一种乳腺电阻抗断层成像模型的建立

目的:在利用旋转电极法对乳腺电阻抗断层成像(electrical impedance tomography,EIT)的初期试验阶段,验证此方法的可行性,初步明确影响成像的因素。方法:基于EIT试验平台建立一个能有效模拟乳腺组织分布的物理模型,并用电导率有差异的NaCl溶液、铁棒模拟了电场分布。结果:得到模拟电场的中间断层电阻抗分布图。结论:基于EIT原理的旋转电极法成像是可行的,初步明确了影响该方法成像的因素。     

一体化多电极电阻抗断层成像数据采集系统设计

非均匀与均匀介质电场的空间分布在边界条件上的关系是影响旋转电极EIT成像分辨率的因素之一。为此设计了一种8层共1 024电极的电阻抗断层成像数据采集系统。该系统采用一体化设计方案,8层PCB层叠结构,用排针、排母进行物理支撑和电气连接,最大限度地减少了引线对信号采集的影响。PCB工艺形成的电极具有数量多,分布均匀,在不同旋转方向上形成的电场一致性较好的特点。系统采用在FPGA中构建NIOS II软核处理器进行整体控制。结果表明,系统物理模型所形成的介质电场均匀,从不同旋转角度上实测的电场分布的其一致性较好;电场分布和数据采集的结果达到设计要求。     

3D-EIT系统电极优化设计

探究三维电阻抗成像系统电极结构对数据测量及图像重建的影响。考虑到电极形状和电极在边界上的分布状态对成像效果的影响,在构建的3D电阻抗系统模型及层间准对角激励相邻（QBD）测量工作模式下,对方形电极（I型）、圆形电极（II型）、同心圆复合电极（III型）和方圆复合电极（IV型）4种 形状电极,就0.2到0.7之间8种不同电极占空比(DR)情况进行对比研究。采用重建图像的相关度R,敏感场的灵敏度均匀性P,测量电压动态范围D进行评价。对比结果表明,在DR为0.4～0.5之间,4种电极结构下的图像相关度R均优于其他DR情况,而且IV型电极的R和P指标略优于I ～ III型,但复合型电极（III和IV型）在DR为0.3和035时边界测量电压动态范围D偏大,稳定性差。对三维场域中5个高度不等（7.5～30 cm之间）、电导率相同的物体,采用共轭梯度算法进行图像重建。数据经归一化处理,截取2个电极层、1个电极间层及2个电极外层共5个等间隔的不同断层图像进行对比,4种电极模型下的成像结果均与真实分布相吻合,IV型电极所成图像伪影略小,效果较好,与指标评价结果一致。本研究为QBD模式的三维电阻抗成像系统确定了电极形状及电极分布,为进一步研究三维空间的电阻抗分布奠定基础。     

一个临床应用的实时电阻抗断层成像系统的设计与初步结果

一个临床应用的实时电阻抗断层成像系统的设计与初步结果１引言电阻抗断层显像（ＥＩＴ）是通过对导电区域表面电阻抗进行测量形成的二维电阻抗分布的图像。阻抗测量是通过贴附于人体的一组电极，并采用一系列的二电极、四电极测量方法进行的，接着使用一种图像重建的算法...     

电阻抗与EIT 测量微系统设计

以微系统结构、高稳定性为设计目标,构建一套基于ATmega16单片机和AD5933的电阻抗与EIT测量微系统。AD5933芯片内部集成了DDS部分、滤波放大部分、12位A/D转换部分和片上的DSP离散傅里叶变换解调部分,避免了各个模块时序不一致造成的误差,提高了系统的稳定性和抗干扰性。基于Matlab平台开发图形用户界面(GUI),实现了数据无线通讯、阻抗图谱绘制、特征参数计算、EIT图像重建。对均匀场进行100次数据采集,系统信噪比达70 dB。对高精度电阻、离体猪肉分别进行阻抗测试,根据Cole-Cole理论,绘制了阻抗圆图,测量结果与最小二乘算法拟合效果相符。针对16电极实验槽中不同位置和不同数量的有机玻璃棒分布,采用高斯牛顿重建算法进行电阻抗图像重建,成像效果良好,验证了系统的有效性与可行性。     

