生物电阻抗成像同时多频激励下测量信号提取方法研究

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同时多频生物电阻抗成像技术(Multi-frequency-one-time Bioelcetrical Impedance Tomography,简称MFOT-BEIT)依据生物各组织、器官具有不同阻抗且对不同激励频率敏感性不同的原理,通过体表激励电极注入微小的安全混频激励电流,同时检测组织表面的电压,利用所测得信号计算出组织或器官在同时多频激励下的复阻抗信息并进行图像重建,通过计算重建图像特征参数来区分不同组织(器官)或同一组织(器官)所处不同生理、病理状态。MFOT-BEIT是目前国内外生物信息检测领域的研究热点之一,提取同时多频激励下的复阻抗信息是MFOT-BEIT的一个关键技术,对其研究具有重要的理论和应用价值。本文对同时多频激励信号产生方法和同时多频信号激励下阻抗信息提取方法进行了初步探讨。在前人工作的基础上,主要完成了以下工作:1.对多频生物电阻抗测量系统中的激励信号产生方法及阻抗提取方法的国内外研究现状作了较全面的介绍,并介绍了生物电阻抗测量系统的测量原理。2、对基于Walsh函数的同时多频激励信号产生的原理、频谱特性进行了分析,提出了一种基于Hadamard序的离散Walsh函数产生同时多频激励信号的方法,该方法在理论上可以产生具有m个(m为奇数)主谐波分量的多频信号。本文根据实际测量要求,在FPGA上实现了具有七个主谐波分量的同时多频混合信号。3.对同时多频激励模式下的生物电阻抗信息提取方法进行了初步研究。根据同时多频信号能量主要集中在不同频点主谐波上的特点,提出了一种基于不同频点主谐波的阻抗信息提取方法。该算法的思路是先对多频测量信号进行FFT变换,根据多频信号构成的阶数,只提取相同阶数对应频点主谐波的阻抗幅值和相位信息。仿真结果表明,所提算法是可行的。4.针对FFT算法应用在同时多频复阻抗信息提取中因对数据的非整周期采样所带来的测量误差的不足,采用FFT结合全相位FFT(APFFT)的方法来提取测量信号的复阻抗信息。仿真结果表明,该法应用于2R-1C阻抗模型的复阻抗信息提取时,幅度最大相对误差不超过1.9%,相位最大绝对误差不超过0.9度,满足测量系统要求。
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