| 【中文题名】 | 电阻抗成像技术的研究与系统设计 |
| 【英文题名】 | |
| 【学科专业】 | 电路与系统 |
| 【论文级别】 | 硕士论文 |
| 【投稿时间】 | 2006-12-6 |
| 【中关键词】 | 电阻抗成像,正问题,有限元法,逆问题,FPGA,正交解调 |
| 【英关键词】 | EIT,FEM,Reconstruction,Newton arithmetic,FPGA,Phase-Sensitive Demodulator, |
| 【分类导航】 | 工业技术>自动化技术、计算机技术>自动化技术及设备>自动化系统>数据处理、数据处理系统>集中检测与巡回检测系统 |
| 【论文摘要】 | 电阻抗断层成像技术(Electrical Impedance Tomography，简写为EIT)是近二三十年发展起来的一种新的医学成像技术。生物组织的电阻抗含有反映组织、器官的生理状态及功能的信息，EIT技术是以电流流过人体时人体组织呈现出的电特性为依据，对它的电阻抗分布进行计算机成像。
首先对电阻抗成像技术的理论进行了探讨，包括：EIT技术前向问题模型的建立、采用有限元法解偏微分方程、逆问题中重建算法的推导，并在MATLAB平台上进行了图像重建算法的验证。接着介绍了EIT成像系统的设计方案，然后对硬件电路进行了设计，包括交流信号源、滤波器、电极阵列的逻辑控制、AD采样电路及FPGA实现数字相敏解调器。
仿真结果表明，Newton类算法可以重建出电阻抗的分布图；基于FPGA设计的数字相敏解调器模块适用于EIT系统中信号处理的应用场合。 |
| 【论文题纲】 |
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摘要 |
3-4 |
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Abstract |
4-7 |
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1 绪论 |
7-14 |
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1.1 电阻抗成像技术的发展 |
7-8 |
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1.2 EIT成像技术的原理和应用 |
8-13 |
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1.2.1 生物组织的电特性 |
9-10 |
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1.2.2 EIT技术的成像过程 |
10-11 |
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1.2.3 EIT技术的应用 |
11-13 |
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1.3 本文的主要工作和结构 |
13-14 |
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2 电阻抗成像的基本原理和模型 |
14-25 |
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2.1 EIT技术的基础理论 |
14 |
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2.2 EIT成像技术的数学物理模型 |
14-18 |
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2.2.1 模型的建立 |
15-17 |
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2.2.2 EIT技术的正问题和逆问题 |
17-18 |
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2.3 正向问题的有限元解法 |
18-24 |
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2.3.1 EIT有限元法的原理和区域剖分 |
18-20 |
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2.3.2 正向问题有限元矩阵方程的建立 |
20-23 |
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2.3.3 有限元线性方程组的求解 |
23-24 |
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2.4 本章小结 |
24-25 |
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3 EIT图像重建算法的研究 |
25-37 |
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3.1 EIT图像重建算法的介绍 |
25-27 |
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3.2 牛顿类算法 |
27-32 |
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3.2.1 Newton-Raphson重建算法的推导 |
28-30 |
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3.2.2 正则化的牛顿算法 |
30-31 |
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3.2.3 迭代次数及正则化参数的选择 |
31-32 |
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3.3 牛顿重建算法的MATLAB计算与仿真 |
32-36 |
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3.3.1 雅可比矩阵的建立与求解 |
32-34 |
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3.3.1 MATLAB实现重建算法的仿真 |
34-36 |
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3.5 本章小结 |
36-37 |
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4 EIT成像系统的硬件电路设计 |
37-67 |
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4.1 EIT成像系统的硬件结构 |
37-39 |
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4.2 DDS交流信号源 |
39-44 |
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4.2.1 DDS芯片介绍 |
39-41 |
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4.2.2 信号产生电路 |
41-42 |
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4.2.3 低通滤波器的设计 |
42-44 |
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4.3 电压控制电流源的电路设计 |
44-47 |
|
4.4 电极开关阵列的选择与设计 |
47-50 |
|
4.4.1 驱动开关阵列的设计 |
47-48 |
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4.4.2 电压测量端选通电路的设计 |
48-50 |
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4.5 数据采集系统的设计 |
50-65 |
|
4.5.1 前置放大器 |
50-51 |
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4.5.2 四阶巴特沃兹带通滤波器的设计 |
51-54 |
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4.5.3 A/D采样电路 |
54-56 |
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4.5.4 FPGA实现数字相敏解调 |
56-65 |
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4.5.4.1 模拟相敏解调的介绍 |
57-58 |
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4.5.4.2 数字相敏解调的原理 |
58-62 |
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4.5.4.3 FPGA实现双路正交解调 |
62-65 |
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4.6 数据的传输 |
65-66 |
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4.7 本章小结 |
66-67 |
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5 总结和展望 |
67-69 |
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致谢 |
69-70 |
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参考文献 |
70-71 |
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| 【DOI】 | LunWen.ID:2.2008.381223 |
