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乳腺疾病是当今社会威胁女性身体健康的最普遍因素之一,其中乳腺癌已经成为非常常见的恶性肿瘤。目前,检测乳腺疾病的方法有:触诊、乳腺X射线照相、乳腺超声、乳腺核磁共振成像(MRI)等。乳腺电阻抗扫描(EIS)技术利用恶性肿瘤组织的电导率或电阻率与正常乳腺组织的电导率或电阻率之间存在的显著性差异,通过EIS检测设备得到二维灰度图像,再根据这种灰度图来判断乳腺内是否存在异常包块。由于组织电特性的变化一般在病变初期就会发生,所以电阻抗扫描成像技术具有检测组织早期病变的潜在优势,是一种适合用于乳腺疾病普查的新方法。
本课题在研究电阻抗扫描原理的基础上,开发出了一套基于分时扫频的EIS新型样机硬件,它由两个部分构成——EIS主机板和探测手柄,其中EIS主机板主要包括主控单元、激励源单元和数据采集单元:样机主控单元由FPGA和MCU组成,MCU作为主控芯片,协调包括上位机在内的整个系统工作;激励源单元能够产生200Hz~1MHz范围内、幅度8级可调的正弦电压激励信号;数据采集单元包含双通道,其数据采集速率为20MSPS(Million Sample Per Second)。EIS探测手柄分为两种类型,Ⅰ型手柄功能为先将64路电极信号通过开关阵列变为分时复用的单路信号,再经过一定的处理传输到EIS主机板,Ⅱ型手柄则是先对64路电极信号进行处理,再经过开关阵列然后进行传输。由于两种手柄在电路结构次序上的不同,导致其实际使用效果存在差异。
为了配合硬件的调试与测量,编写了对应的EIS测试软件,通过该软件,可以对测量的帧数、采集模式、增益模式等进行配置,并能够将采集到的数据按照各自的电极号绘制成波形,同时显示波形对应的最大值、最小值等参数。
通过EIS样机硬件与测试软件的联调,以及对纯电阻、人体等效阻容模型测量实验的结果,验证了系统能够可靠运行,与设计预想基本一致。样机工作在激励频率为200KHz范围内时,测量误差在2%以内(大多数情况在1%以内)。
另外,在本文中归纳了几种人体阻抗等效模型及其参数提取方法,由于种种原因,EIS样机应用于临床数据采集的相关工作暂时未能展开。