[发明专利]基于网格位移模型的电阻抗断层成像方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电阻抗断层成像方法，具体地，是涉及一种基于网格位移模型的电阻抗断层成像方法。 

背景技术

电阻抗断层成像（Electrical impedance tomography, EIT）是一种无损无害的新型成像技术。EIT在待测体表面放置电极并注入低频低功率电流，通过检测电极间的电压差来探测待测体内部的阻抗分布。由于不同生物组织的阻抗特性不同，利用EIT技术对其进行检测，可以在结构上和功能上反应各生物组织的生理特性。与CT、MRI等核医学成像技术相比，EIT具有无损无害、成本低、体积小、对早期癌灶敏感等优点。而且EIT的数据采集和成像速度较高，可用于对患者进行长时间的实时、动态监测，故其具有广泛的医学应用前景。 

EIT技术最早于1984年起开展实验室及临床医学应用，经过近三十年的发展，在硬件和软件上都取得了丰富的研究成果。然而，EIT技术在临床应用上还存在诸多困难，其中之一便是其成像质量对于待测目标发生形变后造成的模型误差相当敏感，例如对患者的肺功能监测过程中，由于呼吸或姿势改变会造成胸腔形状发生变化，这种变化如果不加修正，将严重影响成像质量，甚至失败。目前，虽然已有技术对待测体表面的电极位移进行了修正，从而在一定程度上改善了电阻抗断层重构图像的质量。但是，对于绝大多数的应用来说，当监测具有一定形变的待测体时，不仅待测体表面结构（含电极）会发生位移，其内部的结构也会随之位移。待测体的表面结构及内部结构发生的未知变化增加了EIT重构图像的难度，进而也影响到了其成像的质量。 

因此，如何修正待测体全部区域的结构形变，提高EIT的成像质量，并且能够快速重构成像便成为一种必然的技术趋势。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于网格位移模型的电阻抗断层成像方法，克服现有技术在待测体发生形变后其电阻抗断层成像质量不高的缺陷。 

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下： 

基于网格位移模型的电阻抗断层成像方法，包括以下步骤：

（1）通过待测体得到对应的有限元网格位移模型，并对该待测体行数据采集，根据采集到的数据计算差分电压信号 ，其中，为当前时刻的电压信号，为参考信号； 

（2）计算待测体电导率变化近似值，其中，为增广敏感度矩阵，为的转置，为反映采集通道噪声情况的矩阵，为正则化参数，为NOSER先验条件，则为步骤（1）中采集数据时计算所得的差分电压信号；

（3）计算所得的在有限元网格位移模型中进行显示，其显示出来的图像即为待测体的实时差分图像。

进一步地，通过对待测体进行网格剖分得到有限元网格位移模型。具体地说，采用三角形网格对二维图像的待测体进行剖分，采用四面体网格对三维图像的待测体进行剖分。 

再进一步地，步骤（2）具体包括以下步骤： 

（2a）根据有限元网格位移模型计算电导率敏感度矩阵，用以表示在参考电导率分布为时，第次测量值对第个网格电导率的偏导数，其中为矩阵元素的位置坐标；

（2b）根据有限元网格位移模型计算位移敏感度矩阵                                                  ，用以表示在参考电导率分布为时，对第个网格的位置施加扰动，则第次测量值的变化量为；

（2c）联立（2a）和（2b），计算增广敏感度矩阵   ；

（2d）根据（2c）计算NOSER先验条件   ；

（2e）采用一步线性高斯牛顿法计算待测体电导率变化近似值，其中，反映采集通道噪声情况的矩阵为单位矩阵，即。

为了消除测量噪声的影响，本发明中，步骤（1）中的为对多帧采集数据取得的平均值。 

与现有技术相比，本发明的有益效果是： 

（1）本发明成像速度快，可以实现图像的实时、动态显示，非常适合图像的实时监测。

（2）本发明针对不同的待测体采用了不同的网格进行剖分，例如：采用三角形网格对二维图像的待测体进行剖分，采用四面体网格对三维图像的待测体进行剖分，因此，本发明不仅成像速度更快，而且质量更高。 

（3）本发明的增广敏感度矩阵同时包含有电导率敏感度信息和位移敏感度信息，由于其包含的信息更加全面，因此，能够有效地消除重构图像的伪影，更加真实地反映待测体的图像，从而进一步地提高图像的重构质量。