[發(fā)明專利]一種基于深度學(xué)習(xí)的三維電阻抗成像系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110075299.7
• 申請(qǐng)日: 2021-01-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112754456B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-10-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫世杰;王景浩;王穎;盧旭鵬;張銳;徐立軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): A61B5/0536
• 分類號(hào): A61B5/0536;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 北京東方盛凡知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11562
• 代理人: 張換君

本發(fā)明公開(kāi)一種基于深度學(xué)習(xí)的三維電阻抗成像系統(tǒng)，包括：依次連接的傳感器模塊、數(shù)據(jù)采集控制模塊及上位機(jī)模塊；所述傳感器模塊用于形成被測(cè)區(qū)域空間的敏感場(chǎng)；所述數(shù)據(jù)采集控制模塊用于對(duì)被測(cè)區(qū)域的表面阻抗進(jìn)行測(cè)量，進(jìn)行數(shù)據(jù)的初步處理并傳輸；所述上位機(jī)模塊用于根據(jù)處理后的阻抗數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像重建。本發(fā)明提供基于深度學(xué)習(xí)的三維電阻抗成像系統(tǒng)，可用于人體乳腺成像，通過(guò)一定的激勵(lì)采集方式，可獲得半球測(cè)量區(qū)域的三維表面阻抗信息，利用乳腺組織和癌癥組織的電學(xué)特性差異,用于三維半球區(qū)域的電導(dǎo)率分布重建，本發(fā)明提供的系統(tǒng)可應(yīng)用于女性乳腺癌早期篩查，且具有造價(jià)低、易于攜帶、對(duì)人體的無(wú)害的優(yōu)勢(shì)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及三維電阻抗成像領(lǐng)域，特別是涉及一種基于深度學(xué)習(xí)的三維電阻抗成像系統(tǒng)。

背景技術(shù)

在電阻抗測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的電阻抗成像技術(shù)(Electrical ImpedanceTomography，EIT)是一種以重建人體內(nèi)部電學(xué)特性分布為目標(biāo)的技術(shù)。EIT技術(shù)具有無(wú)輻射、無(wú)需特殊環(huán)境、成本低、性價(jià)比高、無(wú)創(chuàng)、速度快等獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，正在逐漸發(fā)展成為乳腺癌早期篩查和診斷的重要補(bǔ)充手段，并且有望成為社區(qū)級(jí)醫(yī)院甚至個(gè)人日常護(hù)理使用的便攜式醫(yī)療儀器，對(duì)于減少乳腺疾病的發(fā)生、提高患者的生存率意義重大，具有廣闊的應(yīng)用前景。

研究表明，生物阻抗是由組織的形狀、大小、結(jié)構(gòu)、生理和病理狀況決定的，激勵(lì)頻率在100MHz以下時(shí)，惡性腫瘤組織與正常組織的電導(dǎo)率和介電常數(shù)均存在顯著差異。因此乳腺組織的生物阻抗特性可以用來(lái)區(qū)分腫瘤組織和正常乳腺組織。處于發(fā)展初期的乳腺腫瘤，尚未有明顯的形態(tài)學(xué)改變，使用一般的影像學(xué)檢查手段不易檢查出來(lái)，但此時(shí)其電學(xué)特性已經(jīng)發(fā)生變化。即乳腺組織的功能性變化往往先于器質(zhì)性病變和各種癥狀。因而，相較其它成像方法，EIT技術(shù)對(duì)及早發(fā)現(xiàn)癌變獨(dú)具優(yōu)勢(shì)，體現(xiàn)了EIT技術(shù)的醫(yī)學(xué)價(jià)值和應(yīng)用前景。

EIT技術(shù)已作為輔助篩查設(shè)備初步應(yīng)用于乳腺癌篩查，但其面臨著如下難題：首先，EIT技術(shù)中反問(wèn)題的計(jì)算過(guò)程具有非適定性，即邊界測(cè)量值的微小擾動(dòng)可能引起解(電學(xué)參數(shù)分布)的巨大變化；其次，測(cè)量的信息量較小，雖然可以用增加電極個(gè)數(shù)的方法來(lái)增加測(cè)量數(shù)據(jù)量，但數(shù)據(jù)量的增加也將使計(jì)算量迅速增大。上述難題造成了EIT技術(shù)的系統(tǒng)分辨能力較差。

深度學(xué)習(xí)是人工智能中的一個(gè)分支，是相對(duì)于淺層學(xué)習(xí)提出的一種非線性的深層次的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，與淺層學(xué)習(xí)較少的隱藏層以及其提取特征能力較差的特性相比，有著很強(qiáng)的自適應(yīng)學(xué)習(xí)能力，可以智能地學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)特征并處理多種信息。將深度學(xué)習(xí)應(yīng)用于EIT逆問(wèn)題，由于其優(yōu)秀的自適應(yīng)學(xué)習(xí)能力，可以很好地改善EIT逆問(wèn)題求解的缺陷，對(duì)于EIT乳腺癌檢測(cè)的領(lǐng)域有著重大意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明公開(kāi)一種基于深度學(xué)習(xí)的三維電阻抗成像系統(tǒng)，通過(guò)深度學(xué)習(xí)圖像重建算法來(lái)實(shí)現(xiàn)EIT的圖像重建，從而改善EIT傳統(tǒng)重建方法的非線性等問(wèn)題，獲得較高的成像質(zhì)量。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：本發(fā)明提供一種基于深度學(xué)習(xí)的三維電阻抗成像系統(tǒng)，包括依次連接的傳感器模塊、數(shù)據(jù)采集控制模塊及上位機(jī)模塊；

所述傳感器模塊用于形成被測(cè)區(qū)域空間的敏感場(chǎng)；

所述數(shù)據(jù)采集控制模塊用于對(duì)被測(cè)區(qū)域的表面阻抗進(jìn)行測(cè)量，并進(jìn)行數(shù)據(jù)的初步處理及傳輸；

所述上位機(jī)模塊用于根據(jù)處理后的阻抗數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像重建。

優(yōu)選地，所述傳感器模塊包括半球形外壁、電極扣以及柔性PCB板；

所述柔性PCB板內(nèi)鋪設(shè)有連接線路；所述傳感器外壁設(shè)有若干通孔；所述柔性PCB板通過(guò)所述電極扣與所述傳感器外壁相連。

優(yōu)選地，所述柔性PCB板上設(shè)有若干個(gè)過(guò)孔及焊盤；

所述過(guò)孔為圓環(huán)狀且能夠?qū)щ姡⑴c所述電極扣相連，所述過(guò)孔沿所述柔性PCB板對(duì)稱設(shè)置；