电阻抗断层成像技术综述

介绍了生物医学工程的重要研究课题之一的电阻抗断层成像(EIT)技术,它是利用对物体表面的电测量来重建反映物体内部结构及功能变化图像的一种新颖的计算机影像技术．本文对EIT技术的发展、正问题、逆问题及硬件系统作了较为详细的介绍,并给出本课题组在该研究方面所取得的部分结果．     

融合边界条件的电阻抗图像重建仿真研究

结合成像目标的边界结构信息,提出一种新的改善电阻抗图像重建质量的方法．在生物医学电阻抗断层成像中,将传统采用圆形场域的重建模型改进为与人体胸腔边界近似的八边形场域,建立正问题数学模型,求解得到灵敏度系数矩阵,经等位线滤波反投影算法获得感兴趣区域的仿真分布图像．针对成像目标在场域中的不同分布情况,采用面积占空比对两种重建模型下的成像效果进行评价．图像及数据分析结果表明,改进方法重建图像伪影明显减少,面积占空比也更接近真实分布,提高了图像空间分辨率,达到了改善电阻抗重建图像质量的目的．     

基于自适应有限元网格细分法的电阻抗断层成像技术

电阻抗断层功能成像技术(Electrical Impedance Tomography简称EIT),是当今生物医学工程学领域重大研究课题之一.它是通过对物体表面电压、电流的测量来重建物体内部阻抗分布或变化的一种新颖的医学成像技术.在电阻抗成像(EIT)技术中,有限元(FEM)网格剖分规模较大时,重建算法将出现严重的病态性.本文利用在局部阻抗异变处进行有限元细分,其余处粗分的自适应网格剖分算法,与Newton-Raphson算法相结合进行电阻抗断层图像重建,实验结果表明此方法是有效的.     

"脑内电阻抗功能成像与源定位研究"项目通过鉴定

2003 年12 月20 日,由河北省科技厅组织、河北省自然基金委主持,在河北工业大学召开了“脑内电阻抗功能成像与源定位研究”鉴定会.鉴定委员会听取了工作报告、技术报告和查新报告,审查了鉴定会全套资料.经充分讨论,专家一致认为,课题组提交的审查资料齐全、完整,符合鉴定要求,该项目理论成果富有开拓性和先进性,居国际领先水平. “脑内电阻抗功能成像与源定位研究”课题是根据河北省自然科学基金资助项目“脑组织电阻抗特性无损检测与功能成像研究”(项目编号:501037)的任务要求,由河北工业大学河北省电磁场与可靠性基础研究基地生物电磁…     

磁共振电阻抗成像与乳腺癌早期检测

乳腺癌的早期检测与诊断是目前国际研究的难点与热点.癌组织与正常组织与良性肿瘤组织之间的电特性的差异为乳腺癌的早期检测提供了有效的辅助诊断信息.本文在此前提下介绍了一种高分辨率的医学电阻抗成像技术-磁共振电阻抗成像技术的成像原理与成像算法,然后介绍了MREIT技术在早期乳腺癌检测方向的应用,最后分析了该研究方向的发展前景以及目前存在的问题.     

电阻抗成像系统设计

电阻抗成像是近十几年来发展起来的一门全新的医学成像技术,本文介绍了电阻抗成像的基本原理,重建算法,着重阐述了６４电极的ＥＩＴ系统设计思想并具体介绍一个１６电极的ＥＩＴ子系统的设计,本文是６４电级的ＥＩＴ系统设计的阶段性报告。     

电阻抗成像的稀疏重建算法

针对电阻抗成像空间分辨率低和对测量噪声敏感的问题,将传统Tikhonov正则化问题中目标函数的L2范数正则项修正为L1范数,将动态电阻抗图像中非均匀的电导率具有稀疏性作为先验信息添加到L1范数正则项中,由此提出一种电阻抗成像的稀疏重建算法。建立基于总变差法、正交匹配追踪法以及L1范数最小二乘法的电阻抗成像模型,并借助实验可知,新算法成像质量好,对测量噪声不敏感,且成像速度较快。     

头部异物两步核磁共振电阻抗成像仿真研究

在三层球和真实形状头模型(包括头皮、颅骨和大脑)上,采用基于径向基函数(RBF)神经网络的两步核磁共振电阻抗成像(MREIT)算法,对颅内病变组织阻抗成像进行了仿真研究.使用高分辨率的核磁共振成像系统对人体头部进行三维构建和不同组织边界区分,利用两步基于径向基函数神经网络的MREIT算法分别对颅内病变组织均匀阻抗和非均匀阻抗(每个单元的电阻抗值)分布进行估计.该两步MREIT算法适用于人体头部复杂组织结构的阻抗成像,仿真实验表明,采用MREIT技术对颅内占位性病变组织(血肿或脑瘤)的阻抗成像过程简单,重构的阻抗图像具有较高的精确性,算法具有一定的抗噪性能.     