乳腺电阻抗投影成像算法及实现

研究并验证电阻抗乳腺投影成像算法。该算法将乳腺等效为均匀,利用均匀介质电流场扰动原理,将场域内电阻抗异常区域投影到边界的电流分布,采用物理模型实验进行验证。该算法能识别2mm的电阻抗扰动目标,识别的目标深度可达25mm。电阻抗乳腺投影成像算法可以用于乳腺内异常电阻区的探查。     

基于斜位电流注入的磁共振电阻抗成像谐函数Bz重建算法及实验研究

针对斜位电流注入的磁共振电阻抗成像,提出基于斜位电流注入的谐函数Bz电导率重建算法,并建立相应的二维电导率重建方案。在构建磁共振电阻抗成像实验系统的基础上,分别进行电导率分布图像的仿真和测量磁通密度的实验。仿真结果表明,所提出的重建算法能够获得电导率分布的图像,并且硬件系统能够获得对成像物体注入电流时的磁共振图像数据,进一步可以得到成像体内的磁通密度。     

不同灌注介质对射频消融病灶大小影响体外研究

目的探讨在离体状态下，采用不同种类及浓度的离子溶液作为灌注介质对射频消融灶大小的影响。方法在新鲜猪肝内进行射频消融。按灌注介质不同，分为质量浓度25％乙酸溶液、质量浓度10％NaCl溶液、质量浓度5％NaCl溶液、质量浓度0．9％NaCl溶液、体积分数95％乙醇溶液及蒸馏水6组进行实验。每组实验重复8次。射频结束后将其剖开测量并比较消融灶的形态及体积。结果共得到48个消融灶。不同灌注介质所形成的消融灶体积按从大到小依次排列如下：质量浓度25％乙酸溶液组〉质量浓度10％NaCl溶液组〉质量浓度5％NaCl溶液组〉质量浓度0．9％NaCl溶液组〉蒸馏水组〉体积分数95％乙醇溶液组。结论采用高浓度的离子溶液作为灌注介质在体外条件下有助于形成较大的射频消融灶。     

数字式生物电阻抗与电阻抗断层成像测量系统

构建了以ATmega16单片机为控制核心,8个AD5933为数字电极,nRF24L01为无线通信模块的数字式生物电阻抗与电阻抗断层成像(EIT)测量系统。详细阐述了系统结构、电路设计、系统测试、动物组织阻抗测量及EIT成像。经测试,系统相对测量误差可达0.42%,信噪比达76.3dB。该系统不仅可采用二电极法在1~100kHz范围内进行扫频式阻抗测量,而且能实现EIT成像。对SD幼鼠解剖后的组织进行阻抗测量,测量结果显示,数据有效,经最小二乘法拟合,符合Cole-Cole理论,验证了该系统阻抗测量的可行性与有效性;通过盐水槽实验,对场域中物体的分布图像进行重构,重建图像与实际分布吻合,成像效果良好。该系统很大程度上提高了前端测量信号的有效性以及系统的稳定性。     

阻抗成像技术状况的评价

阻抗成像技术状况的评价电阻抗断层图像技术（ＥＩＴ：ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＩｍｐｅｄａｎｃｅＴｏｍｏｇｒａｐｈｙ）或阻抗成像（ＩｍｐｅｄａｎｃｅＩｍａｇｉｎｇ）利用人体组织的电特性而形成人体内部的图像。它通过体表电极向人体送入一交流电流，测量其产生的电压...     

基于头部组织不同电导率特性的阻抗成像正问题仿真研究

目的 通过建立5层有限元真实头模型,研究了各层组织非均质和颅骨、脑白质各向异性电特性对电阻抗成像问题中电磁场分布的影响.方法 对头部各组织建立4种电导率分布模型:均质分布、非均质分布以及颅骨和脑白质各向异性电导率模型;通过正问题数值求解得到不同模型下的磁场分布和电场分布,并通过定量的统计分析研究非均质和各向异性电导率特...     

