一种交叉平面电阻抗成像测量装置及方法
阅读：836发布：2020-05-27
专利汇可以提供一种交叉平面电阻抗成像测量装置及方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种能通过获取物体表面 电压 信息，特别涉及人体器官组织，如头部，乳房等，能改善 电场 空间分布不均匀性，较好地重构物体内部三维 电阻 抗分布的装置及方法。该方案从 水 平切面及垂直剖面上均可获取电压信息，分别对各切面上成像，进而组合形成空间三维图形；也可以通过对表面上任意 接触 点进行激励，获取其余任意 位置 间电压，进而实现多种组合测量方式，实现多元 算法 拓展，提高图像 精度 。该设计主要包括65个分布在半球面上的特殊 电极 ；以高性能FPAG为核心，使得激励源控制，数字 频率 合成，多路复用控制，高速相敏检波，快速 傅立叶变换 解调测量 信号 等功能集成在单一的芯片中的整体设计；能够实现针对被测物体的自适应调节输出阻抗的 电路 设计。，下面是一种交叉平面电阻抗成像测量装置及方法专利的具体信息内容。
1.一种交叉平面电阻抗成像测量装置，其特征在于：包括框体、分布在框体上的测量单元和输出单元，所述测量单元为分散设置于框体上用于获取被测物体表面在激励电流作用下而引起的电压信号的测量电极，所述测量电极将获取的电压信号输入到输出单元。
2.根据权利要求1所述的交叉平面电阻抗成像测量装置，其特征在于：所述框体为半球体，所述测量电极等间距环状地分布在半球体框体上，所述框体顶部中央设置有共用电极，所述共用电极与输出单元连接。
3.根据权利要求1所述的交叉平面电阻抗成像测量装置，其特征在于：所述测量电极沿框体的纵向切面对称分布形成竖直电极组，所述测量电极沿半球体的纵向切面设置2-8组竖直电极组。
4.根据权利要求1所述的交叉平面电阻抗成像测量装置，其特征在于：所述测量电极沿框体的水平切面对称分布形成水平电极层，所述测量电极沿框体水平设置2-10层水平电极层。
5.根据权利要求1所述的交叉平面电阻抗成像测量装置，其特征在于：还包括中央控制处理器和成像系统，
所述中央控制处理器，用于接收并处理电压信号通过三维重构算法来得到被测物体内部的电阻抗分布；
所述成像系统，用于输出被测物体内部的电阻抗分布信息。
6.根据权利要求5所述的交叉平面电阻抗成像测量装置，其特征在于：所述中央控制处理器包括激励源控制单元、数字频率合成单元、多路复用控制单元、高速相敏检波单元、快速傅立叶变换解调测量信号单元；
所述运算处理系统包括激励源控制单元，用于通过相位累加器产生数字正弦信号；
所述数字频率合成单元，用于将不同频率的数字正弦信号进行合成，通过注入合成后的电信号能够提高测量效率，增加获取的电阻抗信息；
所述多路复用控制单元，用于对激励信号的注入位置及电压采集点进行控制；
所述高速相敏检波单元，用于将采集到电压信号的幅值和相位进行分离与测量；
所述快速傅立叶变换解调测量信号单元，用于将的到的电压信号通过抽样截断，将时间信号转化为离散序列，以得到信号的频域特性信号。
7.根据权利要求1所述的交叉平面电阻抗成像测量装置，其特征在于：还包括开关阵列，所述激励源控制单元通过开关阵列与测量单元连接。
8.根据权利要求1-7任一项所述的一种交叉平面电阻抗成像测量装置的测量方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：输入激励信号；
S2：选择测量方式和激励电极组；
S3：获取相应测量电极间的电压信号并输入到运算处理器进行处理；
S4：根据选择的测量方式，轮换激励电极组，轮换相应测量电极组，依次测得所有信号；
S5：当相应测量方式的所有激励及测量组合完成后，根据所有信号完成被测物体在三维空间上的电阻抗图像重构。
