電阻抗三維重構方法與柔性電極成像系統(tǒng)研究.pdf

1、電阻抗成像技術（Electrical Impedance Tomography, EIT）是根據(jù)人體內不同組織具有不同的電導率這一物理原理，通過給人體注入很小的安全電流，測量體表電位來提取人體內部電導特性的信息，重構出人體內部的電參數(shù)分布或其變化的圖像為醫(yī)學診斷提供有用信息。電阻抗成像技術通過配置于人體體表的電極陣，提取與人體生理，病理狀態(tài)相關的電特性信息，既能反映解剖學結構，也可以給出功能性圖像，還因其無創(chuàng)、無輻射、設備簡單、成本低廉

2、、可連續(xù)使用、不要求特殊使用環(huán)境等鮮明的特點而受到當今生物醫(yī)學工程學界的廣泛關注。但同時由于其成像在空間分辨率上與大多成像方式相比并不占優(yōu)勢，容易產(chǎn)生噪音、偽跡和扭曲，電極位置、接觸阻抗對測量結果的影響，成像算法不夠準確等因素，使得該技術還不能普遍地被應用。
　　論文首先仔細分析了電阻抗成像在臨床應用中面臨的諸多問題和不足，針對臨床應用的特點，提出了一些新的思想和方法，以實現(xiàn)并改善三維電阻抗成像技術為目的，對三維電阻抗成像的電磁場

3、正問題、重構算法、顯示方式、測量硬件等方面進行了廣泛研究，設計了多種實驗模型，并開展了物理及初步臨床實驗，克服了電阻抗成像通往臨床應用上的部分障礙。
　　針對傳統(tǒng)的封閉式電阻抗成像適用范圍小、電極定位困難，而開放式電阻抗成像分辨率低、探測深度小的不足，提出了交叉平面成像的思想，改善了成像效果，降低了計算量，以期使用于腦水腫及乳腺癌的診斷及監(jiān)測。
　　本文建立了EIT正問題的數(shù)學模型及對交叉平面電阻抗系統(tǒng)的仿真研究，分析了場域

4、內電導率變化、激勵方式、剖分密度等對邊界電位的影響，通過對多層顱骨模型內含異物的仿真，分析了該方式用于無創(chuàng)腦水腫動態(tài)監(jiān)護的可行性為電阻抗成像的逆問題求解奠定基礎。通過賦予先驗信息的動態(tài)成像，結合靈敏度關系分析解決該病態(tài)問題和可能的雅可比矩陣的秩不足的問題，處理方法包括對高頻分量截斷，逆問題線性近似，并通過線性逼近來近似求得非線性問題的解等，以滿足交叉平面電極圖像重建的要求，為進行下一階段的目標重構與目標體積評估等提供了依據(jù)。
　　

5、針對該交叉平面電極陣列系統(tǒng)，設計了一套65個電極分布在半球面上，以高性能FPAG為核心，以數(shù)字方式實現(xiàn)的多頻激勵源的測量系統(tǒng)，開展了物理模型實驗，包括對4個水平電極組平面和8個垂直電極組平面成像，并以此進行插值重構，其結果明顯優(yōu)于單一方向的成像，表現(xiàn)在目標的扭曲及拉伸程度減小，成像速度上與三維剖分成像相比明顯提高，并且能夠以此為基礎進行目標的體積估計。本文還進行了平面電極組三維電阻抗成像，使用邊界值提取和濾除的方法減少導致系統(tǒng)的噪聲，避

6、免了在重建的孔洞，突起和碎片，重建圖像提供更多的信息，包括深度，體積，目標與背景間的電阻抗對比度等。
　　通過研究總結，提出了單通道，多頻點，采用柔性電極的電阻抗成像系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有靈活性強，可擴展性強，可以完成封閉式及開放式兩種測量思路的各項功能，摒棄了以往的固定電極位置的模式，而采用了根據(jù)不同測量病灶，不同測量個體，而制定相應的測量范圍，測量方式，從而很好地解決了由于個體差異產(chǎn)生的模型誤差，并能夠進行加密測量，滿足了醫(yī)護人員的

7、多種述求?；谝陨舷到y(tǒng)進行了包括，電極密度對測量結果的影響，目標物體體積估計，不同模型下的平面及三維成像等物理實驗。數(shù)例初步的臨床實驗表明，對不同程度的腦出血，腦水腫，腦梗死，膠質瘤患者的檢測，總體上患者的數(shù)據(jù)高于普通病例的數(shù)據(jù)，并寄以該系統(tǒng)來明確出血及多種原因形成的水腫，確定水腫位置和體積大小。
　　論文最后對研究工作進行了總結，給出了所完成的主要研究工作及取得的成果，指出了目前存在的問題，提出了一些不足之處及對本課題今后的研究