高速电阻抗成像信号采集系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术属于电阻抗成像技术领域，提供了一种高速电阻抗成像信号采集系统及其控制方法，该高速电阻抗成像信号采集系统包括：正弦信号生成模块，用于提供正弦电压信号；压控恒流源模块，用于生成电流信号；多路复用模块，用于对电流信号在目标通道进行采样得到通道信号并发送至人机接口穿戴部件，以得到多个差分电极信号；高分辨率高采样率多通道模数转换模块，用于将多个差分电极信号转换成数字信号；微控制器模块，用于获取多个通道信号，并对多个通道信号分别对应的数字信号进行基线漂移消除处理和有效值计算得到信号有效值

【技术实现步骤摘要】
高速电阻抗成像信号采集系统及其控制方法


[0001]本专利技术涉及电阻抗成像
，尤其涉及一种高速电阻抗成像信号采集系统及其控制方法
。

技术介绍

[0002]电阻抗成像技术
(Electrical Impedance Tomography
，
EIT)
是通过在人体表面放置阵列电极，施加电流激励信号，测试电压信号，从而可以提取人体生理
、
病态状态相关组织或器官的电特性
。
[0003]相关技术中，在电阻抗成像信号采集过程中，通常使用串行采样的方式对电流激励和相应电压值进行采样，当采样通路较多时，串行采样的延时高，导致采样效率低；而通过增加电路的芯片布局，并采用并行采样对模拟信号进行处理时，又会增加电路的功耗
、
体积和成本，无法满足穿戴式人机接口的实际需求，且采样到的信号中存在大量噪声，进一步增加了电路芯片的运算量和功耗
。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种高速电阻抗成像信号采集系统及其控制方法，用以解决现有技术中使用串行采样的方式对电流激励和相应电压值进行采样的延时高，而通过增加电路芯片以使用并行采样处理模拟信号又会增加电路的功耗
、
体积和成本，且采样到的信号中存在大量噪声，导致电路芯片的运算量大和功耗高的缺陷，提升了信号采集系统的时域性能和集成度，降低了电路的功耗和成本
。
[0005]本专利技术提供一种高速电阻抗成像信号采集系统，包括：正弦信号生成模块，所述正弦信号生成模块用于提供固定频率的正弦电压信号；压控恒流源模块，所述压控恒流源模块与所述正弦信号生成模块电连接，所述压控恒流源模块用于根据所述正弦电压信号生成电流信号，所述电流信号具备恒定的频率和电流有效值；多路复用模块，所述压控恒流源模块与所述多路复用模块电连接，所述多路复用模块包括多个通道，所述多路复用模块采用并行的方式进行双向选通，所述多路复用模块用于对所述电流信号在目标通道进行采样，得到通道信号，所述目标通道属于所述多个通道；所述多路复用模块还用于将所述通道信号发送至人机接口穿戴部件，所述人机接口穿戴部件用于对所述通道信号进行差分采样，得到多个差分电极信号；高分辨率高采样率多通道模数转换模块，所述高分辨率高采样率多通道模数转换模块与所述人机接口穿戴部件电连接，所述高分辨率高采样率多通道模数转换模块用于将所述多个差分电极信号转换成数字信号，所述高分辨率高采样率多通道模数转换模块的分辨率大于或等于
K
，其中，
K
的取值基于压控恒流源输出电流峰峰值
、
人体待测部位阻抗实部均值和高分辨率高采样率多通道模数转换模块的采样范围确定；所述高分辨率高采样率多
通道模数转换模块的采样频率不低于
10
倍的压控恒流源输出正弦电流信号频率，且所述高分辨率高采样率多通道模数转换模块的单个模块的同步采样信号通道数不少于
N/2
，
N
为所述人机接口穿戴部件上的电极数目；微控制器模块，所述高分辨率高采样率多通道模数转换模块和所述多路复用模块分别与所述微控制器模块电连接，所述微控制器模块用于控制所述多路复用模块通过双向选通切换目标通道来获取多个通道信号，每个通道信号对应一组数字信号；所述微控制器模块还用于对所述多个通道信号分别对应的数字信号依次进行基线漂移消除处理和有效值计算，得到信号有效值，并将所述信号有效值采样集发送至上位机
。
[0006]根据本专利技术提供的一种高速电阻抗成像信号采集系统，所述微控制器模块包括：时序控制模块，所述时序控制模块用于以预设采样周期向所述高分辨率高采样率多通道模数转换模块发送控制信号，所述控制信号用于指示所述多路复用模块通过双向选通切换目标通道
。
[0007]根据本专利技术提供的一种高速电阻抗成像信号采集系统，所述微控制器模块包括，所述微控制器模块还包括：快速滤波模块，所述快速滤波模块用于对所述数字信号依次进行基线漂移消除处理和有效值计算，得到所述信号有效值
。
[0008]根据本专利技术提供的一种高速电阻抗成像信号采集系统，所述系统还包括：电源管理模块，所述电源管理模块用于为所述压控恒流源模块
、
所述多路复用模块和所述高分辨率高采样率多通道模数转换模块供电
。
