基于幾何邊界的EIT網(wǎng)格自適應(yīng)剖分.pdf

1、電阻抗斷層成像(ElectricalImpedanceTomography,EIT)是根據(jù)生物體內(nèi)不同組織在不同功能狀態(tài)下具有不同電阻抗的原理，通過在生物體表面注入安全激勵(lì)電流(電壓)，測量表面響應(yīng)電壓(電流)，重建生物體內(nèi)部的電阻抗分布，從而反映體內(nèi)結(jié)構(gòu)及功能的新型醫(yī)學(xué)成像技術(shù)。由于電阻抗斷層成像具有功能成像的特點(diǎn)，而且對(duì)人體無害、使用方便且設(shè)備價(jià)格相對(duì)低廉，成為近年來國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。
　　EIT圖像重建是具有嚴(yán)重病態(tài)性的非線

2、性逆問題，這是EIT技術(shù)的關(guān)鍵和難點(diǎn)。已有文獻(xiàn)報(bào)道的EIT成像結(jié)果尚不夠理想，是因?yàn)榇蟛糠种貥?gòu)模型都是圓形外邊界，且內(nèi)部不考慮內(nèi)邊界的存在；而且基本上都是采用了均勻的網(wǎng)格剖分模型，這會(huì)導(dǎo)致模型誤差，致使EIT技術(shù)沒有投入到臨床應(yīng)用。第四軍醫(yī)大學(xué)EIT課題組在國家的支持下，提出EIT實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)連續(xù)圖像監(jiān)護(hù)方向，并取得了初步突破，能夠?qū)δX、腹部病變變化初步定位顯示，但是還存在邊界不清晰、范圍較大等問題。因此本文提出了基于邊界的自適應(yīng)剖分方法，

3、即在考慮真實(shí)人體器官邊界情況下，邊界處網(wǎng)格細(xì)剖，邊界間網(wǎng)格粗剖。期望從網(wǎng)格模型方面改善EIT成像質(zhì)量。
　　針對(duì)上述情況，本文從網(wǎng)格自適應(yīng)自動(dòng)剖分方法、軟件平臺(tái)、EIT仿真成像及臨床成像等方面開展了研究，主要工作如下:
　　1）首先研究了基于幾何邊界的有限元自適應(yīng)剖分方法，從剖分算法思想、幾何拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等方面具體研究如何實(shí)現(xiàn)剖分模型。在已知任意外部邊界和內(nèi)部邊界的條件下，能自動(dòng)進(jìn)行有限元網(wǎng)格剖分，且針對(duì)邊界處細(xì)剖，邊

4、界間粗剖。對(duì)比均勻剖分網(wǎng)格，表明自適應(yīng)剖分網(wǎng)格的質(zhì)量更高。在保持較低的剖分規(guī)模的情況下實(shí)現(xiàn)了對(duì)電導(dǎo)率變化顯著區(qū)域的合理剖分，從而有利于EIT成像算法的計(jì)算。
　　2）設(shè)計(jì)并建立了有限元自適應(yīng)剖分的軟件平臺(tái)，采用Visua1C++.NET進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)了任意邊界自動(dòng)剖分、網(wǎng)格優(yōu)化、平移縮放和保存讀取邊界信息等功能，通過設(shè)置剖分尺度、剖分密度等參數(shù)，可以控制剖分規(guī)模。
　　3）將自適應(yīng)剖分軟件嵌入課題組研發(fā)的EIT系統(tǒng)。先進(jìn)行了

5、正問題的仿真計(jì)算，對(duì)比電磁場數(shù)值計(jì)算軟件包COMSOL的正向計(jì)算，結(jié)果表明準(zhǔn)確度接近COMSOL。然后，進(jìn)行了仿真圖像重構(gòu)，分別對(duì)比了基于圓模型、考慮邊界的均勻剖分模型、考慮邊界的自適應(yīng)剖分模型，結(jié)果表明自適應(yīng)剖分模型的重構(gòu)誤差最小。最后，應(yīng)用到動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和臨床監(jiān)護(hù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的EIT成像中，結(jié)果表明自適應(yīng)模型對(duì)擾動(dòng)目標(biāo)或病灶定位較好，為EIT與CT圖像的融合提供了可能。
　　基于邊界的自適應(yīng)剖分方法研究，能夠有效改善EIT成像質(zhì)量，在