Оценка чувствительности измерительного канала электроимпедансной томографии

Внедрение: 2018 г.

Ранее мы уже представляли исследования по импедансной томографии [2], [3] коллектива специалистов из Новочеркасска. 

Данная работа [1] посвящена исследованию чувствительности измерительного канала устройства сбора и передачи данных для электроимпедансной томографии (ИЭТ). В работе представлено устройство сбора и передачи данных для электроимпедансной томографии, построенное на базе модуля E‑502. Измерительный канал (рисунок 1) состоит из пары измерительных мультиплексоров, программируемого дифференциального усилителя и модуля АЦП.

Рисунок 1. Структурная схема устройства сбора и передачи данных для ЭИТ: ПК – персональный компьютер; БП – блок питания; МК – микроконтроллер; ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь; АЦП – аналого-цифровой преобразователь; ИТУН – источник тока, управляемый напряжением; ПДУ – программируемый дифференциальный усилитель; БМизм – блок мультиплексоров измерения; БМит – блок мультиплексоров источника тока; ПЭ – пояс электродов; БО – биологический объект.

Рисунок 1. Структурная схема устройства сбора и передачи данных для ЭИТ.

В качестве тестовой нагрузки авторами использовано кольцо из резисторов, а также кольцо из резисторов с дополнительным узлом в центре, соединяющим через резисторы узлы на периферии (рисунок 2).

Рисунок 2. Схема подключения тестовой нагрузки (слева) и схема моделирования (справа).

На основании схемотехнического моделирования тестовой нагрузки в среде схемотехнического моделирования MicroCAP приведена оценка реального предела чувствительности устройства, которое составило 35 мОм. В ходе эксперимента проводилось изменение резистора в области регистрации потенциалов с последующей оценкой изменения напряжения в области регистрации потенциалов. 

Авторы отмечают, что использование дифференциальной схемы измерения при реализации устройства сбора и передачи данных для ЭИТ на базе модуля E‑502 позволяет реализовать теоретическую чувствительность на уровне 1,22 мОм. Однако, такой уровень чувствительности возможно достичь лишь на инжектирующих электродах, где значительно выше уровень измеряемого сигнала. Растекание тока по объекту исследования, отказ от измерения на инжектирующих электродах приводит к падению чувствительности до 35 мОм. По мнению авторов, повышение чувствительности возможно двумя путями: повышением разрядности АЦП и применением дополнительных усилительных каскадов.

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 18‑38‑00786 «Разработка методологии и алгоритмических средств интеллектуальной идентификации внутренних структур биологических объектов в системах электроимпедансной томографии».

Источники:

1. Кучер А.И., Алексанян Г.К., Щербаков И.Д. Оценка чувствительности измерительного канала устройства сбора и передачи данных для электроимпедансной томографии // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2018. – № 8 (210). – С. 76‑83.
2. Макет электроимпедансного томографа: [Электронный ресурс] // ООО «Л Кард». М,. 2020. URL: https://www.lcard.ru/portfolio/el_imp_tomograph. (Дата обращения: 14.12.2020).
3. Система мониторинга вентиляционной функции легких человека на основе электроимпедансной томографии: [Электронный ресурс] // ООО «Л Кард». М,. 2020. URL: https://www.lcard.ru/portfolio/ventilation_function. (Дата обращения: 14.12.2020).

Разработчик: Кучер А.И., Алексанян Г.К., Щербаков И.Д. (Южно-Российский гос. политехнический университет им. М.И. Платова, г. Новочеркасск)