[發明專利]CT約束的電阻抗醫療成像方法

有效

• 申請號: 201810335355.4
• 申請日: 2018-04-13
• 公開（公告）號: CN108888268B
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 張捷;李子昂
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: A61B5/053
• 分類號: A61B5/053
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 崔亞松

一種CT約束的電阻抗醫療成像方法，包括：(1)在待測區域布設電極，所述電極包括注入電極和測量電極；(2)向注入電極注入微電流，通過測量電極獲取測量電壓，與此同時，對待測部位進行CT影像掃描，獲取待測部位CT值；(3)按照經驗，建立一個應用于成像的初始模型；(4)執行CT約束下的電阻抗聯合反演過程；(5)獲取電壓殘差曲線，判斷電壓殘差曲線是否收斂，如果不收斂，將新的電阻抗模型定義為初始模型，計算電壓殘差，計算交叉梯度函數，再次進行迭代得到新的電阻抗模型；如果收斂，則輸出當前反演所得電阻抗模型，作為最終反演結果。本發明所述方法能顯著提高傳統EIT成像的空間分辨率。

技術領域

本發明涉及電阻抗成像技術以及有限元正演建模技術，具體涉及一種 用CT約束的電阻抗醫療成像方法。

背景技術

隨著科學技術的發展，計算機斷層成像技術(Computed Tomography， CT)為疾病的診斷提供了一種客觀、準確、迅速的手段。但是傳統的CT 是一種醫學結構成像，在一些病癥的診斷上存在局限性。近年來，又出現 了一種基于生物組織電學特性的電阻抗斷層成像技術(Electrical Impedance Tomography，EIT)。EIT是根據物體內部組織電特性參數(如電阻率、電容率)的不同，通過對其表面施加安全激勵電流或電壓，同時 測量物體表面的電壓或電流信號來獲知物體內部電特性參數的分布，進而 重建出反映物體內部結構的圖像。這對生物體內部電特性的研究具有重要 意義，因為不同組織和器官的電特性不同。這種圖像不僅包含了豐富的解 剖學信息，而且可以獲得某些組織和器官的電特性隨其病理、生理功能狀 態而改變的信息。

某些人體組織的生理功能變化能引起組織阻抗的變化，如組織充血和 放電等，脂肪過多，某些組織病理改變也能引起組織阻抗的變化(如早期 白血病顯示骨髓導電率先發生變化等)。當加上正弦激勵后，這些信息必 然會改變點位參數的分布，這些信息將會在EIT圖像中體現出來，所以 EIT具有功能成像的性質。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，近十幾年受到國際學術界 的廣泛關注，并呈現出很好的應用前景。相對于CT，EIT是一種功能成像， 對人體器官病變的診斷具有一定的優越性。但是，傳統的EIT存在著空間 分辨率低的問題。

發明內容

為了解決現有技術中存在的上述問題，本發明提出了一種高分辨率電 阻抗成像方法，應用交叉梯度算子，將同一部位的CT成像的結構信息作 為約束加入到EIT成像中，從而提高EIT成像的空間分辨率。

為了達到以上目的，本發明提出了一種CT約束的電阻抗醫療成像方 法，包括：

(1)在待測區域布設電極，所述電極包括注入電極和測量電極；

(2)向注入電極注入微電流，通過測量電極獲取測量電壓，與此同 時，對待測部位進行CT影像掃描，獲取待測部位CT值；

(3)按照經驗，建立一個應用于成像的初始模型；

(4)執行CT約束下的電阻抗聯合反演過程，所述電阻抗聯合反演過 程：根據初始模型，通過有限元正演計算理論電壓，與測量電壓相減獲得 電壓殘差；根據初始模型以及CT模型，計算交叉梯度函數；通過高斯牛 頓迭代法得到電阻抗殘差，將電阻抗殘差改正到初始模型得到新的電阻抗 模型；

(5)獲取電壓殘差曲線，判斷電壓殘差曲線是否收斂，如果不收斂， 將新的電阻抗模型定義為初始模型，計算電壓殘差，計算交叉梯度函數， 再次進行迭代得到新的電阻抗模型；如果收斂，則輸出當前反演所得電阻 抗模型，作為最終反演結果。

優選地，如果不建立初始模型，初始模型設為默認均勻模型。

優選地，所述電阻抗聯合反演過程利用最小化一個目標函數來求解最 優的電阻抗分布，所述目標函數為：