电阻抗成像系统数字相敏解调器的研究

摘要

电阻抗断层成像是近三十多年在世界范围内兴起的一种全新的生物医学成像技术。该技术通过在生物体表面安放适当数目的电极并注入电流，注入的电流在生物体组织内产生电流场，按照特定的驱动模式测量相关电极的电压，根据注入的交流电流信号和测量获得的若干组电压值，并将这些值作为电阻抗成像软件算法的参数值，通过软件算法计算便可获得生物体内的电阻抗分布，继而得到反映生物体内部组织特性的电阻抗断层图像。由于该技术具有无辐射，可实现对人体连续监护，价格低廉等传统医学成像技术所不能达到的优点，使之成为当今最理想的、最具有前景研究课题之一。
　　 论文阐述了电阻抗断层成像技术的理论基础、发展概况，详细叙述了电阻抗成像技术数据采集系统的原理、电极驱动模式以及相敏解调技术，并实现了适用于数字相敏解调器的非均匀采样技术;论文完成了基于FPGA的数字相敏解调器的VHDL语言和模块原理图的实现，并对该数字系统进行了时序仿真;最后基于该数字系统设计了PCB硬件电路，并对该电路进行了硬件测试。实验结果表明:该系统能够使用低速率ADC实现高采样率，降低了ADC量化误差，提高了电阻抗成像系统中相敏解调器的信噪比。

目录

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摘要

1 绪论

1．1 电阻抗成像概述

1．1．1 电阻抗成像特点

1．1．2 电阻抗成像方法

1．2 国内外研究概况

1．2．1 国外EIT发展状况

1．2．2 我国EIT研究进展

1．3 电阻抗成像的应用前景以及技术难点

1．4 本课题主要研究工作

2 EIT数据测量技术

2．1 EIT的理论基础

2．1．1 生物组织的电特性

2．1．2 电流的生物效应

2．1．3 EIT技术的基本原理

2．2 EIT驱动模式

2．2．1 相邻驱动模式

2．2．2 交叉驱动模式

2．2．3 相对驱动模式

2．2．4 自适应驱动模式

2．3 相敏解调技术

2．3．1 模拟解调技术

2．3．2 数字解调技术

2．4 非均匀采样技术

2．4．1 数字相敏解调器的噪声性能分析

2．4．2 非均匀采样的实现

2．5 小结

3 基于FPGA的数字相敏解调器的实现

3．1 DDS信号发生器

3．1．1 相位累加器

3．1．2 相位调节器

3．1．3 ROM存储器

3．1．4 时钟调节模块

3．1．5 时序仿真

3．2 数字相敏解调器的FPGA实现

3．2．1 偏移二进制转有符号二进制模块

3．2．2 参考正弦、余弦数字序列

3．2．3 乘法器

3．2．4 累加器

3．2．5 时序仿真

3．3 七段数码显示系统

3．3．1 数据刷新模块

3．3．2 七段数码显示模块

3．3．3 时序仿真

3．4 系统模块连接

3．5 小结

4 EIT数字相敏解调系统的硬件电路设计

4．1 FPGA芯片外围电路

4．1．1 时钟电路

4．1．2 下载配置电路

4．1．3 电源和滤波电路

4．2 数模转换系统

4．2．1 数模转换器

4．2．2 放大接收电路

4．3 滤波电路

4．4 ADC采样电路

4．4．1 ADC驱动电路

4．4．2 模数转换器

4．5 显示和控制电路

4．6 小结

5 结果和分析

5．1 无增益时的实验结果和分析

5．2 有增益时的实验结果和分析

5．3 小结

6 总结和展望

6．1 工作总结

6．2 展望

致谢

参考文献