生物电阻抗断层成像技术的研究进展(2)
作者:佚名; 更新时间:2014-12-13
模型的32电极14 bit 精度的电压激励电流测量系统[19];英国Oxford Polytechnic的Zhu等[20]在上述ACT2,ACT3的基础上于1992年设计了有32个复合电极的自适应电压激励及电压测量系统.


  上述研究小组的数据测量系统大部分仅限于对物理模型的测量,只有Sheffield大学的Smith等在Mark Ⅱ测量系统的基础上结合等位线反投影图像重构算法,在英国皇家Hallamshire医院建立了第一个供临床基础研究用的动态EIT实时系统,用于人体肺、胃、大脑、食管等不同部位的成像,证明其具有功能成像的特点[21]. 近三年来,电阻抗成像在二维和单频的基础上向三维[22]及多频[23]成像方面发展,也有学者从事感应电流(induced current)EIT的研究[24].


  我国在EIT领域的研究起步较晚,重庆大学、中国医学科学院、第四军医大学有研究小组在进行电阻抗成像系统的研究,这方面的工作才刚刚起步,目前完整的EIT数据测量系统国内未见报道.


  几年来,该技术又有了许多新的发展,出现了以人体三维阻抗分布为成像目标的三维EIT技术,以外围线圈激励的感应EIT以及多频激励测量进行复阻抗成像的多频EIT,这些研究都得到了初步的实验结果[25].


  3 EIT研究的关键及难点


  3.1 信息的质量、数量问题


  3.1.1 电场在体内的分布的研究 电场在人体内的分布是非线性的,而人体的结构又是非常复杂的,对其进行深刻的研究掌握其在各种组织各种体液中的分布规律对研究驱动测量技术、图象重构算法有重大意义.


  3.1.2 高精度、高信噪比的数据测量系统 目前EIT因采用体表弱电流激励及体表测量技术,使内部阻抗信息在体表测量中表现为弱信号、大动态范围. 有文献报道[26],在一个心动周期中血流入肺而导致肺组织的阻抗变化为3%,从体表仅能测量到这种变化的1/20,即内部3%的阻抗变化在体表只能得到0.15%的改变. 由此看出,由生理特性决定EIT技术对DMS提出了具有高精度、高信噪比的要求. 另外,阻抗图像重构的算法中有大量矩阵运算或多次迭代运算,经测量系统得到的数据的信噪比大小将直接影响成像质量. 因此,为得到质量较好的重构图像,也要求DMS必须有高精度、高信噪比的基本特性.


  3.1.3 新的驱动检测原理技术研究 由于测量电极的限制,每次只能得到非常有限的独立测量数据(N个电极能得到N(N-1)/2个数据),因此需对驱动检测方法做进一步的研究探讨,驱动检测技术包括向人体施加电能的原理(电流或电压等)研究;施加电能的方式(接触或感应等)研究;电极的尺寸、个数和排列方法研究等;电极的尺寸与断层截面的厚度、电极的数量与信息量的矛盾、电极固定位置与测量的稳定性的矛盾等问题的研究. 这些问题需有新的突破才能使阻抗断层成像技术上一个新台阶.


  3.2 关于重构算法问题 由于EIT是非线性问题,在求解算法方面存在很多困难,虽然在动态及静态EIT技术都提出很多种算法,但是图像重构效果都不能令人满意. 这些算法基本上都是基于有限元方法,目前各种算法的主要问题在于收敛性能、抗噪能力较差,而且随着抛分规摸的增加计算量也大幅度增加,病态性程度也增加等.



  参考文献


  1 Seagar AD, Barber DC, Brown BH. Theoretical limits to sensitivity and resolution in impedance imaging. Clin Phys Physiol Meas,1987;8:13-31


  2 Woo EJ, Hua P, Webster JG et al. Finite-element method in electrical impedance tomography. Med Bio Eng & Comput,1994;32(4):530-536


  3 Kim Y, Webster JG,Tompkins WJ. Electrical impedance imaging of the thorax. J Microwave Power, 1983;18:245-257


  4 Yorkey TJ, Webster JG,Tompkins WJ. Comparing recon-struction algrithms for electrical impedance tomography. IEEE Trans Biomed Eng,1987;34(11):843-852


