1引言
1978年Henderson和Webster在人体胸部通过电极系统测量等位差，产生了第一幅肺部电阻抗图像。2008年在美国电阻抗成像技术专题国际会议时，已有50多个研究小组从事此领域研究工作。而我国在EIT领域的研究从上世纪90年代才开始，相对于国外研究起步较晚，但已经形成了一支稳定的研究队伍，建立了EIT系统研究平台，并于2001年12月在西安第四军医大学召开了第一届国内EIT学术讨论会，成立了联合研究小组。
目前仍普遍使用的扫描技术是电子计算机断层扫描技术，即CT，但它使用的是电磁辐射，辐射粒子被人体吸收后并没有特别的方法去排除。长期接触这样的辐射或受到高强度的辐射刺激，会造成基因突变或抑癌基因的激活。而与之相比，EIT具有极大的优势，它不依靠电子辐射来检测身体内部情况，且可以对被检测部位进行动态和静态的、局部和全局的检测，与CT相比，检测时间分辨率较高。本项目主要开发基于生物阻抗成像的呼吸监测系统。研究的内容主要是解决已知系统边界电压和电流，求解一定区域内生物组织电导率分布的情况，依据电导率的分布情况给出对应的图像达到成像的目的。
图1 EIT原理图
2技术路线
2.1数据采集系统的建立
肺部三维电阻抗图像重建是电阻抗成像技术的重要应用之一，而建立肺部三维EIT仿真模型是研究肺部呼吸的前提。笔者根据人体胸部横断面图及胸部各组织器官的电导率，构建肺部仿真模型，使得目标模型能够粗略地反映胸部非均匀的电导率分布情况，用于算法仿真实验。
①肺部模型建立问题
a.胸腔轮廓模型提取
为构建准确的人体胸廓模型，需要建立一个胸腔和肺部的三
维模型，以此来达到简化研究对象的目的，为复杂系统建模提供一个可靠的依据。本项目采用3D扫描系统，通过多方位、多角度拍摄扫描获取三维点、线数据，由相应处理软件生成高精度的人体胸腔轮廓。
右图为上述系统扫描所得的初步模型。然后，利用三维软件SolidWorks对其进行适当修正，以便降低后期图像重建时逆问题的求解难度。
b.肺脏模型
人体两片肺叶白上而下呈扩张趋势，心脏的存在导致左侧肺叶面积要小于右侧肺叶面积，且左右肺间距自上而下逐渐变大。通过参考X片可以获取直观有效的肺部生理结构信息，并参考相关文献、3D肺部图片等信息，按照胸腔的尺寸，以一定的比例，利用3D软件SolidWorks，构建出椭圆形肺脏模型，分别为正视图、侧视图、俯视图。
图2 X光扫描实际肺部影像 图3 肺脏仿真模型的三视图
c.胸肺组合模型
将两片肺叶模型按实际人体肺器脏状态填充至胸腔模型内部，形成胸肺组合模型。然后，将此胸肺组合模型导入仿真软件，在模型轮廓外边界，均匀设置上下两层各分布有的EIT电极，完成胸腔组合仿真模型。
②激励及测量模式
根据EIT成像技术原理，通过一对驱动电极注入电流，测量其它电极上的电压差。采用这种方式测量时，由电极-皮肤接触阻抗导致的分压对测量电极上的电压信号影响很小，故测量结果不易受接触阻抗的影响，测量的精度较高。为此，在测量本系统系统中，采用相邻激励-相邻测量模式：
图4 激励-相邻测量示意图
③基于协同传感器的可穿戴式EIT监控系统体系结构
根据测的需要，本项目使用三种不同类型的传感器，一是主传感器，二是用于产生注入电流的I型传感器，三是用于测量电压的V型传感器。所有传感器通过参考线和通信线相连，参考线为所有传感器提供统一的参考基准。V型传感器中集成的电子电路对所测得的电压进行放大、滤波和数字化处理。
图5 EIT监控系统体系结构图
④测量系统硬件设计
测量系统的硬件主要包括：传感器（电极阵列）系统、DDS正弦信号发生器、压控电流源(VCCS)、解调电路、滤波电路、DSP、A／D转换器及多路开关阵列等。其结构图可以表示为下图：
图6 测量系统结构图
依据测量的需要和测量系统的体系结构，还要对测量系统的硬件电路进行设计，需要进行电路原理图绘制和PCB电路板制作，最终搭建起测试的硬件系统，进行实际的测试和实验。
3结语
随着时代的快速发展，人类的健康将越来越得到保障，科技帮助患者远离病痛的同时也在保护患者的身体，促进人类的疾病不断减少。带给人类身心智健康，提升人类生活幸福感，造福社会。本项目设计的基于多传感器的可穿戴型生物阻抗成像系统将在一定程度上保护人类的身体健康，使用效果更佳，希望可以为后来者提供参考和范本，为社会医学贡献一份力！
[参考文献]
[1]陈晓艳,顾鹏,常晓敏.生物医学电阻抗成像技术[J].生命科学仪器,2017,15(03):3-7.
[2]李小科. 生物阻抗电磁层析成像系统研究[D].天津大学,2012.
[3]曲志刚,王化祥,靳世久.数字化生物电阻抗成像系统[J].电子测量与仪器学报,2006,20(04):10-14.
[4]熊伟. 基于APT的生物医学电阻抗成像系统设计与研究[D].天津科技大学,2011.