作者：尤富生 董秀珍 秦明新 史学涛 付峰 刘锐岗 汤孟兴 李江 吴晓明
【关键词】 电阻抗断层成像
关键词: 电阻抗断层成像;电极;多路开关
摘 要:目的 在电阻抗断层成像技术中，为实现多电极条件下的激励和测量信号依据不同的需要进行加载和高速切换，设计驱动和测量模式程控系统. 方法 采用高速CMOS多路开关、逻辑电路和光电隔离电路实现驱动和测量模式程控系统. 结果 在有32个驱动电极和32个测量电极的EIT成像系统中，该系统能程控实现任意两电极的驱动及任意两电极的信号测量. 结论 基于多路开关的驱动和测量模式程控系统在信号加载和传输中具有高速、低导通电阻、各通道一致性好的特点.
Keywords:electrical impedance tomography;electrodes;multiplexer
Abstract:AIM In electrical impedance tomography（EIT）there are many electrodes for driving and measurement.In order to configure the different driving and measurement mode with high speed，an programmable control system for driving and measurement mode is designed.METHODS High speed CMOS multiplexer，logic circuits and optic-elec-tronic isolation device were used.RESULTS In a system with32driving electrodes and32measurement electrodes，any pair of the driving and measurement electrodes could be programmable configured for driving or measurement.CON┐CLUSION Based on high speed CMOS multiplexer，the pro-grammable control system for driving and measurement mode has the feature of high speed，low Ron and matching better for all channels.
0 引言
电阻抗断层成像（electrical impedance tomogra-phy，EIT）就是在成像目标表面施加安全的交流激励电流或电压，同时测量目标表面的电压或电流信号，经图像重构得到成像目标内阻抗或阻抗变化量的二维或三维分布.作为一种新型的成像技术，EIT具有造价低、操作简便、功能成像及动态图像监护等特点［1-6］ .目前EIT中通常采用16，32或64个驱动及测量电极，如何将激励源输出的激励信号加载到这些驱动电极上，并按一定的方式将测量电极上的信号传输到信号检测模块，是驱动测量模式控制系统完成的主要功能.
1 设计方法
在我们设计的有32个复合电极的EIT系统中，驱动模式要求有临近驱动（adjacent driving mode）和对向驱动（opposite/polar driving mode）两种模式;测量模式要求有临近测量（adjacent measurement mode）和对向测量（opposite/polar measurement mode）等模式.在满足驱动和测量模式的前提下，综合考虑到数据采集和图像重建的速度，以及EIT中均为低电流交流信号的特点，驱动和测量模式的控制电路主要采用高速、多路电子开关实现.
为满足EIT中高精度激励及信号测量的需要，在器件选择及电路设计中我们主要考虑如下因素:①驱动测量模式从临近到对称等不同模式具有灵活程控设置的特点;②激励通道及测量通道间的一致性要好，以减小不同通道间的误差;③电子开关的导通电阻（Ron）和通道间电容要足够小.
2 器件选择及电路设计
无论是驱动还是测量模式，其加载的信号均为交流低电流（小于10mA）信号，经比较Maxim公司的MAX306
［7］ 满足设计要求.它作为DG406，DG407，DG506A和DG507A等多路开关的升级产品，具有如下功能:程控16选1（由A0，A1，A2，A3和选通信号EN决定接通的通道号），导通电阻Ron 小于100Ω，通道间匹配误差小于5Ω，通道串扰小于-92dB，COM端泄漏电流小于20nA，导通时COM端对地等效电容Ccom（ON） 小于140pF，开关时间小于400ns.为达到测量模式程控设置的目的，我们利用MAX306的EN控制端，将两片MAX306级联，完成32选1的多路开关组，两组32选1的开关并联即实现32选2任意模式设置功能.
为进一步减小其他电路对该模块的干扰，我们还采用了单独供电、光耦隔离等措施，以达到驱动测量设置模块高精度传输、加载信号的设计要求.
Fig1是我们设计的测量模式程控电路原理图，驱动模式程控电路的原理图与Fig1相似，它们间的区别是模拟信号的流程相反.Fig1中，两组A0，A1，A2，A3和EN信号分别来自计算机控制的两个数字信号输出端口（I/O PORT0X242和0X243），信号经光耦隔离后作为多路开关的片内选通控制信号和片选信号，从而与SW1和SW2并联的32个测量电极中有唯一的一对电极被接通，将信号传输到检测电路供测量系统使用.
3 结果
采用上述驱动及测量模式程控系统，与信号激励模块、信号检测模块相配合，基于物理模型分别采用 临近驱动、临近测量模式和对向驱动、临近测量模式，进行数据采集［8，9］ ，结果如Fig2，3.Fig3中的测量还采用了程控增益放大技术，进一步减小了测量数据的动态范围.采用上述两种驱动测量模式得到的数据经重构后均得到了较好的成像结果［10，11］ .
图2 － 图3 略
由此说明，我们设计的驱动测量模式程控系统完全满足EIT成像系统的要求，其导通电阻Ron 小于100Ω，各通道间匹配误差小于5Ω，开关时间小于400ns，驱动和测量模式可程控设置.该程控系统经扩展可作为多电极激励及测量系统中高性能的驱动和测量模式控制系统.
参考文献
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