基于虛擬儀器的電阻抗成像算法研究.pdf

1、電阻抗成像技術(shù)(Electrical Impedance Tomography,EIT)是當(dāng)今生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)重大研究課題之一,它是繼形態(tài)、結(jié)構(gòu)成像之后,于最近二十年才出現(xiàn)的新一代無(wú)損傷成像技術(shù)。電阻抗成像技術(shù)通過(guò)配置于人體體表的電極陣列,提取與人體生理、病理狀態(tài)相關(guān)的組織或器官的電特性信息,不但反映了解剖學(xué)結(jié)構(gòu),更重要的是可望給出功能性圖像結(jié)果,這是X-CT、核磁共振等其它成像技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)的。電阻抗成像技術(shù)不使用核素或射線,對(duì)人體無(wú)害,

2、可以多次測(cè)量,重復(fù)使用,可以成為對(duì)病人進(jìn)行長(zhǎng)期、連續(xù)監(jiān)護(hù)而不給病人造成損傷或帶來(lái)不適的醫(yī)院監(jiān)護(hù)設(shè)備。加之其設(shè)備成本低廉,不要求特殊的工作環(huán)境等,因而是一種理想的、具有廣泛應(yīng)用前景的無(wú)損傷醫(yī)學(xué)成像技術(shù)和圖像監(jiān)護(hù)技術(shù)。本論文在分析、研究國(guó)內(nèi)外有關(guān)電阻抗成像重建算法及其研究狀況的基礎(chǔ)上,以電阻抗成像技術(shù)為主要目標(biāo),利用虛擬儀器LabVIEW軟件實(shí)現(xiàn)了一種實(shí)用、快速、具有一定分辨率的電阻抗成像算法——等位線反投影算法,對(duì)成像算法進(jìn)行了仿真研究和

3、數(shù)據(jù)分析。本文主要工作如下:(1)介紹了EIT成像技術(shù)的研究意義,闡述其成像原理,簡(jiǎn)述了該項(xiàng)新技術(shù)的應(yīng)用及其在國(guó)內(nèi)外的研究概況。(2)對(duì)電阻抗成像的正問(wèn)題進(jìn)行了理論研究。建立了正問(wèn)題的理論模型,采用有限元法對(duì)正問(wèn)題進(jìn)行求解,分析了場(chǎng)域電導(dǎo)率的分布變化對(duì)邊界電位的影響,包括對(duì)場(chǎng)域內(nèi)某一區(qū)域電導(dǎo)率增加、電導(dǎo)率減小、電導(dǎo)率區(qū)域擴(kuò)大和不同區(qū)域電導(dǎo)率改變等多種情況的分析。研究表明:場(chǎng)域內(nèi)電導(dǎo)率的改變會(huì)使場(chǎng)域四周的邊界電位發(fā)生變化。(3)對(duì)電阻抗成

4、像中等位線反投影算法進(jìn)行了改進(jìn)研究。在Sheffield等位線反投影算法基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn),給出了投影長(zhǎng)度的近似計(jì)算公式,考慮了投影路徑的長(zhǎng)度對(duì)圖像重建的影響。和原算法相比,重建圖像更加清晰,減小了重建圖像的偽跡。論文對(duì)改進(jìn)的等位線反投影算法的性能進(jìn)行了研究,包括對(duì)同一區(qū)域不同電導(dǎo)率成像,同一電導(dǎo)率不同區(qū)域成像,單個(gè)目標(biāo)成像,2個(gè)目標(biāo)的遠(yuǎn)距離和近距離成像,3個(gè)目標(biāo)成像。研究表明:改進(jìn)的等位線反投影算法不但可以較準(zhǔn)確地對(duì)場(chǎng)域內(nèi)目標(biāo)進(jìn)行定位,

5、而且具有一定的分辨率;當(dāng)場(chǎng)域內(nèi)電導(dǎo)率分布發(fā)生改變時(shí),重建圖像可以較好地反映出其電導(dǎo)率的變化。(4)利用LabVIEW研制電阻抗成像仿真軟件。完成了有限元自動(dòng)剖分,分析了有限元節(jié)點(diǎn)和三角單元的編號(hào)規(guī)律,給出了高斯消元法和正問(wèn)題求解的程序框圖,對(duì)等位線反投影改進(jìn)算法的程序框圖也做出了說(shuō)明。有限元模型的規(guī)?？梢栽谲浖?nèi)調(diào)節(jié),為算法的仿真研究帶來(lái)方便。最后,對(duì)論文的研究工作進(jìn)行了總結(jié),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(wèn)題