Development of switching and measurement circuits for problems of electric impedance tomography
DOI:
https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.210776Ключові слова:
electric impedance tomography, image reconstruction, medical visualization, conductivity distribution, measurement, switcherАнотація
This study solves the relevant problem of selecting an optimal switching and measurement circuit for the problems of reconstruction of the field of change in the conductivity in a biological object.
Based on an analysis of publications in the area of construction of the hardware part of the EIT devices, the main types of the systems were identified: sequential, parallel, and mixed. Because of the low cost, sequential architecture became most common.
Due to the low level of a useful signal in the study of lung ventilation, the differential measurement circuit, which enables amplification of a difference signal, is considered optimal. A difference signal changes significantly as it moves away from injecting electrodes, so the optimal use of the analog-to-digital converter scale requires a change in the amplification coefficient during the collection of measurement information. A measurement circuit with an adaptive amplification coefficient was proposed. The optimal amplification coefficient is determined by the results of test measurements. A block diagram for the implementation of the proposed algorithm was developed.
A circuit for switching the injecting and measuring electrodes, allowing the injection and measurement between any pair of electrodes, was proposed. Theoretical analysis of the impact of switch parameters was carried out. The analysis revealed that the main parameters influencing the metrological characteristics are the resistance of the open channel and its spread.
As a result of mathematical modeling of the circuit of substitution of injection and measurement channels, it was determined that channel resistance and its spread for typical switches results in a relative error in measurements of potentials of no more than 0.2 %
Посилання
- Pekker, Ya. S., Brazovskiy, K. S., Usov, V. N. (2004). Elektroimpedansnaya tomografiya. Tomsk: NTL, 192.
- Brazovskiy, K. S. (2015). Metody i tekhnicheskie sredstva otsenki funktsional'nogo sostoyaniya golovnogo mozga cheloveka na osnove elektricheskikh izmereniy. Tomsk. Available at: http://earchive.tpu.ru/bitstream/11683/30581/1/dis00061.pdf
- Mat-Shayuti, M. S., Zulkifli, H., Yahya, E., Othman, N. H., Hassan, Z. (2019). Development of Low-Cost, Non-Obtrusive Electrical Impedance Tomography Device for Liquid-Gas Flow Visualization. International Journal of Electrical and Electronic Engineering & Telecommunications, 119–126. doi: https://doi.org/10.18178/ijeetc.8.2.119-126
- Meroni, D., Maglioli, C. C., Bovio, D., Greco, F. G., Aliverti, A. (2017). An electrical impedance tomography (EIT) multi-electrode needle-probe device for local assessment of heterogeneous tissue impeditivity. 2017 39th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC). doi: https://doi.org/10.1109/embc.2017.8037091
- Gschoßmann, S., Zhao, Y., Schagerl, M. (2016). Development of data acquisition devices for electrical impedance tomography of composite materials. 17th European Conference on Composite Materials, ECCM 2016. Munich, 126913.
- S Arshad, S. H., Kunzika, J. S., Murphy, E. K., Odame, K., Halter, R. J. (2015). Towards a smart phone-based cardiac monitoring device using electrical impedance tomography. 2015 IEEE Biomedical Circuits and Systems Conference (BioCAS). doi: https://doi.org/10.1109/biocas.2015.7348452
- Yao, A., Soleimani, M. (2012). A pressure mapping imaging device based on electrical impedance tomography of conductive fabrics. Sensor Review, 32 (4), 310–317. doi: https://doi.org/10.1108/02602281211257542
- Deng, Q., Su, Y., Hu, S., Xiong, X., Juan, R., Zhang, Y., Ma, H. (2018). A Parallel Impedance Measurement System for Electrical Impedance Tomography System with Multi - Microcontroller - Unit Architecture. 2018 IEEE International Conference on Manipulation, Manufacturing and Measurement on the Nanoscale (3M-NANO). doi: https://doi.org/10.1109/3m-nano.2018.8552230
- Menden, T., Orschulik, J., Tholen, T., Leonhardt, S., Walter, M. (2017). Approach to compensate measurement errors in electrical impedance tomography. 2017 IEEE Biomedical Circuits and Systems Conference (BioCAS). doi: https://doi.org/10.1109/biocas.2017.8325139
- Gargiulo, G. D., Oh, T. I., Nguyen, D. T., Tapson, J., McEwan, A. L., Cohen, G. et. al. (2012). Active electrode design suitable for simultaneous EIT and EEG. Electronics Letters, 48 (25), 1583–1584. doi: https://doi.org/10.1049/el.2012.3212
- Electrical impedance tomography. Available at: http://www.eit.org.uk/about.html
- Kamenský, M., Kováč, K. (2011). Correction of ADC Errors by Additive Iterative Method with Dithering. Measurement Science Review, 11 (1). doi: https://doi.org/10.2478/v10048-011-0004-3
- Troyanovskyi, V. M., Koldaev, V. D., Zapevalina, A. A., Serduk, O. A., Vasilchuk, K. S. (2017). Why the using of Nyquist-Shannon-Kotelnikov sampling theorem in real-time systems is not correct? 2017 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (EIConRus). doi: https://doi.org/10.1109/eiconrus.2017.7910736
- Troyanovskyi, V. M., Koldaev, V. D., Zapevalina, A. A., Serduk, O. A., Vasilchuk, K. S. (2017). Why the using of Nyquist-Shannon-Kotelnikov sampling theorem in real-time systems is not correct? 2017 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (EIConRus). doi: https://doi.org/10.1109/eiconrus.2017.7910736
- Ross, A. S., Saulnier, G. J., Newell, J. C., Isaacson, D. (2003). Current source design for electrical impedance tomography. Physiological Measurement, 24 (2), 509–516. doi: https://doi.org/10.1088/0967-3334/24/2/361
- Micro CAP 12. Available at: http://www.spectrum-soft.com/index.shtm
- MHz, 20 V/μs, G = 1, 10, 100, 1000 iCMOS. Programmable Gain Instrumentation Amplifier. AD8253. Available at: https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/AD8253.pdf
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2020 Artem Kucher, Nuri Narakidze, Polina Tjaglicova, Maryana Filonova
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.
Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.