  5 Wexler A, fry B and Neuman MR. Impedance-computed tomography algrithm and system. Applied Optics,1985;24(23):3985-3992


  6 Murai T,Kagawa Y. Electrical impedance computed tomography based on a finite element model. IEEE Trans Biomed Eng, 1985; 32(3)177-184


  7 Barber DC, Seagar AD. Fast reconstruction of resistive images. Clin Phys and Physiol Meas, 1987;8(supplement A):47-54


  8 Meeson S, Killingback ALT, Blott BH. The de pendence of EIT images on the assumed inital conductivity distribution: a study of pelvic imaging. Phys Med Biol,1995; 40(5):643-657


  9 Zadehkoochak M, Hames TK, Blott BH et al. A transputer implemented algorithm for electrical impedance tomography. Clin Phys Physiol Meas, 1990;11(3):223-230


  10 Andy Adler, Robert Guardo. A neural network image reconstruction technique for electrical impedance tomography. IEEE Trans on Med Imag, 1994; 13: 594-600


  11 汤梦星. 动态电阻抗断层成像算法的研: [硕士毕业论文]. 西安:第四军医大学,1997


  12 Brown BH. Cardiac and respiratory related electrical impedance changes in the human thorax. IEEE Trans Biomed Eng,1994; 41(8):729-733


  13 Robert WM, Smith HJ. A real-time electrical impedance tomography system for clicinal use-design and preliminary results. IEEE Trans Biomed Eng, 1995;42(2) 133-140


  14 Newell JC. An Electric Current Tomograph. IEEE Trans Biomed Eng, 1988;35(10):828-833


  15 Saulnier GJ, Cook RD. A high-speed high-precision electrical impedance tomograph. Ann Inter Conf of the IEEE Eng in Med and Bio Soc,1991;13(1):5-6


  16 SaKamoto K, Yorkey TJ, Webster JG.  ;Some Physical Results from An Impedance Camera Clin. Phys Physiol Meas, 1987;8(Suppl A):71-75


  17 Hua Ping, Woo JE, Webster JG. Iterative Reconstruction Methods Using Regularization and Optimal Current Patterns in Electrical Impedance Tomography. IEEE Trans on Med Imag,1991;10(4):621-628


  18 Woo HW, and Kim Y. A Medical System With Electrical Impedance. IEEE/Eighth Annu Conf of the Eng in Med and Bio Soc,1986:343-346


  19 Geeraerts B, Van Petegem W. Voltage versus current driven high frequency EIT systems.IEEE 0-7803-0785-2,1992:1703


  20 Zhu QS. A Voltage Driven Current Tomograph.IEEE 0-7803-0785-2,1992:1704-1705


  21 Robert WM,Smith HJ. A real-time electrical impedance tomography system forclicinal use-design and preliminary results. IEEE Trans Biomed Eng, 1995;42(2): 133-140


  22 Morucci JP. 3D reconstruction in electrical impedance imaging using a direct sensitivity matrix approach. Physiol Meas, 1995;16(Suppl 3A):123-128


  23 Povill R,and Riu P. Quantification in multifrequency tomography. Physiol Meas, 1995;16(Suppl 3A):69-78


  24 Anderson DK. Analytic solution of the forward problem for in duced current EIT systems. IEE Proc-Sci Meas Technol, 1995;142(6): 425-432


  25 Rabbani KS, Kabir AM. Studies on the effect of the third dimension on a two-dimensional electrical impedance tomography system. Clin Phys Physiol Meas, 1991; 12(4):393-402


  26 Brown BH, Seagar AD. The Sheffield data collection system. Clin Phys Physiol Meas, 1987;8(Suppl A):91-97

核心期刊快速发表
Copyright@2000-2030 论文期刊网 Corporation All Rights Reserved.
《中华人民共和国信息产业部》备案号:ICP备07016076号;《公安部》备案号:33010402003207
本网站专业、正规提供职称论文发表和写作指导服务,并收录了海量免费论文和数百个经国家新闻出版总署审批过的具有国内统一CN刊号与国际标准ISSN刊号的合作期刊,供诸位正确选择和阅读参考,免费论文版权归原作者所有,谨防侵权。联系邮箱:256081@163.com