【DigiKey创意大赛】基于STM32H747I-DISCO设计的电阻抗（EIT）成像实验系统

dql2016

【DigiKey创意大赛】基于STM32H747I-DISCO设计的电阻抗（EIT）成像实验系统 [复制链接]

本帖最后由 dql2016 于 2024-1-19 22:04 编辑

一、作品简介（100-200字）
设计名称:基于STM32H747I-DISCO设计的电阻抗（EIT）成像实验系统

作品照片:

项目用到的板卡、芯片、模块等介绍:

板卡：

STM32H747I-DISCO：用于系统控制和数据采集，主要特点如下，STM32H747I-DISCO Discovery套件是STMicroelectronics STM32H7747XIH6微控制器的完整演示和开发平台，旨在简化用户应用程序开发。板上提供的全套硬件功能通过评估所有外围设备（USB OTG HS、以太网、microSD）帮助用户改进应用程序开发™ 卡、带音频插孔输入和输出的SAI Audio DAC立体声、MEMS数字麦克风、SDRAM、Quad SPI Flash、DCMI连接器、MIPI®DSI接口等）。Arduino™ Uno V3和Pmod™/STMod+连接器为特定应用提供了与扩展屏蔽或子板的轻松连接。

STLINK-V3E集成到板中，作为STM32 MCU和USB虚拟COM端口桥的嵌入式电路调试器和编程器。

4色用户LED

1个用户和重置按钮

Arduino™ Uno V3扩展接口

芯片：

AD9833：低功耗、12.65 mW、2.3 V至+5.5 V供电，SPI接口的可编程波形发生器DDS，用于产生正弦电压信号。

ADG1206：低电容、16通道、±15 V/12 V iCMOS™多路复用器，采用2片用于电流激励通道，2片用于电压测量通道。

AD8021：低噪声、高速运算放大器，采用2片用于构成Howland电流源，实现电压信号转电流激励信号。

AD8421：低成本、低功耗、极低噪声、超低偏置电流、高速仪表放大器，特别适合各种信号调理和数据采集应用，实现微弱电压信号的放大。

作品功能介绍:

电阻抗成像技术（全称Electrical impedance tomography, 缩写EIT）是利用生物组织与器官的电特性及其变化规律提取与人体生理、病理状态相关的生物医学信息的成像技术。由于人体不同组织和器官的电特性不同，这种电特性图像不仅包含了丰富的解剖学信息，而且能够反映出组织和器官电特性相应的生理、病理状态和功能信息，在研究人体组织与器官功能变化和疾病诊断方面有重要的临床价值。电阻抗成像技术具有无损、无创、无辐射、低成本、操作简单、功能信息丰富等优点。该技术的基本测量方式是通过体表电极阵列向检测对象施加安全的电激励（电流或电压），在体表测量响应电学信号，由所测信号重构出人体内部结构与功能电特性图像。总结：EIT 是一种无创的以人体内部的电阻抗分布为目标的，重建体内组织图像的技术。通过人体特定部位注入已知电流安全电流（通常峰峰值小于2毫安，频率小于50KHz）来测量在体表所引起的电压，利用所测量的电流电压信息，依照一定的重建算法，计算出人体内部各组织、器官在电场作用下所呈现的电阻抗分布，利用计算机产生断层图像。本作品基于STM32H747I-DISCO设计了电阻抗（EIT）成像实验系统，为相关爱好者和研究者提供了一种硬件搭建参考。
二、系统框图（图文结合）
（设计思路、系统软硬件介绍及实现框图，以图文结合的展示）

系统框图如图所示，STM32H747通过SPI接口控制AD9833 DDS芯片产生正弦电压信号，然后通过AD8021构建的Howland电流源电路将电压信号转换为幅值恒定的正弦电流信号作为激励信号，STM32H747通过GPIO控制2片16通道多路复用器将电流激励信号注入到待测对象；在待测对象其它的电极上就会产生微弱的电压信号，STM32H747通过GPIO控制2片16通道多路复用器来选择不同的电极对，从而实现测量16路电压信号，电压信号通过AD8421仪表放大器电路放大后送往STM32H747的内置ADC进行采集，STM32H747将采集信号经过DSP算法处理后通过串口发送到PC上供后续处理。
三、各部分功能说明（图文结合）
（各部分实现的功能说明及讲解，以图文结合的展示）

激励测量方法：

电极激励模式是指激励信号注入成像目标时，两个电极之间的相对位置。其中主要的电极激励模式有相邻激励模式、相对激励模式、自适应激励模式等。电极相邻激励模式如图所示，首先在电极1和电极2之间注入激励电流，测量其它14个电极之间的相对电位，共13个电压值。第二步注入电极由原来的电极1和电极2转换到电极2和电极3，测量电压为除电极2和电极3以外的14个电极的相对电压值，共13个电压值。依此类推循环测量，共需要测量16*13=208个电压值。相邻电极激励模式的优点是在激励电极数一样的情况下获得的独立数据较多，缺点是激励电流主要分布在电极边缘，对成像目标的边缘分辨率较高，但对中间的成像分辨率较低。