[發明專利]超聲協同的生物組織電阻抗成像方法

有效

• 申請號: 201310104466.1
• 申請日: 2013-03-26
• 公開（公告）號: CN103156604A
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發明（設計）人: 徐文龍;張寧;徐冰俏
• 申請（專利權）人: 中國計量學院
• 主分類號: A61B5/053
• 分類號: A61B5/053;A61B8/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及生物組織成像領域，具體地講是一種超聲協同的生物組織電阻抗成像方法。

背景技術

醫學圖像具有直觀、形象和信息量大的特點，在臨床診斷中具有重要地位。隨著醫學成像技術的進步，醫學影像已經從解剖結構成像發展到功能成像，即醫學圖像不僅可以顯示疾病解剖結構的形態變化，而且可以反映機體器官的功能及相關的生理、生化變化，能夠檢測到其生理活動的異常，從而為疾病診斷提供了重要的信息，推動了醫學的進步與發展。

傳統電阻抗斷層成像技術(Electrical?Impedance?Tomography，EIT)根據不同人體內組織具有不同的電阻抗特性的物理現象，通過對人體施加一個安全恒定的電壓或電流，通過測量電極測量體表電流或電壓的來重建人體內部的電阻抗分布圖像，是近年來醫學成像領域的研究熱點之一。由于人體組織的生理功能變化(如：組織充血和放電等)能引起組織阻抗的變化，組織病理改變也能引起組織阻抗的變化(如癌變等)，因此EIT除了能實現類似于X射線成像、計算機斷層掃描成像(CT)、核磁共振成像(MRI)和超聲成像等結構成像的功能外，還可以得到反映生物組織生理狀態變化的圖像，這在研究人體生理功能和疾病診斷方面有重要的臨床價值。利用EIT技術，可以顯示人體內組織的阻抗分布圖像、人體組織隨頻率變化圖像、人體器官進行生理活動(如呼吸、心臟搏動)時的阻抗變化圖像等，在臨床上可用于檢測和監護。該技術具有無損傷、低成本、操作簡單和信息豐富等特點。

現有技術的EIT是一個典型的高度病態的非線性逆問題求解過程，在成像理論和具體實現等方面都存在的難以克服的困難限制了EIT技術的應用和發展，主要問題和難點有以下幾個方面：

1、EIT成像的建模問題

由于電磁場在人體內的分布是非線性的，而且在實際測量中受到多種因素的影響，如何建立一個準確描述電磁場分布的EIT模型是一個難點，一般以有限元方法建模為主。

2、信息量少

EIT技術中電流、電壓數據等信息是通過安置在研究對象表面的一系列電極獲得的，電極數量決定了最大的可利用信息量。在實際應用中，由于受研究對象空間特點的限制，可安置的電極數量是有限的，因而可以獲取的信息也十分有限。從EIT成像原理可以分析出：信息量少是制約EIT圖像空間分解率的主要因素，這只能從成像算法上盡可能地利用有限信息，提高成像質量。

3、病態性

EIT圖像重建是一個嚴重病態的非線性逆問題。它的病態性表現為固有病態性和重構過程病態性兩個方面。所謂固有病態性是指邊界電壓對分析區域中心電學參數的變化不敏感，重構過程的病態性則是重構圖像易受測量數據的誤差影響，抗干擾性差。

4、計算量大

EIT成像計算量很大，隨電極數增多、有限元剖分規模增大，計算量呈幾何級數增加，如何在保證分辨率的前提下縮短運算時間，提高實時性，是一個實際問題。這需要在成像算法理論和算法實現兩個方面采取措施。

正是以上這些技術問題使得EIT技術難以實現有效的高精度、高分辨率成像，造成EIT技術在臨床應用的進展一直較為緩慢。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，提供一種將超聲與電阻抗成像相結合，并能實現高精度、高分辨率成像的超聲協同的生物組織電阻抗成像方法。

本發明的技術解決方案是，提供以下步驟的超聲協同的生物組織電阻抗成像方法，包括以下各步驟：

(1)在生物組織表面設置若干個電激勵和探測導聯，由可控激勵信號發生器產生激勵信號，并傳遞給激勵導聯，從而對生物組織產生電激勵；采用超聲激勵源產生超聲波并經超聲驅動、超聲聚焦于生物組織內部；

(2)對聚焦于生物組織內部的超聲波進行連續定位，從而完成對生物組織整體或局部的掃描；

(3)信號采集：超聲波聚焦定位于某一空間位置，則會產生一個與該空間位置電阻抗相對應的高頻信號，由多路探測導聯采集信號并經過放大和濾波后輸出，在完成超聲波聚焦掃描后，便能得到生物組織整體或局部的一組信號；

(4)將采集后的電壓信號導入計算機，根據采集到對生物組織整體或局部掃描后得到信號，計算和重建生物組織的電阻抗，從而實現生物組織的電阻抗成像。