组织和器官具有一定的阻抗，而且不同生物组织有不同的阻抗，同一种生物体正常组织和疾病组织的阻抗相差深远.比如，脑部肿瘤阻抗只为正常脑组织阻抗的一半，脑震荡阻抗比正常脑组织阻抗增加100%.因此，可以对生物体输人一个激励电信号，检测其体表电信号，经计算机计算处理得到反映阻抗特性相应的变化的图像.

　　电阻抗断层成像(ETT)技术的主要原理是在被测目标组织表面施加安全的激励电流(电压)信号，同时测量目标组织表面的电压(电流)信号，再根据图像重建算法得到被检测组织内的阻抗(变化)的图像分布，如图1所示.ETT主要研究问题有正问题、逆问题计算和硬件系统设计.本研究小组对ETT正问题和逆问题及硬件系统都进行了较详细的研究，取得了一定成绩[5,6].本文主要阐述ETT硬件系统结构的模块化设计与实现.

　　1.2临床用EIT硬件系统设计要考虑的主要问题

　　完整的EIT系统应包括用于激励和测量的电极阵列、高稳定性的交流激励源、高精度的测量电路、相应控制电路及由计算机系统构成的数据采集与处理单元.由于其被测目标及应用背景的特殊性，ETT技术应用于医疗具有5个特点及需解决的问题: