开放式电阻抗成像基本原理和仿真实验研究

电阻抗成像技术作为一种新兴的功能性医学成像技术具有广阔的应用前景。除了成像的空间分辨率不高之外,当前研究中普遍针对封闭场域成像的模式也是电阻抗成像技术推广到临床应用的一个不可忽视的障碍。在分析封闭式电阻抗成像临床应用局限性的基础上,提出了开放式电阻抗成像的思想,依据这一思想构建的开放式电阻抗成像系统能对局部浅层的生物组织给出有价值的电阻抗分布信息。给出了开放式电阻抗成像电磁场边值问题的数学模型,提出了边界约束问题的处理方法,并进行了初步的仿真和实验研究。结果表明,当目标位于体表下较浅部位时,成像具有较好的分辨率和定位准确度。     

交叉测量协议对电阻抗成像病态性的影响

研究在二维圆形场域和相邻电流激励条件下,电压相邻测量协议和交叉测量协议对病态性的影响。相比相邻测量协议,交叉测量协议整体提高了Jacobian矩阵的奇异值,表明其Jacobian矩阵列中的线性相关程度在下降。采用相邻测量协议得到的Jacobian矩阵条件数是2.15×106,采用交叉测量协议对应的条件数是1.21×105。计算结果表明交叉测量协议相对相邻测量协议的Jacobian矩阵条件数的比值约为1∶18。本研究从理论上证明了交叉测量协议相比相邻测量协议降低了电阻抗成像的病态性。     

电阻抗成像交叉测量协议的灵敏度性能

电阻抗重构图像技术对噪声敏感.测量数据中比较小的误差可能在最终图像上导致很大的误差.测量技术应提高对被测场域的灵敏度.在二维圆形均匀场域和相邻电流激励条件下,研究相邻和交叉测量协议的灵敏度性能.相比相邻测量协议,交叉测量协议提高整体灵敏度,同时也提高了中心区域的灵敏度比例值.交叉测量的合成灵敏度峰值是相邻测量的4.54倍.中心处相邻测量的灵敏度比例值是10.7%,交叉测量时为27.2%.实验结果表明交叉测量协议在灵敏度性能方面优于相邻测量协议.     

头部组织感应电流磁共振电阻抗成像仿真研究

将感应电流磁共振电阻抗成像(IC-MREIT)应用于人体头部组织电导率重构,并在三层球头模型上进行仿真研究.首先建立二次磁场Z方向磁感应强度摄动对有限元头模型中单元电导率摄动的灵敏度矩阵;然后分析系统中激励线圈个数、激励线圈与三层球头模型相对位置及激励线圈半径等因素对灵敏度矩阵性态的影响,为IC-MREIT系统激励线圈优化设计提供指导;最后采用灵敏度矩阵法对三层球头模型非均匀电导率分布进行重构,仿真结果证明IC-MREIT技术用于重构头部组织电导率分布是可行的,在无创头部组织电导率检测领域具有潜在的应用价值.     

电阻抗断层成像硬件系统

本文主要回顾了目前已报道的电阻抗断层成像硬件系统性能及参数，给出了ＥＩＴ硬件系统的基本结构框图，对激励电路，测量电路等主要功能单元的结构及性能进行了分析。     

感应电流电阻抗成像的硬件系统

本回顾了感应电流电阻抗成像技术的发展历史及现状，指出了其研究意义。对感应电流电阻抗成像的硬件系统主要采用的技术进行了介绍，并讨论了研究中存在的关键问题。最后总结了今后工作可能的研究方向。     

磁共振电阻抗成像技术

本文介绍了一种把磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)技术和电阻抗成像(electrical impedance tomography,EIT)技术融合的新型成像技术--磁共振电阻抗成像技术.阐述了二者结合的关键点:磁共振电流密度成像技术.分析了硬件系统构建的特点,着重回顾了当前研究概况并介绍了几种主要模型和算法,指出了各自特点.最后对该技术的主要问题和发展方向进行了探讨.     

