[发明专利]一种基于FPGA的便携式电阻抗成像系统及其工作方法在审

专利信息
申请号: 201910417812.9 申请日: 2019-05-20
公开(公告)号: CN110279416A 公开(公告)日: 2019-09-27
发明(设计)人: 姚佳烽;陈怀瑾;张益嘉;王力;陈柏;吴洪涛 申请(专利权)人: 南京航空航天大学
主分类号: A61B5/053 分类号: A61B5/053
代理公司: 江苏圣典律师事务所 32237 代理人: 贺翔
地址: 210016 江*** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 生物组织 电阻抗成像系统 电导率 成像 模拟多路复用器 数据采集电路 信号调理模块 电极传感器 压控恒流源 测量设备 反应组织 分布信息 开发环境 可变通道 滤波电路 生理状态 网络模块 信息检测 开发板 嵌入式 信息化 智能化 准确率 板载 套件 运放 主控 搭配 外围
【权利要求书】:

1.一种基于FPGA的便携式电阻抗成像系统,其特征在于:包括硬件部分和软件部分,所述硬件部分包括依次连接的PC机、Red pitaya开发板、压控恒流源模块、模拟多路复用器模块以及电极传感器阵列,所述软件部分包括Red pitaya OS系统、PC操作系统、STEM lab、以及MATLAB软件之间的通信与数据传输;

所述PC机(1)通过Red pitaya开发板板载网卡(3)与开发板主控芯片FPGA(5)进行通信,所述PC机作为上位机发出指令并运行Matlab软件对采集到的数据进行处理与完成图像重构,FPGA(5)作为开发板主控芯片,内嵌Cortex-A9的ARM处理器,运行Red pitaya OS系统,板载外设分为DAC电路(6)、IO扩展接口(7)以及ADC电路(8),所述DAC电路(6)包括10位125Mhz的高速DAC,以及相应的滤波、放大电路,用以产生激励正弦电压信号;IO扩展接口(7)用于将FPGA(5)与多路复用器模块模块(10)相连接;ADC电路(8)包括10位125Mhz的高速ADC,以及相应的滤波、放大电路,用以采集电压信号并上传FPGA(5)。

2.如权利要求1所述的基于FPGA的便携式电阻抗成像系统,其特征在于:所述Redpitaya OS系统作为主控。

3.如权利要求1所述的基于FPGA的便携式电阻抗成像系统,其特征在于:利用Redpitaya开发板板载10位125Mhz高速DAC生成正弦波信号用于激励。

4.如权利要求1所述的基于FPGA的便携式电阻抗成像系统,其特征在于:利用Redpitaya开发板板载10位125Mhz高速ADC采集信号。

5.如权利要求1所述的基于FPGA的便携式电阻抗成像系统,其特征在于:Red pitaya开发板与PC机通过有线/无线网络互联。

6.权利要求1所述的基于FPGA的便携式电阻抗成像系统,其特征在于:使用STEM lab软件实现开发板FPGA与PC机进行通讯。

7.权利要求1所述的基于FPGA的便携式电阻抗成像系统,其特征在于:使用Matlab软件实现数据处理与EIT层析成像。

8.一种如权利要求1-7中任意一项所述的基于FPGA的便携式电阻抗成像系统的工作方法,其特征在于:步骤如下:

由Red pitaya开发板板载DAC电路发出的正弦电压信号经由压控恒流源模块(9)转变为正弦电流信号,并通过多路复用器模块(10)输出到电极传感器阵列(11)中的任意两个电极,这两个电极作为激励电极,激励待测物体并在物体内部产生电场,同时电极传感器阵列(11)的其他电极作为测量电极经由多路复用器模块(10)选通至ADC电路(8),ADC电路(8)采集由激励电极产生的电场信息,当所有测量电极的电场信息采集完毕并上传至FPGA(5)中后,多路复用器模块(10)按顺时针或逆时针顺序选通下两个电极作为激励电极,包括第一次测量中的激励电极在内的其他电极作为采集电极,完成所有需要的电场信息的采集,FPGA5得到上述所有信息后上传至PC机(1),PC机(1)中的Matlab程序对采集到的数据进行FFT处理,得到最终成像需要的电压信息,将该信息导入到Matlab内部的图像重构程序内,配合仿真得到的敏感矩阵,最终完成图像重构。

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