9.根据权利要求8所述的交叉平面电阻抗成像测量方法，其特征在于：所述激励信号通过发送指令给中央控制处理器所产生；所述激励信号经过信号预处理电路处理后转换成模拟激励信号再输入到中央控制处理器中。
10.根据权利要求8所述的交叉平面电阻抗成像测量方法，其特征在于：所述输入激励信号及测量方式采用以下三种组合来进行：
方式一：以框体顶部的共用电极为激励电流流出点，以其他测量电极依次作为为激励电流流入点，测量流入点与相应测量电极间的电压值，依次轮流，最终得到所有电压数据，作为重构矩阵元素；
方式二：首先分别测量各水平电极层中的测量电极，测量时依次以两个测量电极作为激励的两端，分别测量其余所有相邻测量电极间的电压值；然后分别测量各竖直电极组中的测量电极，测量时依次以两个相邻测量电极作为激励的两端，分别测量其余所有相邻测量电极间的电压值；
方式三：以跨平面，跨电极的任意两个电极作为激励的两端，分别测量其余所有测量电极的电压值。
一种交叉平面电阻抗成像测量装置及方法
技术领域
背景技术
[0002] 电阻抗成像是一种只需在物体表面进行测量，而重构出内部阻抗分布的手段。它通过注入电流到一个目标区域建立电场，随后对目标周边产生的电压进行测量。传统的电阻抗断层成像技术中，电极的放置通常局限于某个平面，然而，电阻抗成像本质上是一个三维问题，其电流不局限于在某个平面上流动，因此，二维图像重建通常会产生伪像。而三维电阻抗成像的主要问题是：系统无法负担复杂的算法，病态性使得算法有时难以实现，尤其是在边缘区域，最终造成重建图像中目标位置难以判断或形状扭曲。开放式电阻抗成像系统能够很好地实现物体的表层阻抗判定，但是受制于探测深度的因素，精度只能保证在2~3厘米的范围内。为此开发的交叉平面电极阵列系统，通过交错的二维平面测量数据，能够更有效地构建三维成像模型，并在保证有效精度的前提下减小了直接三维重构的计算量。
发明内容
[0003] 本发明的目的是针对现有技术的上述问题,本发明所要解决的技术问题是提供一种，提供一种用于获取物体表面由装置激励电流而引起的电压，从而推导出物体内部的三维电阻抗信息的装置及方法。该方案从水平切面及垂直剖面上均可获取电压信息，分别进行切面上的成像，进而组合形成空间三维图形；也可以通过对任意接触点进行激励，获取其余任意位置间电压，进而实现多种组合测量方式，实现多元算法拓展，提高图像精度。
[0004] 本发明的目的之一是提出一种交叉平面电阻抗成像测量装置；本发明的目的之二是提出一种交叉平面电阻抗成像测量方法。
[0005] 本发明的目的之一是通过以下技术方案来实现的：
[0006] 本发明提供的一种交叉平面电阻抗成像测量装置，包括框体、分布在框体上的测量单元和输出单元，所述测量单元为分散设置于框体上用于获取被测物体表面在激励电流作用下而引起的电压信号的测量电极，所述测量电极将获取的电压信号输入到输出单元。
[0007] 进一步，所述框体为半球体，所述测量电极等间距环状地分布在半球体框体上，所述框体顶部中央设置有共用电极，所述共用电极与输出单元连接；
[0008] 进一步，所述测量电极沿框体的纵向切面对称分布形成竖直电极组，所述测量电极沿半球体的纵向切面设置2-8组竖直电极组。
[0009] 进一步，所述测量电极沿框体的水平切面对称分布形成水平电极层，所述测量电极沿框体水平设置2-10层水平电极层。
[0010] 进一步，还包括中央控制处理器和成像系统，
[0011] 所述中央控制处理器，用于接收并处理电压信号通过三维重构算法来得到被测物体内部的电阻抗分布；
[0012] 所述成像系统，用于输出被测物体内部的电阻抗分布信息。
[0014] 所述运算处理系统包括激励源控制单元，用于通过相位累加器产生数字正弦信号；
[0015] 所述数字频率合成单元，用于将不同频率的数字正弦信号进行合成，通过注入合成后的电信号能够提高测量效率，增加获取的电阻抗信息；