[0009]本专利技术还提供一种高速电阻抗成像信号采集系统的控制方法，包括：获取正弦信号生成模块提供的固定频率的正弦电压信号；基于压控恒流源模块根据所述正弦电压信号生成电流信号，所述电流信号具备恒定的频率和电流有效值；基于多路复用模块对所述电流信号在目标通道进行采样，得到通道信号；对所述通道信号进行差分采样，得到多个差分电极信号；基于高分辨率高采样率多通道模数转换模块将所述多个差分电极信号转换成数字信号；其中，所述多路复用模块包括多个通道，所述多路复用模块采用并行的方式进行双向选通，所述目标通道属于所述多个通道，所述多路复用模块采用并行的方式进行双向选通，所述多路复用模块用于在电流输出端选通两条通路的情况下，选通所有高分辨率高采样率多通道模数转换模块读取通路，其中，选通通道数目不少于高分辨率高采样率多通道模数转换模块的单个模块的通道数；基于微控制器模块对多个通道信号分别对应的数字信号依次进行基线漂移消除处理和有效值计算，得到信号有效值，并将所述信号有效值采样集发送至上位机；其中，所述多个通道信号基于所述微控制器模块控制所述多路复用模块通过双向选通切换目标通道得到
。
[0010]根据本专利技术提供的一种高速电阻抗成像信号采集系统的控制方法，所述微控制器模块包括时序控制模块和快速滤波模块；所述基于微控制器模块对多个通道信号分别对应的数字信号依次进行基线漂移消除处理和有效值计算，得到信号有效值，包括：基于所述时序控制模块以预设采样周期向所述高分辨率高采样率多通道模数转
换模块发送控制信号；基于所述高分辨率高采样率多通道模数转换模块根据所述控制信号切换目标通道，以得到多个通道信号，每个通道信号对应一组数字信号；基于所述快速滤波模块对所述多个通道信号分别对应的数字信号依次进行基线漂移消除处理和有效值计算，得到所述信号有效值
。
[0011]根据本专利技术提供的一种高速电阻抗成像信号采集系统的控制方法，所述基于快速滤波模块对所述多个通道信号分别对应的数字信号依次进行基线漂移消除处理和有效值计算，得到所述信号有效值，包括：通过应用如下公式得到所述信号有效值：
[0012]其中，为所述信号有效值，为每个通道信号对应的数字信号的数目，为第个数字信号，为第个计算窗的均值；所述基于数据窗的数据标号
、
个数和长度确定，数据窗的长度基于高分辨率高采样率多通道模数转换模块的采样频率和激励信号的频率之间的比值确定
。
[0013]本专利技术还提供一种电子设备，包括存储器
、
处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种高速电阻抗成像信号采集系统，其特征在于，包括：正弦信号生成模块，所述正弦信号生成模块用于提供固定频率的正弦电压信号；压控恒流源模块，所述压控恒流源模块与所述正弦信号生成模块电连接，所述压控恒流源模块用于根据所述正弦电压信号生成电流信号，所述电流信号具备恒定的频率和电流有效值；多路复用模块，所述压控恒流源模块与所述多路复用模块电连接，所述多路复用模块包括多个通道，所述多路复用模块采用并行的方式进行双向选通，所述多路复用模块用于对所述电流信号在目标通道进行采样，得到通道信号，所述目标通道属于所述多个通道；所述多路复用模块还用于将所述通道信号发送至人机接口穿戴部件，所述人机接口穿戴部件用于对所述通道信号进行差分采样，得到多个差分电极信号；高分辨率高采样率多通道模数转换模块，所述高分辨率高采样率多通道模数转换模块与所述人机接口穿戴部件电连接，所述高分辨率高采样率多通道模数转换模块用于将所述多个差分电极信号转换成数字信号，所述高分辨率高采样率多通道模数转换模块的分辨率大于或等于
K
，其中，
K
的取值基于压控恒流源输出电流峰峰值
、
人体待测部位阻抗实部均值和高分辨率高采样率多通道模数转换模块的采样范围确定；所述高分辨率高采样率多通道模数转换模块的采样频率不低于
10
倍的压控恒流源输出正弦电流信号频率，且所述高分辨率高采样率多通道模数转换模块的单个模块的同步采样信号通道数不少于
N/2
，
N
为所述人机接口穿戴部件上的电极数目；微控制器模块，所述高分辨率高采样率多通道模数转换模块和所述多路复用模块分别与所述微控制器模块电连接，所述微控制器模块用于控制所述多路复用模块通过双向选通切换目标通道来获取多个通道信号，每个通道信号对应一组数字信号；所述微控制器模块还用于对所述多个通道信号分别对应的数字信号依次进行基线漂移消除处理和有效值计算，得到信号有效值，并将所述信号有效值采样集发送至上位机
。2.
根据权利要求1所述的高速电阻抗成像信号采集系统，其特征在于，所述微控制器模块包括：时序控制模块，所述时序控制模块用于以预设采样周期向所述高分辨率高采样率多通道模数转换模块发送控制信号，所述控制信号用于指示所述多路复用模块通过双向选通切换目标通道
。3.
根据权利要求1所述的高速电阻抗成像信号采集系统，其特征在于，所述微控制器模块还包括：快速滤波模块，所述快速滤波模块用于对所述数字信号依次进行基线漂移消除处理和有效值计算，得到所述信号有效值
。4.
根据权利要求1所述的高速电阻抗成像信号采集系统，其特征在于，所述系统还包括：电源管理模块，所述电源管理模块用于为所述压控恒流源模块
、
所述多路复用模块和所述高分辨率高采样率多通道模数转换模块供电
。5.
一...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑恩昊，刁文昊，
申请(专利权)人：中国科学院自动化研究所，
类型：发明
国别省市：