杨宇祥 白世展 林海军 李建闽 张甫

(湖南师范大学工程与设计学院,长沙 410081)

本文从周期信号的整周期采样无频谱泄露这一原理出发,提出基于multisine 信号的整周期采样理论,从理论上推导出满足multisine 整周期采样的采样率设置条件,构建了基于FPGA+数模转换器+模数转换器的整周期采样实现方法,研制了一种基于multisine 激励和整周期采样的新型多频电阻抗成像(mfEIT)系统;设计了胡萝卜棒+黄瓜棒的双目标成像模型,并进行了多频时差成像和频差成像实验.实验表明,本mfEIT 系统能够在一个基波周期(1 ms)内实现20 个频率点(2—997 kHz)多目标组织边界的全频阻抗测量,成像结果可区分具有不同电特性生物组织的结构与位置.本文提出的基于multisine 信号的整周期采样理论及其实现方法,只需一个multisine 基波周期即可完成一次全频阻抗测量,为研制高速mfEIT 系统奠定了理论和技术基础.

1 引言

电阻抗成像(electrical impedance tomography,EIT)是一种通过生物组织边界电阻抗重建其内部电导率分布的可视化图像方法[1].相比于其他成熟的、非侵入性成像技术,如磁共振成像(MRI)[2]和X 射线计算机断层扫描(CT)[3],EIT 具有无辐射、低成本、小型化等优势,尤其适合连续和实时监测场合,在乳腺癌筛查[4]、肺部急性损伤检测[5]、脑部快速电活动检测[6]及体外血栓检测成像[7]等医学临床检测中得到了日益广泛的应用.传统的EIT系统通常基于单频阻抗测量和时差成像算法(timedifference EIT,td-EIT)[8],单频EIT 的一个基本问题是生物组织的绝对阻抗很难确定,只能观测生理或病理过……