[發明專利]一種基于邊緣場檢測的二維EIT電極陣列結構優化方法

有效

• 申請號: 201911292494.4
• 申請日: 2019-12-12
• 公開（公告）號: CN110840457B
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發明（設計）人: 孫江濤;梁小鳳;徐立軍;田文斌;謝躍東
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: A61B5/053
• 分類號: A61B5/053;A61B5/20
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 冀學軍

本發明公開了一種基于邊緣場檢測的二維EIT電極陣列結構優化方法，涉及電阻抗層析成像技術在膀胱尿量監測領域。首先針對膀胱功能障礙患者，在該患者的膀胱底面往上距離h的位置，在人體周身表面設置n個電極，電極覆蓋的弧長占人體周長的比例為α；然后按照初始值距離h，電極n以及比例α，將各電極布置在該膀胱功能障礙患者身上，構建重建圖像計算該患者的膀胱體積。分別對比例α，電極個數n和距離h進行優化，最后按照最優的最優距離h'，電極個數n'和比例α'對膀胱功能障礙患者身上的實際電極進行調整，并實時監測重建圖像，計算該患者的膀胱體積。當患者的膀胱體積達到設定的閾值時，對患者進行預警。本發明針對性的提高了膀胱區域靈敏度，并提出相應的評價指標。

技術領域

本發明涉及電阻抗層析成像技術(EIT)在膀胱尿量監測領域的應用，具體是一種基于邊緣場檢測的二維EIT電極陣列結構優化方法。

背景技術

由于脊髓損傷，神經系統疾病，糖尿病，手術，分娩以及自然衰老等原因，時常會導致膀胱功能障礙。對于膀胱功能障礙的患者，臨床上一般采用定時導尿的方法進行治療。這種定時導尿的方法易引起尿路感染和膀胱高壓等并發癥。隨著醫療條件的不斷改善和患者對生活質量要求的提高，對于膀胱體積感知的恢復越來越重要。膀胱容量監測器能夠對膀胱容量進行連續實時的監測，并在膀胱接近滿時對患者進行預警提醒患者排尿。

現有的膀胱體積測量方法有超聲法和電阻抗層析成像方法。超聲法由于操作復雜，價格相對昂貴等原因常由醫護人員操作，而不適用于患者的日常使用。相比，可穿戴的EIT監測裝置具有結構簡單，價格低廉，非入侵，實時監測的優點而受到了國內外學者的關注：如文章：T.Schlebusch,S.Nienke,S.Leonhardt,and M.Walter，基于電阻抗層析成像估算膀胱體積，生理測量，第35卷，第9期，第1813-1823頁，9.2014。

目前EIT常用的電極排布方式是均勻的16電極。例如，現有技術中，中山大學申請的專利號為201510026916.9的發明，提出了一種基于電阻抗斷層成像技術的膀胱尿量實時監測裝置和方法，文章中所采用的EIT傳感器，電極排布方式對于感興趣目標位于整個場域的應用，如肺部呼吸監測，可能是最佳的。但是對于感興趣物體位于人體前半部分的膀胱監測，則需要有針對性的進行傳感器的優化。

此外，電極與膀胱的相對位置，以及電極個數等傳感器參數也同樣會對膀胱體積測量的精度產生影響；提高EIT膀胱體積測量的精度是將該方法進一步接近實際應用所急需解決的。

發明內容

針對上述本領域存在的技術問題，本發明提供了一種基于邊緣場檢測的二維EIT電極陣列結構優化方法，能夠提升邊緣效應對膀胱體積的敏感程度，減少重建圖像形變程度對測量的影響，增加重建圖像可信度；同時保證該參數下膀胱體積測量在不同尿液電導率下具有較好的一致性。

一種基于邊緣場檢測的二維EIT電極陣列結構優化方法，分以下步驟：

步驟一、針對膀胱功能障礙患者，在該患者的膀胱底面往上距離h的位置，在人體周身表面設置n個電極，電極覆蓋的弧長占人體周長的比例為α；

步驟二、按照初始值距離h，電極n以及比例α，將各電極布置在該膀胱功能障礙患者身上，構建重建圖像。

距離h的范圍為0～19cm；初始值選擇19cm；電極n的范圍為(8、10、12、14、16)，初始值選擇16；比例α的范圍為0～360°；初始值為360°。

重建圖像是指：每次測量時，對附著于人體腹部的電極依次激勵和測量，通過測量電壓信號和有限元模型，對人體內部電阻抗的分布進行反演，即重建圖像；圖像中不同像素點大小表示不同的電導率大小。

步驟三、分別對比例α，電極個數n和距離h進行優化，得到三個最優的參數結果；

具體步驟如下：