（3）肺功能检测

研究表明,肺吸入的空气量同阻抗变化有紧密联系。由肺部组织的膨张和收缩导致的阻抗变化较大，因此，电阻抗成像技术可以用来监测肺部通气情况和检查某些肺部疾病。

ETI技术除了可应用于医学检测，也能用于非医学检测，例如考古研究，地质研究，非破坏性探测等等。

1.4 电阻抗成像技术的难点

EIT技术在成像算法和实际测量等方面还存在着许多有待解决的问题，其中主要的问题和难点有：

（1）逆问题的变态性：EIT图像重建是一个病态的非线性逆问题。其病态的表现之一是边界电压数据的微小扰动就会引起解的大幅度变化[11], 即图像重建算法对采集到的数据中的噪声特别敏感,这要求EIT测量系统有很高的测量精度和一定的抗干扰能力。

（2）信息量有限：虽然可以通过增加电极个数来增加测量数据量, 但电极数目不可能无限增加；而且，就现有算法而言,数据量的增加会使得计算量增大。

（3）精度要求高：目前最大可实现的生理性阻抗变化只引起测量电压10%的变动,所以通常认为EIT测量硬件必须有至少0.1%的精度[12]。文献综述

（4）计算量大：EIT图像重构算法的计算量很大，且随着分辨率要求的提高, 电极数增多和有限元剖分规模增大，计算量的增长是更加迅速。

目前，实现有效的高精度，高分辨率的成像和快速收敛的算法仍是EIT技术的难点，因此，电阻抗成像技术的研究也多集中在改进成像模型和重建算法方面，来改善电阻抗成像系统的分辨率。

1.5本文的主要工作和结构

本文对生物电阻抗断层成像技术的基础理论和模型进行了详细的介绍和研究，并以此为基础进行EIT数据采集与处理系统硬件电路的的设计与研究，为今后进一步研究，加快该技术的实用化奠定基础。

本文的主要成果是提出了一种可实现EIT数据采集与处理的硬件电路的设计方案，针对电路的各个组成模块分别进行设计，并且用Multisim软件对部分模块的电路进行了仿真。本文还利用了数字化的思想，提出了一种数字相敏解调器的设计方案，并介绍了用FPGA实现数字相敏解调的过程。

各章具体内容安排如下:

第一章阐述了EIT成像技术的发展历史与现状，简要介绍了EIT技术的实践应用情况和该技术的仍然存在的难点。

第二章介绍了EIT成像技术的基本原理与系统组成，对EIT数据采集系统进行了总体电路的设计。

第三章为本文重点，分模块讨论了EIT成像系统的硬件电路的构成，并对数据测量采集模块，交流信号源模块，电极阵列控制模块分别进行了设计。

最后一部分是对全文进行了总结以及对该系统的进一步研究作了展望。

2  EIT数据采集系统总体设计

2.1 EIT的基本原理

电阻抗成像的基本原理是：将电极阵列置于生物体体表，通过其中的电极给生物体施加安全的激励电流信号（用于人体测量时，电流的频率通常小于100kHz），再从其他的电极上采集获得响应电压信号（也可以施加激励电压信号采集电流信号），经处理后，通过通讯接口传递给PC机，根据电流，电压信号的关系，用一定的重构算法得到生物体内部电阻抗分布或变化的的信息，进而用计算机重建出反映物体内部结构的图像。源:自~优尔·论`文'网·www.youerw.com/

完整的EIT系统主要由数据采集系统和图像重构系统两大部分组成。其中，EIT数据采集系统通常以单片机和FPGA（现场可编程门阵列）为核心构成,可以完成恒流源输出的交流信号的控制，激励和测量电极的选通，对电压信号进行采集和处理，并将处理后的结果通过串行通讯接口传递给PC机，在PC机的控制下进行重构算法，完成图像的重建和显示。