[0016] 所述多路复用控制单元，用于对激励信号的注入位置及电压采集点进行控制；
[0017] 所述高速相敏检波单元，用于将采集到电压信号的幅值和相位进行分离与测量；
[0018] 所述快速傅立叶变换解调测量信号单元，用于将的到的电压信号通过抽样截断，将时间信号转化为离散序列，以得到信号的频域特性；
[0020] 本发明的目的之二是通过以下技术方案来实现的：
[0021] 本发明提供的一种利用交叉平面电阻抗成像测量装置来进行的电阻抗成像测量方法，包括以下步骤：
[0022] S1：输入激励信号；
[0023] S2：选择测量方式和激励电极组；
[0024] S3：获取相应测量电极间的电压信号并输入到运算处理器进行处理；
[0025] S4：根据选择的测量方式，轮换激励电极组，轮换相应测量电极组，依次测得所有信号；
[0026] S5：当相应测量方式的所有激励及测量组合完成后，根据所有信号完成被测物体在三维空间上的电阻抗图像重构。
[0027] 进一步，所述激励信号通过发送指令给中央控制处理器所产生；所述激励信号经过信号预处理电路处理后转换成模拟激励信号再输入到中央控制处理器中。
[0028] 进一步，所述输入激励信号及测量方式采用以下三种组合来进行：
[0029] 方式一：以框体顶部的共用电极为激励电流流出点，以其他测量电极依次作为为激励电流流入点，测量流入点与相应测量电极间的电压值，依次轮流，最终得到所有电压数据，作为重构矩阵元素；
[0030] 方式二：首先分别测量各水平电极层中的测量电极，测量时依次以两个测量电极作为激励的两端，分别测量其余所有相邻测量电极间的电压值；然后分别测量各竖直电极组中的测量电极，测量时依次以两个相邻测量电极作为激励的两端，分别测量其余所有相邻测量电极间的电压值；
[0031] 方式三：以跨平面，跨电极的任意两个电极作为激励的两端，分别测量其余所有测量电极的电压值。
[0032] 本发明的优点在于：
[0033] 1）通过交错的电压测量及后续的电阻抗重构，能够反映被测物体在空间上的微小变化，将增量信号放大则突出了微小的变化量，这样仅用较低分辨率的模数转换器就能检测被测信号的微小变化，提高了测量精度。
[0036] 4）该系统采用基于FPGA的数字相敏解调（DPSD）及FFT处理方式，通过将参考信号与测量信号叠加得到被测信号的幅度和相位值，反映了被测信号的微小变化，且具有速度快，对噪声具有较强的抑制作用的特点。附图说明
[0037] 为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
[0038] 图1为本发明的交叉平面电极排布示意图侧视图和俯视图；
[0039] 图2为本发明的交叉平面电极排布示意图侧视图和俯视图；
[0040] 图3为本发明的一个应用模型的示意图；
[0041] 图4为本发明使用的测量电极示意图；
[0042] 图5为本发明的系统原理框图；
[0043] 图6为本发明的混合频率激励源发生器的原理示意图；
[0044] 图7为本发明的FPGA上数字相敏检波原理的示意图；
[0045] 图8为基于本发明的交叉平面电极排布，而形成的信号激励及检测方式一；
[0046] 图9为基于本发明的交叉平面电极排布俯视图，而形成的信号激励及检测方式二；
[0047] 图10为基于本发明的交叉平面电极排布主视图，而形成的信号激励及检测方式二；
[0048] 图11为基于本发明的交叉平面电极排布，而形成的信号激励及检测方式三；
[0049] 图12为本发明的电阻抗自动补偿模块电路中的激励源输出阻抗检测电路图；
[0050] 图13为本发明的电阻抗自动补偿模块电路中的负阻抗补偿电路电路图；
[0051] 图14为使用本发明获取的不同平面上的电阻抗信息分布图；
