專利名稱：一種電阻抗成像系統頻差fnoser成像方法
技術領域：
本發明針對電阻抗成像系統(Electrical Impedance Tomography, EIT)中逆問題
重構過程中，系統誤差不能消除、初始電阻率不好選擇的瓶頸問題，發明了一種基于頻 差FNOSER成像算法。
背景技術：
電阻抗成像技術(Electrical Impedance Tomography, EIT)是一種特點鮮明的成
像技術，主要應用于臨床醫學診斷。EIT技術通過配置于人體體表的電極陣列對人體施 加電激勵并測量其電響應信號，從中提取與人體生理、病理狀態相關的組織與器官的電 特性信息，不但可以反映解剖學結構，更能給出功能性圖像結果。EIT技術不使用核素 或射線，對人體無創、無電離輻射損傷，可以多次測量、重復使用。其設備成本低廉， 不要求特殊的工作環境，便于大規模推廣。電阻抗成像方法可分為靜態和差分成像，后者有時也稱為動態成像。在差分 成像中，為獲得一幅圖像需要兩組獨立的電壓測量值，而重構圖像則顯示了被測對象 內部電阻抗分布的差異或是變化，這種變化的來源可能是時間、頻率或其它因素。差 分成像通常是求解線性化的重構問題(逆問題)，采用諸如濾波反投影法(Filtered Back-Projection Method, FBP)、快速一步牛頓法(Fast Newton，s One-Step Error Reconstractc^FNOSER)等方法，成像速度能得到保證。更為重要之處在于，差分成像在 很大程度上能消除很多未知模型參數的影響，換言之，差分成像對系統誤差不敏感，其 原因在于兩次電壓測量在基本相同的條件下進行。這一點對實際的臨床應用特別重要。反觀靜態成像(Static Imaging)，雖然能夠重構出絕對電阻抗分布，理論上更有 價值，但由于眾所周知EIT逆問題的病態性，少許的重構輸入誤差則會引起很大的成像 誤差甚至導致成像失敗。所以靜態重構本質上比差分重構更為困難。如前所述，差分重構需要兩組輸入數據——參考電壓數據集和測量電壓數據 集，前者通常是采用均勻場域下的測量數據，這在仿真和物理模型實驗中容易得到，但 實際臨床應用中，幾乎無法找到電阻率均勻分布的情況。因此，差分成像雖然具有對系 統誤差不敏感的優點，但其應用局限性較大。所以在臨床中，只好退而求其次，在人體 電阻抗分布存在變化的條件下應用動態EIT成像得到差分圖像。
發明內容
本發明的目的就是提出一種基于高精度信號測量的電阻抗成像系統的頻差 FNOSER成像方法。針對FNOSER算法，參考電壓數據集。和測量電壓數據集K分別 來自兩個不同頻率下的測量結果，將這兩個頻率命名為參考頻率 和測量頻率乙，則構成 了 FNOSER頻差重構算法。FNOSER頻差重構能得到清晰穩定的阻抗分布圖像，而且對 誤差有較好的容受度，解決了系統誤差不能消除、初始電阻率不好選擇的瓶頸問題。本發明提出一種基于高精度信號測量的電阻抗成像系統的頻差FNOSER成像方法，其特征在于
1、構建高精度信號測量的電阻抗成像系統
所述電阻抗成像系統包括殼體、電極陣列、激勵模塊、測量模塊、中央控制處理電 路、USB通訊模塊、上位機；其中測量電極和測量電路安裝在同一探頭盒中，大大縮短了 測量電路與測量電極之間的距離，讓測量電極的引出線能就近接入測試系統，從而形成一 種新穎的用于電阻抗成像的高精度測量系統。2、采集激勵電流頻率為《時的邊界電壓
采用具有USB通訊接口的電阻抗成像測量系統采集激勵電流頻率為《時的邊界電 壓，將其作為參考電壓I，邊界電壓包括每一個電極注入時其它電極測量得到的電壓。3、采集激勵電流頻率為乙時的邊界電壓
采用具有上述電阻抗成像測量系統采集激勵電流頻率為乙時的邊界電壓，將其作為 測量電壓K，邊界電壓包括每一個電極注入時其它電極測量得到的電壓。4、計算被測模型的雅克比矩陣/
