[發明專利]一種三維電阻抗斷層成像系統性能測試方法與裝置

無效

• 申請號: 201110074927.6
• 申請日: 2011-03-28
• 公開（公告）號: CN102138790A
• 公開（公告）日: 2011-08-03
• 發明（設計）人: 沙洪;鄧娟;趙舒;王妍;王磊;任超世
• 申請（專利權）人: 中國醫學科學院生物醫學工程研究所
• 主分類號: A61B5/053
• 分類號: A61B5/053
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及生物醫學信號檢測領域，尤其涉及一種三維電阻抗斷層成像系統性能的測試儀器。

背景技術

電阻抗斷層成像(Electrical?Impedance?Tomography，EIT)是一種通過人體體表測量重建體內電導或電容率分布的醫學成像技術。它通常借助置于人體體表的電極陣列，提取與人體生理、病理狀態相關的組織或器官的電特性信息，給出反映其功能狀態及其變化規律的圖像結果。EIT技術可以提供相關疾病的早期或前瞻性信息，可實現對病人的醫學圖像臨床連續監護而不會給病人造成損傷或帶來不適，其重要的臨床意義顯而易見。

很長一段時間內，EIT成像系統和算法研究大都集中于二維成像(2D-EIT)。2D-EIT成像一次檢測只能獲得電極排列平面內一個斷層的平面圖像，信息量較小。事實上，當通過置于人體體表的電極向人體注入微弱的電流，進入人體后的電流在三維空間成三維發散，對圖像重建產生重要的影響。由于2D-EIT的局限性，臨床應用研究中EIT中的三維效應引起了研究者們廣泛關注和重視，3D-EIT已成為EIT研究的一個趨勢和熱點。

通過設置多層電極陣列，獲取同一時刻多個斷層的數據，可給出三維EIT成像結果(3D-EIT)。Rabbani等人研究發現，對二維平面外的阻抗變化會改變該平面圖像的阻值，成像目標向中心位置的漂移與它到電極平面的距離幾乎成線性關系，基于此他們提出了一種僅用兩個電極平面來定位三維物體的方法。1999年Vauhkonen等將全電極模型應用到3D-EIT圖像重建中，發現同一實驗裝置的靜態成像結果與動態成像結果相當。1999年清華大學宮蓮等人采用三維有限元法求解各向異性EIT正問題，用廣義線性增量函數和奇異值分解求解犯問題，仿真成像結果與模型誤差在0.1％-5％之間。2001年，Hyaric結合Gap模型和NOSER算法，取得了較好的三維成像效果。2006年，Tzu-Jen?Kao等人提出Tikhonov和Noser類組合正則化算法，并用于三維EIT圖像重建，取得了比單獨使用Tikhonov正則化和Noser類正則化時，抑噪和目標定位效果更好的重建圖像。更具代表性的，Sheffield研究組使用三維電極進行全面三維成像，并且對該三維系統在探測肺栓子方面的可行性上進行了臨床試驗。

從1983年英國Sheffield大學的第一臺EIT裝置問世開始，而今EIT研究小組已遍布全球，研發了多種多樣的EIT系統。3D-EIT成像系統包括電極系統，激勵源，激勵-測量模式控制，信號采集與放大，解調與濾波，數據處理和上位機圖像重建等部分，其系統框圖如附圖1所示。采用不同的EIT成像系統(不同硬件檢測電路或不同的成像算法)對同一目標進行成像，可得到不同的結果。因此對EIT數據采集系統、硬件系統性能以及圖像重建算法效果進行客觀的、定量的評價和分析十分必要。

EIT系統性能測試，一方面需要盡可能真實模擬出與活體測量得到的相似的阻抗變化，另一方面需要標準化測試目標和測試協議。已公開的不同的硬件模型可分為物理模型和網絡模型。前者包括傳導性材料目標的建立，目標放置在均勻場模擬阻抗的擾動。后者是電阻/電容網絡。用于EIT系統性能測試的物理模型通常采用一個鹽水槽模擬待成像目標的體積，鹽水槽內部放置與待測人體組織相近電導率的鹽水溶液，并在溶液中放入導體或者阻抗模擬電阻抗的擾動。

三維成像是目前EIT重點研究的方向之一。為建立與三維EIT成像系統相應的性能測試系統和體系，本發明專利提出了一種用于三維電阻抗斷層成像系統性能測試的裝置及方法。

發明內容

本發明實施例所要解決的技術問題在于，建立一個三維電阻抗斷層成像系統性能測試的裝置，提供該裝置已知電導率分布的均勻場或非均勻場作為標準圖像，當實際的三維EIT成像對上述裝置提供的均勻場和非均勻場進行激勵測量，重建實際三維系統的EIT圖像時，將重建三維EIT圖像與標準圖像進行對比，定量評價實際三維EIT系統性能。