[0052] 图15为使用本发明获取的物体三维空间电阻抗信息分布；
[0053] 图16为使用本发明测量的操作流程图。
具体实施方式
[0054] 以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
[0055] 实施例1
[0056] 图1为本发明的交叉平面电极排布示意图侧视图和俯视图，图2为本发明的交叉平面电极排布示意图侧视图和俯视图，图3为本发明的一个应用模型的示意图，图4为本发明使用的测量电极示意图，图5为本发明的系统原理框图，如图所示：本发明提供的一种交叉平面电阻抗成像测量装置，包括框体、分布在框体上的测量单元和输出单元，所述测量单元为分散设置于框体上用于获取被测物体表面在激励电流作用下而引起的电压信号的测量电极，所述测量电极将获取的电压信号输入到输出单元。
[0057] 所述框体为半球体。所述测量电极等间距环状地分布在框体上，所述测量电极沿框体的纵向切面对称分布形成竖直电极组，所述测量电极沿半球体的纵向切面设置2-8组竖直电极组。所述测量电极沿框体的水平切面对称分布形成水平电极层，所述测量电极沿框体水平设置2-10层水平电极层。所述框体顶部中央设置有共用电极，所述共用电极与输出单元连接。还包括中央控制处理器和成像系统，所述中央控制处理器，用于接收并处理电压信号通过三维重构算法来得到被测物体内部的电阻抗分布；所述成像系统，用于输出被测物体内部的电阻抗分布信息。所述中央控制处理器包括激励源控制单元、数字频率合成单元、多路复用控制单元、高速相敏检波单元、快速傅立叶变换解调测量信号单元；所述运算处理系统包括激励源控制单元，用于通过相位累加器产生数字正弦信号；所述数字频率合成单元，用于将不同频率的数字正弦信号进行合成，通过注入合成后的电信号能够提高测量效率，增加获取的电阻抗信息；所述多路复用控制单元，用于对激励信号的注入位置及电压采集点进行控制；所述高速相敏检波单元，用于将采集到电压信号的幅值和相位进行分离与测量；所述快速傅立叶变换解调测量信号单元，用于将的到的电压信号通过抽样截断，将时间信号转化为离散序列，以得到信号的频域特性；还包括开关阵列，所述激励源控制单元通过开关阵列与测量单元连接。
[0058] 本发明提供的实施例还提供了一种利用交叉平面电阻抗成像测量装置来进行的电阻抗成像的测量方法，包括以下步骤：
[0059] S1：输入激励信号；
[0060] S2：选择测量方式和激励电极组；
[0061] S3：获取相应测量电极间的电压信号并输入到运算处理器进行处理；
[0062] S4：根据选择的测量方式，轮换激励电极组，轮换相应测量电极组，依次测得所有信号；
[0063] S5：当相应测量方式的所有激励及测量组合完成后，根据所有信号完成被测物体在三维空间上的电阻抗图像重构。
[0064] 所述激励信号通过发送指令给中央控制处理器所产生；所述激励信号经过信号预处理电路处理后转换成模拟激励信号再输入到中央控制处理器中。
[0065] 所述输入激励信号及测量方式采用以下三种组合来进行：
[0066] 方式一：以框体顶部的共用电极为激励电流流出点，以其他测量电极依次作为为激励电流流入点，测量流入点与相应测量电极间的电压值，依次轮流，最终得到所有电压数据，作为重构矩阵元素；
[0067] 方式二：首先分别测量各水平电极层中的测量电极，测量时依次以两个测量电极作为激励的两端，分别测量其余所有相邻测量电极间的电压值；然后分别测量各竖直电极组中的测量电极，测量时依次以两个相邻测量电极作为激励的两端，分别测量其余所有相邻测量电极间的电压值；
[0068] 方式三：以跨平面，跨电极的任意两个电极作为激励的两端，分别测量其余所有测量电极的电压值。
[0069] 实施例2
[0070] 下面详细描述交叉平面电阻抗成像测量装置及测量方法：
