肺部三维EIT模型构建与图像重建研究

肺部三维电阻抗图像重建是电阻抗成像技术的重要应用之一。利用3D光学云点技术对人体胸腔区域扫描,并融合X图像提供的肺部结构构建肺部三维EIT仿真模型。根据肺部膨胀及收缩时的电导率先验知识,由COMSOL软件求解获得三维灵敏度矩阵,并在Matlab平台下由共轭梯度迭代算法重建肺部EIT断层图像,进行三维立体重构,获得3D EIT图像。为研究电流敏感场均匀性,设置4组不同电极层间距进行比较仿真实验,结果表明,对于33 cm胸腔区域,电极层间距为8 cm时,成像效果最佳,其最大相关系数为0.810 3,敏感场均匀性为1.869 6×10³,结构相似度为0.482 5,灵敏场的均匀性明显改善,有利于图像重建质量的提高。     

基于算子分解方法的EIT多目标重构

目的:通过一种新的电阻抗断层成像算法-算子分解方法,以期该算法分析并运用到实际的电阻抗成像问题中。方法:构造了Neumann-Dirichlet算子并论述了其性质,通过技巧性处理得到了较为实用的算子分解方法的主要结论。结果:在全电极边界条件模型下,应用算子分解方法的正则化技术分别得到了无噪声和有噪声两种情况的测试点的示意图及多目标的重构结果。结论:算子分解方法提供了一种较为简单的、鲁棒的电阻抗断层成像算法,对于加噪后的多目标重构以及测量边界变形都有较优的性能。     

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。     

高精度EIT数据采集方法研究

EIT的图像重建依赖于所采集到数据的精度。电极及其引线对EIT数据采集有着非常大的影响,主要在于如何获得有效的、适合高精度采样的模拟信号。采用16电极设计了一套将电极、开关阵列、模拟前端、模数转换及数据传送等一体化的面向乳腺EIT检测的高精度实验系统。对电子开关阵列进行了改进设计,采用以ADuC834为核心的、高精度的数据采集、传送及系统控制电路,并采用环形电路板。使用该系统进行了初步成像实验,获得了较好的成像效果。结果表明,采用高精度数据采集系统进行EIT成像是可行的,新系统从测量数据的表现上看有更高的测量精度。模拟电子开关阵列的改进,对降低开关特性对EIT数据采集的影响起到一定的作用。     

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。     

三维坐标下任意方向的投影变换及反投影重建方法

提出一种三维坐标下任意方向的投影变换及反投影重建的方法,并且给出一个基于多个二维投影变换及反投影重建的简单实现方式,计算机仿真实验的结果证明了该方法的可行性.本文提出的三维投影变换及反投影重建,不仅可以应用在放疗计划的设计过程中,也可用在多层CT的成像过程、数字减影等多种三维图像重建中.     

实用化EIT条件下不同激励模式成像效果仿真研究

目前常用的电阻抗断层成像(EIT)相邻激励-相邻测量模式下,有限测量分辨率(MR)和信噪比(SNR)的系统往往难于分辨微小电位差,影响图像重建。通过获取16电极EIT系统均匀场在相邻、间隔6电极和相对激励模式下的理想仿真边界电压,分析实用化EIT系统成像对MR和SNR的要求,仿真模拟了不同MR和SNR测量条件下3种激励模式对近场域中心目标A、场域1/2半径处目标B、近场域边缘目标C的成像。图像重建采用Tikhonov Noser组合正则化算法,引入图像重建误差函数和结构相似度函数定量评价成像效果。结果表明,各激励模式对不同目标成像要求的MR和SNR不同。MR为1 mV和0.01 mV时,成像效果分别是间隔6电极激励和相邻激励最优;MR为0.1 mV时对模型A、B成像间6激励更优,对模型C成像相邻激励更好。间隔6电极和相对激励对模型A、B、C成像要求的SNR临界值分别为50、40和30 dB,都比相邻激励低10 dB,临界值附近间6成像效果最优,其次是相对激励,SNR高于临界值10 dB时相邻激励成像质量最高。低MR和高MR时影响成像的主要指标分别是各模式边界电压次小值与最小值之差和独立测量数。建议低MR成像时优先选择间6激励,其次是相对激励,高MR时选择相邻激励,MR为0.1 mV时近场域边缘目标成像选择相邻激励而近场域中心目标成像选择间6激励。低SNR和高SNR时影响成像的是测量电压数组整体的数值大小和独立测量数。模型A、B、C成像时若SNR分别在50、40和30 dB的临界值附近建议选择间隔6电极和相对激励,一旦SNR高于临界值10 dB,建议选择相邻激励。     

感应式磁声成像中的三维电磁场正逆问题研究

感应式磁声成像技术是近年来发展起来的一种新的电阻抗成像方法,是超声成像技术与传统电阻抗成像相结合的产物.本文基于电磁场基本理论,研究了感应式磁声成像中的电磁场正逆问题,推导了感应式磁声成像中的三维电磁场逆问题计算公式,提出一种不需要旋转静磁场的逆问题重建方法,建立了三维仿真模型并进行了数值计算实验.结果验证了该方法的正确性和可行性,得到了分辨率较高的电导率绝对值图像.     

