電阻抗成像技術(shù)理論及應(yīng)用研究.pdf

1、電阻抗成像技術(shù)(ElectricalImpedanceTomography,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)欠缺的。電阻抗成像技術(shù)不使用核素或射線、對(duì)人體無(wú)害、可以多次

2、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、具有誘人應(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)。 論文以電阻抗成像技術(shù)為主要目標(biāo)開展基礎(chǔ)應(yīng)用研究，研究實(shí)現(xiàn)一種實(shí)用、快速、具有一定分辨率的電阻抗成像算法，以為臨床提供一種能進(jìn)行連續(xù)監(jiān)護(hù)、相對(duì)廉價(jià)的圖像監(jiān)護(hù)設(shè)備打下技術(shù)理論基礎(chǔ)。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

3、狀況的基礎(chǔ)上，對(duì)電阻抗成像正問(wèn)題、動(dòng)態(tài)、靜態(tài)電阻抗成像、三維電阻抗成像以及電阻抗成像技術(shù)在醫(yī)學(xué)圖像監(jiān)護(hù)中的應(yīng)用等方面進(jìn)行了大量的仿真、實(shí)驗(yàn)研究。 在電阻抗成像正問(wèn)題研究中，研究了場(chǎng)域內(nèi)電導(dǎo)率變化位置、大小對(duì)邊界電位的影響?；陔娮杩钩上裾龁?wèn)題研究結(jié)果，參與了無(wú)創(chuàng)腦血腫、水腫動(dòng)態(tài)監(jiān)護(hù)儀的研制，該儀器可以對(duì)腦血腫、水腫患者進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)。目前該儀器已分別在重慶醫(yī)科大學(xué)附一院和第三軍醫(yī)大學(xué)大坪醫(yī)院獲得應(yīng)用，并已獲得中華人民共和國(guó)國(guó)家知識(shí)

4、產(chǎn)權(quán)局發(fā)明專利、實(shí)用新型專利、外觀設(shè)計(jì)專利等五項(xiàng)專利權(quán)、《醫(yī)療器械注冊(cè)證》[渝藥管械(試)字2002第2040059號(hào)]、《醫(yī)療器械生產(chǎn)企業(yè)許可證》[渝藥管械生產(chǎn)許可第20030081號(hào)]。 在動(dòng)態(tài)電阻抗成像技術(shù)研究中，從X-CT的基本原理闡述了等位線反投影算法的原理，并從靈敏度、注入電流方式、電極數(shù)、模型單元數(shù)、抗噪聲等方面對(duì)等位線反投影算法進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究，給出一種性能相對(duì)較優(yōu)的權(quán)系數(shù)W的計(jì)算公式。在靜態(tài)電阻抗成像技術(shù)研

5、究中，基于NOSER算法思想提出一步牛頓法，并對(duì)該方法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程及其圖像重建性能進(jìn)行了詳細(xì)的研究，給出了牛頓迭代法中場(chǎng)域電導(dǎo)率初值的快速確定方法。 在顱內(nèi)血腫動(dòng)態(tài)監(jiān)護(hù)仿真研究中，基于CT切片建立了人體頭部幾何模型，并基于該模型對(duì)腦血腫病例顱內(nèi)出血過(guò)程進(jìn)行了動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的仿真研究。 基于論文理論研究結(jié)果，研制出16電極實(shí)時(shí)電阻抗成像系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)(樣機(jī)、成像系統(tǒng)軟件)，并在盛有鹽水的水槽上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)表明該成像系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)定

6、位準(zhǔn)確、成像速度較快(4秒一幅圖像)、具有較高的分辨率。還在人體胸腔上進(jìn)行了實(shí)時(shí)電阻抗成像，重建的圖像完全能夠分辨出人體胸腔中的左、右肺和心臟，但圖像分辨率還不夠理想，有待進(jìn)一步提高。在利用國(guó)外人體實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的圖像重建研究表明，重建圖像能夠分辨出胸腔(心臟、左右肺)及小腿的生理結(jié)構(gòu)特征，重建算法是有效的，具有一定的臨床參考價(jià)值。論文還對(duì)水槽實(shí)驗(yàn)和人體實(shí)驗(yàn)的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，分析結(jié)果表明從測(cè)量數(shù)據(jù)的變化情況可以反映水槽內(nèi)部物體的相對(duì)大小及位

7、置，本論文的硬件測(cè)量系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)定性，其精度基本能滿足水槽實(shí)驗(yàn)，但要實(shí)現(xiàn)人體阻抗成像，需要提高測(cè)量系統(tǒng)的精度和速度； 在三維電阻抗成像技術(shù)研究中，基于三維圓柱體有限元模型，將等位線反投影法成功推廣應(yīng)用于三維電阻抗成像上，提出等位面反投影法。該方法重建的圖像定位準(zhǔn)確，從重建圖像可以分辨出成像目標(biāo)個(gè)數(shù)，而且成像速快，通過(guò)對(duì)B矩陣的預(yù)處理，成像速度可達(dá)到20幅/秒，該速度下完全可以做到實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)成像。 最后對(duì)論文的研究工作進(jìn)