[0071] 图6为本发明的混合频率激励源发生器的原理示意图，图7为本发明的FPGA上数字相敏检波原理的示意图，图8为基于本发明的交叉平面电极排布，而形成的信号激励及检测方式一，图9为基于本发明的交叉平面电极排布俯视图，而形成的信号激励及检测方式二，图10为基于本发明的交叉平面电极排布主视图，而形成的信号激励及检测方式二，图11为基于本发明的交叉平面电极排布，而形成的信号激励及检测方式三，图12为本发明的电阻抗自动补偿模块电路中的激励源输出阻抗检测电路图，图13为本发明的电阻抗自动补偿模块电路中的负阻抗补偿电路电路图，图14为使用本发明获取的不同平面上的电阻抗信息分布图，图15为使用本发明获取的物体三维空间电阻抗信息分布，如图所示：本发明实施例2提供的交叉平面电阻抗成像测量装置采用的信号发生电路由现场可编程门阵列（FPGA）芯片构成。FPGA可选用ALTERA或是XILINX公司的芯片，比如ALTERA的CYCLONEII。FPGA内部实现直接数字合成器DDS，产生特定频率和相位的数字波形信号。
[0072] 本发明实施例中采用的数模转换电路模块，即图5中DAC&Filter所示。高速数模转换芯片可选用ADI或TI等公司的产品，比如TI的DAC2902。DAC2902将DDS产生的数字激励信号转换为模拟激励信号。
[0074] 电阻抗自动补偿模块的使用：能够根据被测物体的电阻抗及寄生电容大大小，自动补偿其不利影响，提高输出阻抗值，原理如下所述。
[0075] 如图12所示，恒流源用一个理想的电流源并联输出电阻和输出电容的电路模型表示，其中校正电阻Rcal=10kΩ。系统正常工作时，则两个开关均打开；而用于调节阻抗H时，模拟开关切换到有负载Rcal和无负载，用相敏检波器测得的输出电压分别为Vcal 和L
Vcal。
Vcal。
[0076] 经相敏检波，在两种不同负载情况下的测量值为：
[0077] VcalH＝VrH+jVqH (1)
[0078] VcalL＝VrL+jVqL
[0079] 式中，VcalH表示接有校正电阻时的输出电压；VrH表示接有校正电阻时的同相电压H L L分量；Vq 表示接有校正电阻时的正交电压分量；Vcal 表示未接校正电阻时的输出电压；VrL
表示未接校正电阻时的同相电压分量；Vq 表示未接校正电阻时的正交电压分量；
表示未接校正电阻时的同相电压分量；Vq 表示未接校正电阻时的正交电压分量；
[0080] 而由电路计算得：
[0081]
[0082]
[0083] 式中，A信号幅值表示；Ro表示图中电阻Ro的阻值；Rf表示图中电阻Rf的阻值；Rcal表示图中电阻Rcal的阻值；Co表示图中电容Co的容值；I表示测得电流大小；
[0084] 由（2）中的两项相比可得：
[0085]
[0086]
[0088]
[0089]
[0090] 由以上两式可见，若VcalL＝VcalH，则Ro→∞，Co→0,通过电阻抗自动补偿，可大大提高电流源的输出阻抗值。如附图13所示，复阻抗变换电路就是利用可调电容Ccomp（约为输出寄生电容的1.5倍）作为正反馈以抵消寄生电容影响，使R0，C0趋于理想值，从而提高输出阻抗。
[0091] 电压信号的幅值和相位的提取：
[0092] 如图6所示，有ADC采集到的待解调数字信号可以表示为流经被测物体后的激励信号Asin(2πn/N+φ)，与N维噪声信号Vn(n)的叠加，
[0093]
[0094] 式中，Vi(n)表示采集到的信号；Vn(n)表示噪声信号；
[0096]
[0097]
[0098] 式中，Vrr(n)表示输入信号；Vrq(n)表示参考信号；
[0099] 乘法器之后的累加求和操作是一个积分器，起到低通滤波的功能。二次谐波分量的整周期积分为零，相当于被低通滤波器滤除；噪声信号与参考信号不相关，累加结果也是零，所以只剩下直流成分，分别称为同相分量Vr和正交分量Vq：
