顱腦電阻抗成像數(shù)據(jù)采集中電極干擾的預(yù)處理方法研究.pdf

1、腦血管疾病早期難以發(fā)現(xiàn)，一旦發(fā)病，致死、致殘率高。重型顱腦損傷也是臨床常見(jiàn)急癥，容易出現(xiàn)繼發(fā)性出血等損傷，嚴(yán)重威脅患者生命。如果能夠盡早發(fā)現(xiàn)以上病情，可以有效降低患者的死亡率并改善預(yù)后效果。這就需要一種動(dòng)態(tài)監(jiān)護(hù)診斷技術(shù)，對(duì)有潛在發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)的患者進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)病情變化，在發(fā)病初期即可指導(dǎo)醫(yī)護(hù)人員進(jìn)行合理治療?，F(xiàn)有的影像檢查手段如CT、MRI等雖然實(shí)現(xiàn)顱腦病灶的準(zhǔn)確診斷，但是主要用于一次性檢測(cè)，費(fèi)用昂貴，會(huì)產(chǎn)生輻射，并且設(shè)備體積龐大，

2、無(wú)法用于長(zhǎng)時(shí)連續(xù)床旁監(jiān)護(hù)，不能對(duì)腦血管疾病發(fā)病進(jìn)行早期預(yù)警。常規(guī)生理參數(shù)監(jiān)護(hù)儀雖然可以進(jìn)行床旁連續(xù)監(jiān)護(hù)，但是由于心率、血壓等生理參數(shù)受到人體代償功能的影響，對(duì)顱腦病變不敏感，因此臨床上迫切需要一種能夠?qū)δX血管疾病患者進(jìn)行連續(xù)監(jiān)護(hù)的床旁監(jiān)護(hù)設(shè)備。
　　電阻抗斷層成像(Electrical Impedance Tomography，EIT)是一種新型的生物醫(yī)學(xué)成像技術(shù)，以無(wú)創(chuàng)、低成本、功能成像為特點(diǎn)，在腦血管疾病的連續(xù)監(jiān)護(hù)方面有著良好

3、的應(yīng)用前景，國(guó)內(nèi)外均開(kāi)展了顱腦EIT的相關(guān)應(yīng)用研究。第四軍醫(yī)大學(xué)課題組攻克了顱腦動(dòng)態(tài) EIT成像算法和硬件系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)難題，在國(guó)際上率先展開(kāi)了臨床應(yīng)用研究，也是唯一能將顱腦EIT動(dòng)態(tài)監(jiān)護(hù)技術(shù)推向臨床研究的小組。課題組前期的臨床研究證明顱腦EIT監(jiān)測(cè)技術(shù)的臨床可行性，在研究實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，進(jìn)行長(zhǎng)期連續(xù)監(jiān)護(hù)時(shí)，由于醫(yī)護(hù)人員的護(hù)理、治療和病人體動(dòng)等原因，電極和頭皮會(huì)發(fā)生接觸不良，影響數(shù)據(jù)質(zhì)量，迫切需要對(duì)電極的接觸情況進(jìn)行實(shí)時(shí)判斷并對(duì)接觸不良信號(hào)

4、進(jìn)行處理，提高其抗干擾能力，推進(jìn)顱腦 EIT在臨床上的應(yīng)用。針對(duì)以上問(wèn)題，本文展開(kāi)以下三方面研究：
　?。?）接觸不良電極的實(shí)時(shí)檢測(cè)
　　在顱腦 EIT臨床監(jiān)護(hù)中，病人的體動(dòng)以及醫(yī)護(hù)人員的治療、護(hù)理操作不當(dāng)?shù)纫蛩乜赡軙?huì)導(dǎo)致環(huán)貼在病人頭部的電極出現(xiàn)接觸不良的情況，影響圖像監(jiān)護(hù)結(jié)果。在前期的研究中發(fā)現(xiàn)，由于接觸不良電極的接觸阻抗與正常電極相差較大，導(dǎo)致包含接觸不良電極的測(cè)量通道值和以接觸不良電極為激勵(lì)電極時(shí)獲取的測(cè)量值與正常值先

