[发明专利]一种三维电阻抗断层成像系统性能测试方法与装置无效
申请号: | 201110074927.6 | 申请日: | 2011-03-28 |
公开(公告)号: | CN102138790A | 公开(公告)日: | 2011-08-03 |
发明(设计)人: | 沙洪;邓娟;赵舒;王妍;王磊;任超世 | 申请(专利权)人: | 中国医学科学院生物医学工程研究所 |
主分类号: | A61B5/053 | 分类号: | A61B5/053 |
代理公司: | 暂无信息 | 代理人: | 暂无信息 |
地址: | 300192 *** | 国省代码: | 天津;12 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 三维 阻抗 断层 成像 系统 性能 测试 方法 装置 | ||
技术领域
本发明涉及生物医学信号检测领域,尤其涉及一种三维电阻抗断层成像系统性能的测试仪器。
背景技术
电阻抗断层成像(Electrical Impedance Tomography,EIT)是一种通过人体体表测量重建体内电导或电容率分布的医学成像技术。它通常借助置于人体体表的电极阵列,提取与人体生理、病理状态相关的组织或器官的电特性信息,给出反映其功能状态及其变化规律的图像结果。EIT技术可以提供相关疾病的早期或前瞻性信息,可实现对病人的医学图像临床连续监护而不会给病人造成损伤或带来不适,其重要的临床意义显而易见。
很长一段时间内,EIT成像系统和算法研究大都集中于二维成像(2D-EIT)。2D-EIT成像一次检测只能获得电极排列平面内一个断层的平面图像,信息量较小。事实上,当通过置于人体体表的电极向人体注入微弱的电流,进入人体后的电流在三维空间成三维发散,对图像重建产生重要的影响。由于2D-EIT的局限性,临床应用研究中EIT中的三维效应引起了研究者们广泛关注和重视,3D-EIT已成为EIT研究的一个趋势和热点。
通过设置多层电极阵列,获取同一时刻多个断层的数据,可给出三维EIT成像结果(3D-EIT)。Rabbani等人研究发现,对二维平面外的阻抗变化会改变该平面图像的阻值,成像目标向中心位置的漂移与它到电极平面的距离几乎成线性关系,基于此他们提出了一种仅用两个电极平面来定位三维物体的方法。1999年Vauhkonen等将全电极模型应用到3D-EIT图像重建中,发现同一实验装置的静态成像结果与动态成像结果相当。1999年清华大学宫莲等人采用三维有限元法求解各向异性EIT正问题,用广义线性增量函数和奇异值分解求解犯问题,仿真成像结果与模型误差在0.1%-5%之间。2001年,Hyaric结合Gap模型和NOSER算法,取得了较好的三维成像效果。2006年,Tzu-Jen Kao等人提出Tikhonov和Noser类组合正则化算法,并用于三维EIT图像重建,取得了比单独使用Tikhonov正则化和Noser类正则化时,抑噪和目标定位效果更好的重建图像。更具代表性的,Sheffield研究组使用三维电极进行全面三维成像,并且对该三维系统在探测肺栓子方面的可行性上进行了临床试验。
从1983年英国Sheffield大学的第一台EIT装置问世开始,而今EIT研究小组已遍布全球,研发了多种多样的EIT系统。3D-EIT成像系统包括电极系统,激励源,激励-测量模式控制,信号采集与放大,解调与滤波,数据处理和上位机图像重建等部分,其系统框图如附图1所示。采用不同的EIT成像系统(不同硬件检测电路或不同的成像算法)对同一目标进行成像,可得到不同的结果。因此对EIT数据采集系统、硬件系统性能以及图像重建算法效果进行客观的、定量的评价和分析十分必要。
EIT系统性能测试,一方面需要尽可能真实模拟出与活体测量得到的相似的阻抗变化,另一方面需要标准化测试目标和测试协议。已公开的不同的硬件模型可分为物理模型和网络模型。前者包括传导性材料目标的建立,目标放置在均匀场模拟阻抗的扰动。后者是电阻/电容网络。用于EIT系统性能测试的物理模型通常采用一个盐水槽模拟待成像目标的体积,盐水槽内部放置与待测人体组织相近电导率的盐水溶液,并在溶液中放入导体或者阻抗模拟电阻抗的扰动。
三维成像是目前EIT重点研究的方向之一。为建立与三维EIT成像系统相应的性能测试系统和体系,本发明专利提出了一种用于三维电阻抗断层成像系统性能测试的装置及方法。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于,建立一个三维电阻抗断层成像系统性能测试的装置,提供该装置已知电导率分布的均匀场或非均匀场作为标准图像,当实际的三维EIT成像对上述装置提供的均匀场和非均匀场进行激励测量,重建实际三维系统的EIT图像时,将重建三维EIT图像与标准图像进行对比,定量评价实际三维EIT系统性能。
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