[0100]
[0101]
[0102] 式中，Vr表示解调后的同相电压分量；Vq表示解调后的正交电压分量；
[0103] 得到输入信号的幅值和相位分别为：
[0104] 本发明实施例中采用的信号注入开关阵列模块，即采用65电极多路复用开关部分。由多个16选1的模拟开关集成电路ADG1206构成。模拟开关的切换控制端A0～A3连接到中央控制处理电路。A0～A3的不同组合来选择不同的电极接入点作为信号注入端以及不同的电极测量端。
[0105] 本发明实施例中采用的信号滤波电路模块，电路由可编程增益放大器AD8330和差分放大器AD8130为核心构成。来自数模转换电路的信号以特定增益放大后再通过AD8130构成的低通滤波器滤波输出，可编程增益放大器的增益由中央控制处理电路通过SPI接口控制。
[0106] 本发明实施例中采用的模数转换电路模块，如图5中所示，核心器件是高速模数转换芯片AD9222，12bit分辨率，最高转换速度可达65Msps。
[0107] 采样得到的数字信号经FPGA处理后得到信号的幅值和相位，然后通过主机接口传给计算机，计算机利用这些数据执行三维重构算法得到被测物体内部的电阻抗分布，实现对目标的无损快速检测。
[0108] 该系统的测量单元分布在一个半球体的边缘上，从水平方向看，电极被分布在了4个不同的层上，每层的16个电极等间距环状地分布在半球的边缘(如图1所示)，该分布方式的良好对称性可以提供精确可靠的测量结果。附图2中为该应用的一个模型，其第一层距底部15mm，之后的每一层间隔为20mm。该模型的俯视图（如图2所示），其中顶部的电极作为共用电极，65个电极又在空间上被分为8组垂直于上述的4组水平电极阵列。通过这样的划分，每个弧形切面包含9个电极，当电极从轴向注入模型时，电极之间的角度是不等的，但呈轴向对称。
[0109] 为满足电阻抗医学成像技术对高频激励精确测量的要求，装置使用的电极所用材料为铜锌合金（CuZn），表面镀金（Au），最高耐受温度150℃，通过电流可达50A，电阻值约0.3Ω，电极直径4mm（见图4），电极底部设计成六角形螺母状，用于探头在装置上进行固定。该电极灵敏度高，与皮肤表面的接触阻抗小，且无毒副作用，形状规则易于电流均匀流过，提高了场的空间分布均匀性的同性，减小了接触阻抗对三维效果的影响。
[0110] 为完成对测量点的电压采用，本发明还包括一套硬件检测装置，该装置以高性能FPAG为核心，使得激励源控制，数字频率合成，多路复用控制，高速相敏检波，快速傅立叶变换解调测量信号等功能集成在单一的芯片中，如图5所示，外围电路还包括信号前端放大，激励信号注入开关阵列、信号检测开关阵列、模数转换电路、阻抗自动补偿电路等；其特征是：
[0111] 1）由FPGA混合频率激励源发生激励信号，该激励源能产生1kHz~1MHz单一频率或双频混合的数字激励信号，该信号经电压控制增益放大器和电压控制电流源后，具有低噪声，高输出阻抗，如图6所示。该信号再由FPGA控制开关阵列切换电极阵列中的某位置是与激励的电流输出端连接，或与电压滤波放大电路连接，从而依次改变电流激励电极和测量电极的位置，可以得到不过空间位置的电压响应。不同于传统的数字频率生成技术，该方式将相位积累和查表功能被集成在FPGA中，通过数字方式设置输出电流，这种设计保证了频率选择的灵活性，稳定性，简化了硬件设计，并降低了整体功耗。
[0112] 2）该系统的另一个重要特点是输出阻抗ZOUT大幅提高，由于电路中杂散电容的存在，随着工作频率的上升输出阻抗ZOUT急剧下降，解决此问题的一个方法是采用复阻抗变换电路(NIC)抵消杂散电容来提高输出阻抗。
