電阻抗三維重構(gòu)方法與柔性電極成像系統(tǒng)研究.pdf

1、電阻抗成像技術(shù)（Electrical Impedance Tomography, EIT）是根據(jù)人體內(nèi)不同組織具有不同的電導(dǎo)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(nèi)部電導(dǎo)特性的信息，重構(gòu)出人體內(nèi)部的電參數(shù)分布或其變化的圖像為醫(yī)學(xué)診斷提供有用信息。電阻抗成像技術(shù)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(guān)的電特性信息，既能反映解剖學(xué)結(jié)構(gòu)，也可以給出功能性圖像，還因其無創(chuàng)、無輻射、設(shè)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(dāng)今生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)界的廣泛關(guān)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(jié)果的影響，成像算法不夠準(zhǔn)確等因素，使得該技術(shù)還不能普遍地被應(yīng)用。
　　論文首先仔細分析了電阻抗成像在臨床應(yīng)用中面臨的諸多問題和不足，針對臨床應(yīng)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(shù)為目的，對三維電阻抗成像的電磁場

3、正問題、重構(gòu)算法、顯示方式、測量硬件等方面進行了廣泛研究，設(shè)計了多種實驗?zāi)Ｐ?，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(yīng)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(xué)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(nèi)電導(dǎo)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(nèi)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(chǔ)。通過賦予先驗信息的動態(tài)成像，結(jié)合靈敏度關(guān)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(biāo)重構(gòu)與目標(biāo)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(shè)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(gòu)，其結(jié)果明顯優(yōu)于單一方向的成像，表現(xiàn)在目標(biāo)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(chǔ)進行目標(biāo)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(dǎo)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(biāo)與背景間的電阻抗對比度等。
　　通過研究總結(jié)，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(yīng)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(jié)果的影響，目標(biāo)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(zhì)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(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題，提出了一些不足之處及對本課題今后的研究