电阻抗断层成像

学校代码 分类号

学密

号 级

0707024101 公开

题 目电阻抗断层成像研究

Electrical impedancect imaging studies

作者姓名

许开锦 专业名称 电子信息科学与技术 学科门类

电子医学类 指导教师

张 辉 提交论文日期 2011年5月3日 成绩评定

摘 要

电阻抗断层成像(Electrical Impedance Tomography——EIT)是根据生物体内不同组织以及同一组织在不同状态下具有不同电导率的现象,通过在生物体表面施加安全电流(电压),测量表面电压(电流),重建生物体内部的电阻抗分布图的成像技术。详细分析了 EIT 成像中遇到的关键问题以及现有的主要应对方法, 列举EIT技术在临床医学上的应用现状 , 同时对 EIT 在技术和临床上的发展趋势进行了展望 。

关键字：电阻抗断层成像技术、重建算法、 1

硬件设计、床应用

临

Abstract

Electrical Impedance Tomography (EIT) is an imaging technique that based on the phenomena that the electrical conduction within different kinds of tissue of organism or the same tissue in different states is different. The objective of EIT is to reconstruct the internal conductivity distribution of an object from voltage (or current) measurements made at body surface, by driving with current (or voltage) on its surface. After that the main questions of EIT and corresponding solutions is analyzed. Finally , the typical applications of EIT in medicine and the trend of EIT are demonstrated.

Key words： Electrical Impedance Tomography、reconstruction algorithm、

Hardware design、 clinical application

目 录

摘 要 ..................................................................................................................1 Abstract .............................................................................................................0 1绪 论 ...............................................................................................................2

1.1引言 .........................................................................................................2 1.2电阻抗成像简介.........................................................................................2 1.3.电阻抗成像技术国内外研究现状 .................................................................4 1.4.电阻抗成像的生物医学基础 ........................................................................7 1.5 本文研究的内容和目的 .............................................................................9 2.电阻抗成像的数学描述.......................................................................................9

2. 1 电阻抗成像的数学描述 ............................................................................9 3. EIT的图像重构算法研究 ................................................................................ 10

3.1 等位线反投影算法 .................................................................................. 11 3.2 Landweber 迭代法 ................................................................................... 11 3.3 Tikhonov正则化算法 ............................................................................... 12 4.电阻抗成像硬件设计 ....................................................................................... 12

4.1EIT测量系统关键功能模块的简单介绍....................................................... 12

4.1.1电流源............................................................................................ 12 4.1.2电极 ............................................................................................... 13 4.1.3电压检测 ........................................................................................ 13 4 . 2 图像重构与显像 ................................................................................ 14 5.EIT研究的关键及难点 ..................................................................................... 14

5.1电场在体内的分布的研究 ......................................................................... 14 5.2高精度、高信噪比的数据测量系统 ............................................................ 14 5.3新的驱动检测原理技术研究 ...................................................................... 15 5.4 电阻抗成像研究的难点 ........................................................................... 15 6.电阻抗成像的发展趋势 .................................................................................... 15

6.1肺梗塞的诊断 .......................................................................................... 16 6.2 乳腺肿瘤的诊断 ..................................................................................... 16 6.3 中枢神经系统的诊断 ............................................................................... 17 6.4 心血管系统的诊断 .................................................................................. 17 6.5 肌肉骨骼系统的诊断 ............................................................................... 17 6.6 呼吸系统的诊断 ..................................................................................... 17 6.7消化系统的诊断....................................................................................... 18 6.8无创体温测量 .......................................................................................... 18 6.9 其他应用 .............................................................................................. 18 7.结论与展望..................................................................................................... 18 8.参考文献 ........................................................................................................ 20 9.致 谢 ........................................................................................................... 21

I

1绪 论

1.1引言

电阻抗成像(EIT)技术是一项新的成像技术，它的实现一般是通过在物体表面设置一定数量的电极，在选定的电极上施加一定模式的电流，然后测量各电极的电压，再将这些测量的已知电压、电流数据，依据图像重建算法，构造出物体内部的未知阻抗图像。电阻抗成像技术具有x射线计算机断层(CT)、核磁共振(MRI)等无法比拟的优点，即对人体检测无创、成像设备简单、操作方便等。电阻抗成像已成为21世纪医学成像研究的热点，而且电阻抗成像在工业监测、无损探伤等方面也引起了工业界的极大关注。根据成像目标不同，电阻抗成像分动态电阻抗成像和静态电阻抗成像两种方式。动态电阻抗成像是对阻抗变化的相对值成像;静态电阻抗成像是对阻抗分布的绝对值成像。由于动态成像可以在测量过程中抑制其共同的噪声，而且人体阻抗的变化直接反映出人体生理过程和病理状况，因此对动态电阻抗成像的研究受到极大的关注。

1.2电阻抗成像简介

电阻抗成像技术( Electrical Impedance Tomograp hy ,EIT) 是一种较新的成像技术。EIT通过体表电极,检测外加驱动信号(一般为电流源)后想要成像区域的电压(电流)分布,从中提取与人体相关的组织或器官的电阻抗特性 ,以此进行断层成像 。与 X - CT超声成像等技术相比 , EIT获得的不是高质量的解剖图像 ,而是人体的结构与功能图像 。E IT是一种无损伤检测技术,可以实现临床上的长期监护和检测,且其价格低廉、成像设备简单、便于携带。

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