电阻抗断层成像硬件系统

本文主要回顾了目前已报道的电阻抗断层成像（ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＩｍｐｅｄａｎｃｅＴｏ－ｍｏｇｒａｐｈｙ，ＥＩＴ）硬件系统性能及参数，给出了ＥＩＴ硬件系统的基本结构框图，对激励电路、测量电路等主要功能单元的结构及性能进行了分析     

磁共振电阻抗成像方法的研究进展

磁共振电阻抗成像方法是传统电阻抗成像和磁共振成像的结合，是一种新的电阻抗成像方法。按照电阻抗测量激励器与接收器的不同，可将其划分为接触式和非接触式两种。应用磁共振电阻抗成像方法可以获得高分辨率、高精度的电阻抗图像，对临床辅助诊断具有重要意义。对磁共振电阻抗成像方法的两种形式及其发展前景给予综述。     

电阻抗断层成像的驱动模式

本文分析了ＥＩＴ中驱动模式的研究意义，分类介绍了已有的驱动模式，回顾了现有３ＩＴ系统中采用的驱动模式，最后指出了各种驱动模式的优缺点，并提出了可能的改进意见。     

在改进的有限元模型上实现一种较严格的动态电阻抗断层成象算法

对一种较为严格的图像重构算法——广义逆法进行了推导，并在计算机有限元模型上实现了该算法，重构出了反映阻抗变化量的图像（即动态成像），并根据阻抗重构问题的特点，改进了现有的有限元计算机重构模型，在改进模型上实现了广义逆法。改进的模型与原有模型相比，其正向矩阵的病态性得到较大的改善。从重构结果上看，在改进模型上的广义逆法与现有算法——等位线法相比，成像定位更准确、图像更清晰，能较好的重构出阻抗分布复杂的模型，噪声性能也优于等位线法。     

一个感应电流EIT实验系统

感应电流电阻抗成像 (ICEIT)因非接触的优势 ,已成为电阻抗成像领域一个新的研究方向。我们设计了一个三线圈激励的 ICEIT初步系统。该系统包括恒流源、功率放大器、激励线圈、物理模型、测量模式设置模块、信号检测模块、数据采集和数字 I/O卡。其中恒流源采用 DDS技术 ,其频率为 4 6 .875 KHz,电流从 0 .16～ 2 .5 6 m A分为 16级 ,可程控设置。线圈激励系统包括三个激励线圈和相应的功率驱动系统 ,线圈直径 5 0 cm,电感 L=193.5μH,功率驱动级在± 2 5 V直流电源前提下最大可提供 80 0 m A的激励电流。检测系统对体表电极上的信号进行放大、滤波、同步解调和 A/D转换后 ,DMA方式采集数据。实验表明 ,在物理模型中放入不同的测试目标时 ,利用上述三线圈 ICEIT系统 ,从体表测量中可清楚的反映出相应电极上的信号相对变化情况 ,并初步得到了重建图像所需的 3× 32个信号     

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.     

胃区3层EIT模型构建和仿真

构建3层电阻抗成像技术(EIT)模型,研究不同电极激励模型下胃排空信息的规律,以及胃内容物电导率不同时胃阻抗测量信号的变化情况。利用COMSOL MULTIPHYSICS仿真软件,以人体解剖学为基础,构建包含胃、肝胆的人体腹腔模型,并在模型外构建3层电极模型,每层16个电极,以5 mA的安全电流为激励源进行仿真。分别设定相对和相邻电极激励模型,设定不同的胃内容物,即绝缘试餐0.054 S/m、导电试餐1 S/m和中性试餐0.5 S/m等3种条件,用以模拟不同食物在胃内的情况;设定胃体积由2倍变为1倍的过程,模拟胃排空过程,进行仿真实验研究。包括对测量电压进行数据分析,利用评价参数边界测量电压敏感性δ,利用边界电压测量动态范围U~,对测量电压进行稳定性和检测效果的评价。相对电极模型的测量电压敏感性δ较高,且其在绝缘试餐时较导电试餐时小;而相邻模型的δ在绝缘试餐时较导电试餐时大,边界测量动态范围U~也相对更大。对测量的敏感性而言,在试餐电导率0.054 S/m时,两种激励模式分别为34.13与34.25;试餐电导率1 S/m时,两种激励模式分别为33.60与26.68。3层EIT模型可提供达24×23×3组水平测量数据组,以及根据测试需求的可扩展交叉激励数据组,能够得到更多的胃排空信息,有效地反映胃内容物情况,以及胃排空过程的信息关系。     

乳腺检测的高精度EIT系统的设计

目的 设计用于乳腺检测的多通道串并结合处理的高精度电阻抗断层成像数据采集系统.方法 以ADuC845为控制核心,机械开关与模拟开关相结合的办法设计并实现高精度、多模式16电极电阻抗断层成像（EIT）硬件系统,编写上位机软件平台用于数据的通讯与处理.结果 使用该系统进行了初步的成像实验,取得了较好的成像结果.结论 采用多通道高精度EIT系统进行乳腺检测是可行的,且可作为一种辅助手段应用于乳腺疾病的诊断与治疗.     

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。     

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。