基于Linux平台的电阻抗成像方法研究

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生物医学电阻抗断层成像(Electrical Impedance Tomography)技术是利用不同组织、器官在不同生理、病理期的阻抗特性(电阻或电导)差异,为疾病的监测及诊断提供功能性影像,具有低成本、重复利用、无损伤、实时动态监护等优势。国内外学者围绕人体脑部、胸部、腹部及乳腺等感兴趣区域进行深入研究,并取得一定成果。电阻抗成像系统大多以FPGA、DSP或PXI总线控制器作为阻抗数据采集核心,被测数据通过串口或USB 口上传至计算机,并对数据进行处理,经图像重建算法实现图像重建。本论文开发了一套由主机(Windows)、ARM920t开发板、Linux操作系统以及AD5933阻抗采集电路共同构建的八电极TUSTEITARM1.0嵌入式电阻抗成像系统。论文中首先搭建完成了嵌入式系统软件开发环境,编写了 Boot Loader,启动Boot Loader后将内核复制到内存中进行编译,挂接根文件系统,实现主机、开发板、Linux系统三者之间的数据通信;然后系统通过选用ARM920t嵌入式开发板作为开发平台,以S3C2410/S3C2440作为主控芯片、AD5933作为阻抗采集电路,通过ⅡC通信协议完成AD5933与S3C2440之间的主机/从机数据通讯,最终实现数据测量。此外,本文还开发了基于QT的GUI界面,通过对GUI界面的操作可实现阻抗数据的采集、显示、保存以及曲线绘制、图像重建等功能。TUSTEITARM1.0嵌入式电阻抗成像系统采用AD9520-5同步时钟实现了八电极数据采集过程的同步控制,系统以圆形水槽为模型,以有机玻璃棒为成像目标,对目标的几种不同分布分别进行数据采集,利用COMSOL软件环境建立的仿真模型进行求解,获得灵敏度矩阵,最后通过Gauss-Newton图像重建算法进行成像。在阻抗采集电路中采用AD8606消除电路中输出阻抗、偏置电流和失调电压的影响,提高了系统的抗噪性。系统在相邻激励相邻测量工作模式下,实现了数据采集、处理及成像的功能,并在物理模型上完成了系统性能测试,系统信噪比为65.6dB。实验结果验证了该嵌入式系统运行的可靠性和稳定性,成像结果令人满意。本文的主要创新点有:研发了以嵌入式Linux系统平台作为阻抗数据采集核心的电阻抗成像系统,构建完成了系统的阻抗数据采集开发环境,使得操作更加便携高效;实现了八电极被测场域内的数据同步采集,获得内部阻抗分布图像;实现了嵌入式平台GUI界面的研发,为进一步的研究奠定了基础。
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