[0113] 3）在电极组上的电压信号经由差分放大器AD8130（共模抑制比80dB@2MHz），转换为单端电压信号，经压控增益放大器AD8331（带宽120MHz，噪声0.74nV/√Hz），使得增益在14.5dB~74.5dB可调。该信号经过14位模数转换芯片AD9259（50MSPS，功耗98mW，无寄生动态范围84dBc）转换后进入FPGA。对扫频恒流源的响应信号进行数字相敏检波(DPSD)，对混频恒流源的响应信号进行快速傅里叶变换(FFT)，从而分离出数字信号中的幅值、相位，以提取被测目标的电阻抗信息。如图7所示，相敏检测及快速傅里叶变换能从背景噪声中提取微弱信号的幅度和相位，对随机噪声具有较强的抑制作用，具有灵活性，精度高，线性度好等优点。
[0114] 图16为使用本发明测量的操作流程图，如图所示，本发明实施例2提供的交叉平面电阻抗成像测量方法如下：
[0115] 测量阶段的工作实施流程：
[0116] PC机运行，发送指令给中央控制处理器FPGA，产生激励信号；
[0117] 激励信号经过信号预处理电路，转换成模拟激励信号；
[0118] 中央控制处理器通过PC及的指令获得测量方式，选择激励电极组；
[0119] 由所选的测量方式，控制模拟开关，获取相应测量电极间的电压信号；
[0120] 所获得的信号通过信号滤波和模数转换后，送入FPGA进行进一步处理；
[0121] 根据测量方式，轮换激励电极组，轮换相应测量电极组，依次测得所有信号；
[0122] 当相应测量方式的所有激励及测量组合完成后，将处理所的电压及相位信号送回PC机，完成物体三维空间上的电阻抗图像重构。
[0123] 不同的激励及测量方式组合测量过程：
[0124] 信号激励方式分单频或多频混合，而由于多平面电极阵列的应用，激励及测量模式组合得以极大的扩展。对不同的测量对象，有不同的电阻抗等级及分布，而不同的注入模式使得成像区域内部形成的电流分布不同，测量灵敏度不同，采集信号的信噪比不相同。主要包括如下3类激励及测量方式：
[0125] 1）如图8所示，以半球模型的顶点（记65号点）为激励电流流出点，以其他64个电极依次作为为激励电流流入点，测量其余63个点与65号电极间的电压值，依次轮流，最终得到64*63个电压数据，作为重构矩阵元素。
[0126] 2）如图9、10所示，首先以图9、10中的4组，每组16个水平圆形电极阵列进行测量，测量时依次以两个相对电极作为激励的两端，分别测量所有相邻电极间的电压值，由此，每个水平电极组共获得16*16个测量数据，4组一共是4*16*16个数据；然后以附图9、10中的8组，每组9个竖直电极阵列进行测量，测量时依次以两个相邻电极作为激励的两端，分别测量其余所有相邻电极间的电压值，由此，每个水平电极组共获得8*7个测量数据，9组一共是9*8*7个数据。通过分析，该种组合方式能够提供较多的独立的测量数据，减少激励电流分布不均匀的影响，提高共模噪声抑制，并提高在中心区域的灵敏度，以提高电阻抗成像的分辨率。
[0127] 3）使用时，将跨平面，跨电极的任意两个电极作为激励的两端，测量电极可以在是相邻电极间，也可以是跨平面，跨电极的任意两点。这种测量方式用在电阻抗分布极为不均匀的被测物体，能够更为准确地分析出局部区域的电阻抗分布。
[0128] 实际应用时可以装入电导率为0.1S/m的琼脂作为背景物质，而在第二层和第三层水平电极阵列中央放置一个球形胡萝卜，直径约4厘米，电导率0.2Sm-1（激励在100kHz）。由于在不同频率下胡萝卜的电导率特性不一，因此可以通过频差的方式重构出该胡萝卜的位置和体积。
[0129] 图14为通过如上所述的第2中激励及数据采集方式获取的4个水平面及8个垂直剖面上的电阻抗信息分布图。
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