5、比存在顯著差異?；诖?，本文研究了一種基于加權(quán)的相關(guān)系數(shù)和小波奇異點(diǎn)檢測(cè)的接觸不良電極的實(shí)時(shí)檢測(cè)算法，并通過(guò)阻容網(wǎng)絡(luò)物理模型實(shí)驗(yàn)和臨床人體實(shí)驗(yàn)證明了該方法可以準(zhǔn)確檢測(cè)相應(yīng)接觸不良電極。
　?。?）電極接觸不良后的數(shù)據(jù)補(bǔ)償
　　顱腦 EIT對(duì)病人進(jìn)行連續(xù)監(jiān)護(hù)時(shí)間長(zhǎng)，要求監(jiān)護(hù)期間醫(yī)護(hù)人員一直值守在設(shè)備旁比較困難。當(dāng)電極發(fā)生接觸不良時(shí)監(jiān)護(hù)圖像不能反映正常監(jiān)護(hù)信息，趕來(lái)重貼電極的醫(yī)護(hù)人員無(wú)法記錄最后的正常監(jiān)護(hù)結(jié)果，而對(duì)電極進(jìn)行處理后

6、新的監(jiān)護(hù)圖像也不包含電極故障前的監(jiān)護(hù)信息，因此需要對(duì)電極接觸不良時(shí)的數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償，保證監(jiān)護(hù)結(jié)果的連續(xù)性。本文研究了一種基于灰色BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)模型的數(shù)據(jù)補(bǔ)償算法，使用一階單變量的灰色模型和單輸入單輸出的三層 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)丟失的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行補(bǔ)償?；疑A(yù)測(cè)模型趨勢(shì)性好，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)非線性逼近能力強(qiáng)，兩者結(jié)合可以準(zhǔn)確補(bǔ)償缺失的數(shù)據(jù)幀。物理模型實(shí)驗(yàn)和臨床人體實(shí)驗(yàn)證明該方法可以有效保留電極故障前的監(jiān)護(hù)圖像信息。
　　（3）基于三次自然樣

7、條擬合差分的體動(dòng)偽影干擾的抑制
　　顱腦EIT監(jiān)護(hù)過(guò)程中，醫(yī)護(hù)人員的護(hù)理治療操作會(huì)改變病人的，可能會(huì)改變電極的接觸狀態(tài)，這種改變不足以導(dǎo)致電極發(fā)生接觸不良，但是測(cè)量數(shù)據(jù)的幅值會(huì)發(fā)生突變，在監(jiān)護(hù)圖像上表現(xiàn)出劇烈的體動(dòng)偽影。本文基于三次樣條擬合差分的方法，將體動(dòng)導(dǎo)致的測(cè)量數(shù)據(jù)的突變視為階躍噪聲信號(hào)，通過(guò)擬合差分消除該類噪聲還原原始信號(hào)。經(jīng)仿真實(shí)驗(yàn)證明，該方法可以有效抑制階躍噪聲與脈沖噪聲。經(jīng)臨床人體實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證，該方法可以有效抑制測(cè)量

8、數(shù)據(jù)基線突變，消除圖像上的體動(dòng)偽影。綜上所述，本文針對(duì)數(shù)據(jù)采集中的電極干擾進(jìn)行了系統(tǒng)的分析和數(shù)據(jù)預(yù)處理方法的研究，主要展開(kāi)了三方面工作：提出了一種基于加權(quán)相關(guān)系數(shù)和小波分解的接觸不良電極的實(shí)時(shí)檢測(cè)方法；實(shí)現(xiàn)了一種基于灰色預(yù)測(cè)和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)模型對(duì)缺失的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)補(bǔ)償方法；研究了一種基于三次自然樣條擬合的差分去噪方法，消除了圖像上的體動(dòng)干擾偽影。物理模型實(shí)驗(yàn)和人體實(shí)驗(yàn)表明，這些方法能夠有效檢測(cè)接觸不良電極并進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理，可以促進(jìn)