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电阻抗层析成像技术(Electrical Impedance Tomography,EIT)基于被测组织电特性,向被测场施加安全激励电流,同时测量边界电压值,通过图像重建算法反演敏感场的介质分布情况。EIT技术具有无辐射、成本低廉、结构简单的优势,有望成为医学影像手段的有力补充,实现创伤及病变检测。多频EIT利用被测对象频谱变化特征对其进行重建,无需均匀场信息作参考,但存在带宽与频率分辨率相互制约、频率范围缺乏针对性的问题。本文提出一种基于谱分析的宽频电阻抗层析成像(Spectrum based Wideband Electrical Impedance Tomography,SWEIT)方法及其测试系统,在1MHz的带宽内,利用宽频Chirp信号获取目标物阻抗谱,进而以10kHz分辨率配置多频成像点和参考频率,在阻抗和相位特性变化显著的频带内成像,实现系统带宽、频率分辨率与图像对比度的提升。研究工作与成果如下:(1)以FPGA为核心,结合DDS技术与Howland电路,产生1MHz Chirp信号(1.7MHz衰减43.75dB)与混频信号(无杂散动态范围>40dBc),电流激励源1MHz输出阻抗为117kΩ,且符合IEC 60601-1医疗设备电气标准。(2)设计双通道电压测量单元,同时采集参考信号与被测场信号,依据实时驱动电流大小计算未知阻抗和相移。此外,通过分时复用激励-测量单元,完成串行数据采集,保证系统良好的通道一致性,最终系统的平均信噪比为55.9dB。(3)提出“两次激励”方法,首先通过宽频Chirp信号获取目标物的幅频和相频特性,确定频谱敏感区间。之后,在该区间选择频率点合成混频信号,对被测场进行激励,进而利用多频响应信息完成图像重建。(4)采用16电极阵列,基于0.1%质量体积分数(w/v)的盐溶液,以胡萝卜切段和尼龙棒为目标物开展实验,重建幅值与相移图像,验证系统性能与方法效果。SWEIT谱分析的幅值绝对偏差低于2%,相移相对偏差低于5%,可用于确定电学敏感带宽。重建图像的平均相关系数为0.8,平均均方根误差为12%,目标物位置清晰,多频图像趋势与电学特性相一致。