基于EIT不同面积银导电布电极的试验研究

目的研究不同面积的电极对电阻抗成像的影响,选择一种最适合电阻抗成像的电极。方法使用不同面积的电极对人体进行电阻抗成像测量,通过对测得数据进行统计分析,来选择最适合人体电阻抗成像的电极。结果使用1.5cm×5cm的电极所测得的信号强于其他面积的电极,并且信号的标准差比其他电极小。结论通过试验,初步确定了基于EIT电极的最优面积,为整个EIT电极系统的研究做了必要的前提准备。     

磁探测电阻抗成像及其在经络三维定位中的应用

目的:经络是中医理论基础的核心组成,而经络理论研究的关键是三维定位,成像是经络三维定位的一种科学且实用的方法。方法:通过讨论经络实质和经络定位的研究方法和现状,以及生物电阻抗成像(electrical impedance tomogra-phy,EIT)的各种方法,对比分析了应用于经络定位时各类方法的优缺点。结果:比较EIT的各种方法可得磁探测电阻抗成像(magnetic detection electrical impedance tomography,MD-EIT)具有明显的优势,适用于经络三维定位。结论:MD-EIT不仅应用于经络定位,还可应用于心肺检测和肿瘤诊断等,它在医学方面有广泛的应用,具有极大的发展空间。     

一种均匀激励磁场磁感应成像的改进反投影算法

介绍一种均匀激励磁场磁感应成像的改进反投影算法。根据毕奥-萨伐尔定律和灵敏度的分布,提出以灵敏度为零的点作为分界点,采用不同方式的加权系数,对反投影算法进行修正。灵敏度分布的仿真实验表明,当检测线圈与成像区间的剖分单元之间的距离r等于0.06 m时,检测线圈上的测量电压的变化对距离r的变化的灵敏度为0,此时剖分单元的位置标记为P₀。当检测线圈与剖分单元的距离r小于0.06 m时,反投影算法的加权系数取为r²;反之r大于等于0.06 m时,加权系数均为P₀到检测线圈的距离r₀的平方。不同位置的目标的实验结果表明,当异物位于成像区间的中心和偏离中心0.015 m时,都能准确反映异物的位置,但是当异物偏离中心0.03 m时,得到的成像结果比实际模型更偏离中心。不同大小的目标的实验结果表明,与实际模型中异物尺寸相比,直径较小的异物的成像基本能够反映出模型中实际异物的大小,而直径较大的异物的成像在尺寸上和位置上均难以体现模型中实际异物的真实形态。本研究提出的采用不同方式的加权系数的改进反投影算法,能一定程度上消除传统反投影算法中目标成像拖影范围较大的痼疾,对异物的定位较为准确,是一种在磁感应成像研究中值得推广的新方法。     

计算机模拟CT滤波反投影重建的方法

目的:选择合适的滤波函数处理对CT反投影图像进行滤波,从而达到消除反投影所产生的星形伪影的目的。使得CT滤波反投影重建的方法直观地演示出来,也便于比较不同滤波函数的效果,寻找更好的滤波函数。方法:采用计算机软件编程实现计算机模拟CT反投影重建,以VC软件平台IDE集成开发环境,开发出一个具有可视图形界面的上位机软件,通过选择不同的滤波反投影参数,对重建的图像的效果进行定量的比较,探讨滤波函数中不同参数对结果的影响。结果:通过软件编程实现了标准体模图像重建的模拟,界面简单,可以直观地对CT图像进行反投影重建,同时所选择的基于频率域变换的滤波函数也部分消除了重建过程中造成的星形伪影,提高了图像均匀度,使标准体模的重建图像达到预期的理想效果。结论:开发的软件实现了CT反投影重建,能够将标准体模反投影重建的成像过程以更清晰的方式展现出来,有利于在医学物理学理论课和实验课的教学中,直观演示星形伪影及滤波效果,使学生更好地学习CT技术的原理。也有利于尝试新的投影算法,寻找新的滤波函数。     

Morphological Study of the Sinus Node and Its Artery in Yak

The sinus node of yak has been studied by the histological methods and transmission electron microscopy. The sinus node artery of yak was also determined by the injection‐corrosion casting technique, the angiography, and histological methods. The results showed that the sinus node of yak contained an extensive framework of collagen and two main type cells: pacemaker cells (P cells) and transitional cells (T cells). The P cells had a perinuclear clear zone, contained less myofibrils, and appeared smaller mitochondria than T cells. The T cells were longer and slender than P cells, and had a variety of shapes. At the periphery of sinus node there were many nerve fibers and ganglions. Gap junction did not reveal reaction with anti‐connexin43, but it was detected by electron microscopy in the central part of sinus node of yak. The sinus node artery of yak originated from left coronary artery more frequently (98%) than by right (2%). The artery located at the periphery of sinus node. It had an internal elastic membrane throughout its course, and a large nerve bundle was found running in a longitudinal direction. Anat Rec, 2012. © 2012 Wiley Periodicals, Inc.     