1)、被測場域模型的建立及剖分由于人體的個體差異，電阻抗成像系統不可能建 立一個與實際被測場域完全一致的模型，只能通過人體軀干參數建立一個統一的模型； 剖分采用美國麻省理工大學的開源剖分工具DistMesh軟件包，得到被測模型的節點數N 和單元數M ；
2)、被測模型離散成M個單元，電阻率Ρ:(Α,Α,…Puf具有M個元
素，每個元素為各個單元上的電阻率
權利要求
1. 一種電阻抗成像系統頻差FNOSER成像方法，其特征在于1)、構建高精度信號測量的電阻抗成像系統所述電阻抗成像系統包括殼體、電極陣列、激勵模塊、測量模塊、中央控制處理電 路、USB通訊模塊、上位機；其中測量電極和測量電路安裝在同一個探頭盒中，讓測量電 極的引出線能就近接入測試系統；2)、采集激勵電流頻率為 時的邊界電壓采用前述電阻抗成像測量系統采集激勵電流頻率為 時的邊界電壓，將其作為參考 電壓I，邊界電壓包括每一個電極注入時其它電極測量得到的電壓；3)、采集激勵電流頻率為乙時的邊界電壓采用上述電阻抗成像測量系統采集激勵電流頻率為乙時的邊界電壓，將其作為測量 電壓K，邊界電壓包括每一個電極注入時其它電極測量得到的電壓；4)、計算被測模型的雅克比矩陣/a)、被測場域模型的建立及剖分通過人體軀干參數建立一個統一的模型；剖分采 用開源剖分工具DistMesh軟件包，得到被測模型的節點數N和單元數M ；b )、 被測模型離散成M個單元， 電阻率p=、mM—x, pMf 具有μ個元素，每個元素為各個單元上的電阻率；C (p) ^ = 1，2^%奶為某一設定電阻本ρ分布下，各次電流注入下，使用有限元法計算各次電流注入下相鄰電極上的電壓；雅克比矩陣J由下式確定4)應用FNOSER算法計算電導率分布在某一設定電阻率P'分布下，依次施加電流激勵，測量的相鄰電極上的電壓為 ^.(1^=1,2,-^-0,電阻抗成像就是要根據該測量數據來計算場域內電阻率的分布。作為計算機仿真，可以用有限元法求解正問題來獲得該數據；如果計算得到的電阻率為.〃，則在該電阻率分布下，依次從相鄰電極上注入電流，并利用有限方法計算各次電流注入下相鄰電極上的電壓Utf(P) (ι, = Χ-,Μ),如果電 阻率為P即為設定電阻率廣‘，則應有LW) =vH ι,J=Vl,...,N(2)由于各種誤差的存在，上式的相等不可能實現，只可能使Ua(P)與 近似相等；并 通過尋找某一電阻率分布P，使得該電阻率分布下計算的電壓與實際測量的電壓 之間的差最小，即％(^J = 12，….灼最小，用兩組電壓各元素差值的平方和來 評估與 之間的差別，即構造誤差函數
全文摘要
本發明涉及一種基于高精度信號測量的電阻抗成像系統的頻差FNOSER成像方法，包括高精度信號測量的電阻抗成像系統和成像方法，電阻抗成像系統包括殼體、電極陣列、激勵模塊、測量模塊、中央控制處理電路、USB通訊模塊、上位機；成像方法特征是(1)采用電阻抗成像測量系統采集激勵電流頻率為fr時的邊界電壓，并將其作為參考電壓Vp；(2)采用電阻抗成像測量系統采集激勵電流頻率為fm時的邊界電壓，并將其作為測量電壓Vu；(3)計算被測模型的雅克比矩陣J；(4)將測量值及計算值代入FNOSER算法計算電阻率分布；(5)繪制電阻率分布圖。本發明可以從算法角度上抑制測量系統的系統誤差，提出一種確定初始電阻率的實用可行的方法，并可快速、準確的重構被測模型的電阻率分布，對電阻抗動態成像效果起到明顯的改進作用。
文檔編號A61B5/053GK102008303SQ20101052515
公開日2011年4月13日 申請日期2010年10月29日 優先權日2010年10月29日
發明者何為, 何傳紅, 張莉, 徐征, 李冰, 羅海軍 申請人:重慶大學