微分进化算法在头部电阻抗成像中的应用

电阻抗成像（EIT）技术是一种功能成像技术，它向未知目标注入（安全）电流，通过测得目标边界的电位来估计它内部的阻抗分布情况。电阻抗成像是一个严重病态的非线性逆问题。本研究应用微分进化算法进行电阻抗成像，并将其用于二维真实头模型的阻抗重建中。仿真结果显示，作为一种简单、鲁棒的算法，微分进化算法在EIT成像中具有优越的性能。     

一种基于FPGA的EIT电流源和数字解调方法

目的 依据数字化电阻抗断层成像(EIT)硬件系统的要求,构建了基于现场可编程门阵列(FPGA)的通用型EIT硬件实验平台,完成了直接数字频率合成(DDS)的电流源和数字解调方法研究.方法 实验平台以FPGA芯片为核心,集成了DDS模块、D/A及A/D接口模块、数字解调模块和RS-232数据通信等模块.结果 电流源可在6.1～390.6 kHz范围输出多频激励信号,输出阻抗大于190 kΩ,电流峰峰值为2 mA.数字解调模块可同时提取被测阻抗的实部和虚部信息.结论 采用生物组织等效模型进行的模拟测试验证了本研究系统工作的有效性,为实用化EIT系统的建立奠定了基础.     

基于遗传算法的电阻抗图像重建

电阻抗图像重建是一个严重病态的非态线性的逆问题， Newton-Raphson迭代算法是目前理论上最为完善的静态电阻抗图像重建算法，它是一种基于最小化目标函数的搜索算法，在实际阻抗图像重建过程中对噪声非常敏感，即使使用正则化技术其稳定性和图像重建精度仍较差，本文提出一种基于遗传算法的图像重建新方法。实验结果表明这种方法具有较强的抗噪能力，其重建的静态电阻抗图像精度和空间分辨率都大大好于改进的Newton-Raphson重建算法。     

一个基于物理模型的生物电阻抗断层成像系统的研究

电阻抗断层成像(electrical impedance tomography,EIT)是以目标体内电阻抗的分布或变化为成像对象的一种新型成像技术.它具有简便、无创、造价较低的优势,并具有功能成像及动态图像监护的优点.我们设计了基于物理模型的EIT系统,该系统由硬件系统和软件系统组成.硬件系统由32电极、物理模型、恒流驱动模块、信号检测模块、数据采集模块、驱动及测量模式设置模块、多组电源模块以及计算机等组成.我们主要在图像重构模式和算法方面进行了研究,实现了等位线反投影动态重构算法法并提出了广义逆动态重构算法.应用该系统在物理模型上得到了较好的结果.     

一种电阻抗图像与CT图像融合方法研究

研究一种电阻抗功能图像与CT结构图像相融合的方法,获得既能反映电阻抗分布又能反映组织结构的医学图像.以人体呼吸过程的电阻抗图像及胸部CT图像的融合为例,首先采用disk算子对CT图像滤波,再用canny算子提取CT图像轮廓,将提取后的结构图像构建EIT正问题模型,并进行正问题求解,更新灵敏度矩阵,且基于共轭梯度算法重建EIT图像,然后用小波算法将EIT图像与CT结构图像进行融合.在融合图像中,电阻抗功能变化信息在结构图像中凸显出来,可实现电阻抗变化区域的初步定位.研究结果表明,电阻抗功能图像与CT结构图像的融合有效、可行.本研究为实现电阻抗成像技术与其他成像技术的信息互补、进一步发挥EIT功能成像技术的优势奠定基础.     

Electrical impedance tomographic imaging of a single cell electroporation

A living cell placed in a high strength electric field, can undergo a process known as electroporation. It is believed that during electroporation nano-scale defects (pores) occur in the membrane of the cell, causing dramatic changes to the permeability of its membrane. Electroporation is an important technique in biotechnology and medicine and numerous methods are being developed to improve the understanding and use of the technology. We propose to extend the toolbox available for studying electroporation by generating impedance distribution images of the cell as it undergoes electroporation using Electrical Impedance Tomography (EIT). To investigate the feasibility of this concept, we develop a mathematical model of the process of electroporation in a single cell and of EIT of the process and show simulation results of a computer-based finite element model (FEM). Our work is an attempt to develop a new imaging tool for visualizing electroporation in a single cell, offering a different temporal and spatial resolution compared to the state of the art, which includes bulk measurements of electrical properties during single cell electroporation, patch clamp and voltage clamp measurement in single cells and optical imaging with colorimetric dyes during single cell electroporation. This paper is a preliminary theoretic feasibility study.