基于三维CT图像的淋巴结自动检测算法研究进展

淋巴结检测和定量分析在癌症分期、疗效评估等方面具有非常重要的意义。目前,对淋巴结的检测与评估通常是基于三维CT图像,且基本由医生手动完成。近年来,基于计算机和图像处理技术的淋巴结自动检测算法受到一定程度的关注。本文在分析淋巴结空间分布和图像特征的基础之上,首先从感兴趣区的确定、候选淋巴结检测和假阳性淋巴结的去除三个方面对已有淋巴结自动检测算法做一综述,然后对不同淋巴结自动检测算法的性能进行比较,最后对淋巴结自动检测算法发展趋势如检测区域扩展、先验知识利用、淋巴结类型增多等方面做出分析和展望。     

Multivariate Statistical Model for 3D Image Segmentation with Application to Medical Images

In this article we describe a statistical model that was developed to segment brain magnetic resonance images. The statistical segmentation algorithm was applied after a pre-processing stage involving the use of a 3D anisotropic filter along with histogram equalization techniques. The segmentation algorithm makes use of prior knowledge and a probability-based multivariate model designed to semi-automate the process of segmentation. The algorithm was applied to images obtained from the Center for Morphometric Analysis at Massachusetts General Hospital as part of the Internet Brain Segmentation Repository (IBSR). The developed algorithm showed improved accuracy over the k-means, adaptive Maximum Apriori Probability (MAP), biased MAP, and other algorithms. Experimental results showing the segmentation and the results of comparisons with other algorithms are provided. Results are based on an overlap criterion against expertly segmented images from the IBSR. The algorithm produced average results of approximately 80% overlap with the expertly segmented images (compared with 85% for manual segmentation and 55% for other algorithms).     

VEGFR3与结肠癌淋巴结转移的临床研究

探讨血管内皮生长因子受体(VEGFR3)在结肠癌淋巴结转移中的意义.对99例术后结肠癌及其癌旁组织石蜡包埋标本构建组织芯片并进行免疫组织化学染色,探测其表达强度并结合临床资料进行分析.结果表明结肠癌细胞表达VEGFR3与Duke's分期有关,Duke's C,D期结肠癌细胞表达VEGFR3较Duke's A,B期显著升高(P＜0.01),与局部淋巴结转移相关(P＜0.05).癌与癌旁组织表达差异显著(P＜0.01).分化良好者与分化不良者表达差异显著(P＜0.01).结论:结肠癌随病情加重,肿瘤细胞表达VEGFR3与诱发局部淋巴结转移相关.     

实体肿瘤血液动力学的三维数值模拟

目的　数值研究实体肿瘤内外三维微血管网及间质内的血液动力学。方法　数值生成实体肿瘤内外三维微血管网，根据Poiseuille定律和Darcy定律分别计算微血管内压强及肿瘤组织间质压、组织液流速。结果　肿瘤外部微血管内压强迅速降低，肿瘤内部微血管压强变化很小，可视为常数；肿瘤组织间质压呈现‘内高且平，外低且陡’的分布，组织液流速与之相反。结论　本模型得到了较为有效的肿瘤内外三维血管网结构；血液动力学计算结果与生理实际基本吻合，为研究肿瘤内药物输运提供了可信的模型及方法。     

慢性非特异性腰痛患者足底压力特征分析和平衡研究

目的 探究慢性非特异性腰痛(chronic nonspecific low back pain, CNLBP)患者和健康受试者的平衡能力差异,以及患者疼痛症状、腰椎灵活性、腹肌耐力、总体功能、生存质量和恐惧逃避心理与平衡能力的相关性,从而指导临床康复评价。方法 选取34例CNLBP患者作为实验组,另选取34例无腰痛史健康志愿者作为对照组,使用足底压力测量系统采集两组受试者静止站立时前足/后足压力比、足底压力中心位移路径长度(L)、前后向位移长度(L_AP)、侧向位移长度(L_ML)、平均速度(v)、前后向位移速度(v_AP)、侧向位移速度(v_ML)、椭圆摆动面积(S)。另外,实验组采用视觉模拟评分法(visual analogue scale, VAS)、指地距离(finger floor distance, FFD)、1 min卷腹个数、Oswestry功能障碍指数问卷表(Oswestry disability index, ODI)、健康状况调查简表(36-item short form survey...