FPGA应用于EIT系统的数字相敏解调器的研究(2)
3.3小结 13
4基于FPGA的数字相敏解调器FPGA实现 14
4.1 DDS信号发生器 14
4.1.1相位累加器 15
4.1.2相位调节器 15
4.1.3 ROM存储器 15
4.1.4时钟调节模块 16
4.2数字相敏解调器的FPGA实现 16
4.2.1偏移二进制转换为有符号二进制部分 16
4.2.2参考正弦、余弦数字序列 17
4.2.3乘法器 18
4.2.4累加器 18
4.2.5数字相敏解调器 19
4.3七段数码显示系统 20
4.3.1数据刷新模块 20
4.3.2七段数码显示模块 21
4.3.3时序仿真 21
4.4系统模块连接 22
4.4实验结果分析 23
4.4.1 DDS信号发生器的仿真与分析 23
4.4.2 数字相敏解调系统的仿真与分析 24
4.5小结 27
结 论 28
致 谢 29
参考文献30
1 绪论
电阻抗断层成像技术EIT（Electrical Impedance Tomography)即生物电阻抗成像技术（Bioelectrical Impedance Tomography)，人体具有一定的电阻抗特性且不同的生理状态下这些参数都不一样，如果在体表加载合适的激励，可以测得反馈信号也就可以进一步通过数学建模来监测人体内部的电阻抗特性，从而反映人体的内部健康状况[1]。EIT技术可以通过外部检测得到人体内部的生理信息，无损伤、零危害、高精度、实时反馈，是具有广泛前景的技术，也是国内外科研人员的重点研究方向[2-4]。EIT系统具体框架如下图1.1所示。
图1.1 EIT系统整体架构
1.1 电阻抗成像概述
电阻抗断层成像技术将电极阵安放到人的身体表面，加载上交流电流，采集形成的电压信息，重建人体内部的电特性图像。所以，EIT技术有望能够实现即时反馈人体内部生理信息图像的功能。这大大优于其他的采集成像手段，如超声波测量、CT扫描等。EIT技术具有无损伤、零危害、高精度、实时反馈等特性并且成本低、对环境要求低，所以EIT技术越来越受到人们的瞩目，拥有广阔的前景。
1.1.1 电阻抗成像特点
研究表明：生物的生理信息与其电阻抗特性相关联，生理状态的改变会反映在电阻抗参数上。EIT正基于此，给生物体加载安全电流，采集对应的电位参数，然后通过相应的软件算法来重构电阻抗分布图像，有着许多的优点：
(1)无损害：EIT仅加载安全的激励来获取电特性信息，对人体无害，所以可以实现长时间、不断点的监测。
(2)对功能变化敏感：EIT技术对于人体内部组织变化尤其敏感。实验发现：用EIT监测人体器官的电阻率参数的变化，几分钟内就能知道器官是否损伤出血，而其他手段则要之后很久才能够完成这一功能。
(3) EIT系统设备结构简单、廉价：EIT的硬件实现是非常方便和简单的，而且成本费相对较低，所以更易被人们认可。
1.1.2电阻抗成像方法
EIT成像方法因成像对象的状态不一而分为：静态成像与动态成像。在获得数据的方法上分为：接触式、非接触式。
静态成像是构建生物电导率的绝对值分布图像，应用范围较广[5]。但是对硬件要求高，目前是重点研究对象。动态成像又称为差分成像，用差分算法来处理两个时间点的数值，从而得到电阻抗分布的差值，最后得到差分图像。