开放式电阻抗成像下的目标定位

给出一种开放式电阻抗成像中目标小圆圆心的近似位置和半径大小定位方法。利用Comsol multiphysics工具建立开放式电阻抗成像模型,测量并记录圆心在不同位置及半径大小不同时的各电极电势,计算相邻电极点之间的电势差。通过分析边界电势差与圆心的近似位置和半径大小的对应关系,利用电势差分析法和二分法进行目标定位。对比实验结果表明,相对电势差分析法可快速确定目标小圆的近似位置,具有普遍性;二分法可准确确定目标小圆的半径大小,具有较高精度。     

基于小波变换的滤波反投影算法

滤波反投影算法是Ｒａｄｏｎ 逆变换最常用的一种数值计算方法,在ＣＴ技术和信号处理中得到了广泛的应用。本文把小波变换应用于滤波反投影算法中,给出了一种用小波变换对投影数据作滤波处理的方法,这种方法与常规方法比较,具有精度高,抗噪能力强,参数易于选取等优点。文中给出了模型和实际地震资料处理实例,证明了该方法的有效性。     

磁共振电阻抗成像问题的一个迭代解法

针对磁共振电阻抗成像（MREIT）的一个数学模型,提出了一个迭代算法．算法的基本思想是使用逐次线性化．通过将问题化为非线性算子方程,推导出算子的形式导数,给出了线性化问题解的等价表达．     

电阻抗成像系统设计

电阻抗成像是近十几年来发展起来的一门全新的医学成像技术。本文介绍了电阻抗成像的基本原理、重建算法,着重阐述６４电极的ＥＩＴ系统设计思想并具体介绍一个１６电极的ＥＩＴ子系统的设计。本文是６４电极的ＥＩＴ系统设计的阶段性报告。     

步进变频穿墙成像雷达中反投影算法研究

反投影(back-projection,BP)算法具有很高的成像精度并容易进行各种形式的补偿,是广泛应用于穿墙、探地等领域的一种有效的时域成像算法。该文把时域反投影算法应用到步进变频穿墙雷达成像中,并根据墙壁的参数提出了用最短时间法对墙壁的影响进行补偿。通过对实测数据的处理可以看出,反投影算法在穿墙雷达中具有很好的成像精度,最短时间法也能很好地补偿墙壁对目标成像位置的影响。     

基于张量分解的电阻抗三维成像方法

针对现有的三维电阻抗成像只是对图像横截面的单独重建,然后罗列为三维进行显示,没有考虑到不同图层间的关联性,致使图像信息利用不充分的问题,提出一种基于张量分解的电阻抗三维成像方法。该方法将实验中测得的数据建立张量模型,使用张量分解可以对胸腔进行直接三维重建,能够充分利用图层间的关联性;并将该方法与总变差正则化（Total Variation,TV）成像算法、Tikhonov正则化重建算法进行实验对比。实验结果表明：基于张量分解的电阻抗三维成像方法,可以充分利用图像的空间结构信息,考虑图像层与层之间的关联特性,能够更加接近肺部的真实情况,准确地反映肺的状态,进而提高图像重建质量;基于张量分解的电阻抗三维成像方法相比于二维张量重建方法,将图像的峰值信噪比（PSNR）提高了13.8%。由此可得,与Tikhonov正则化以及TV成像算法相比,基于张量分解的电阻抗三维成像方法更适合电阻抗的图像重建工作。     

扁平构件的三维CT滤波反投影重建算法研究

在对扁平构件投影方式分析的基础上,提出了将分布在平面上ρ滤波器变换到锥面上的方法,建立了分布在锥面上的ρ滤波器的数学模型.对扁平构件的仿真结果表明:在射线源为锥束入射扫描方式下,通过分布在锥面上的ρ滤波器进行滤波反投影重建,得到的重建切片图像能够明显区分物体的边界及内部缺陷的边界和密度,空间分辨率可达到2 lp/mm,密度分辨率达到了1%,验证了该重建算法的可行性.     

关于电阻抗成像中Jacobi矩阵的算法及实现技巧

Jacobi矩阵的计算是许多电阻抗成像图像重建算法中最重要的环节之一。文献[1]采用摄动法导出了一种Jacobi矩阵的快速近似算法，讨论了Jacobi矩阵标准算法的实现技巧，指出文献[1]算法与采用本文实现技巧的Jacobi矩阵标准算法的计算量是一样的，而且标准算法计算出的Jacobi矩阵是精确的。     

基于模糊神经网络的磁共振电阻抗成像算法

针对人体头部组织电导率成像问题,提出了一种新的磁共振电阻抗成像技术（MREIT）算法.该算法仅利用单方向磁感应强度信息,利用基于自适应网络的模糊推理系统(ANFIS)对测量与计算得到的磁感应强度分布间不匹配程度的目标函数进行优化,通过函数寻优得到重建的目标电导率.在球状及真实头模型上的仿真实验证明,该算法可以准确地对颅骨 大脑的电导率比值进行重建,其估计误差分别小于1.10%与0.25%;对电极位置发生偏移情况进行仿真实验,其在真实头模型上的估计误差小于0.35%.通过与同类算法的结果比较发现,对于具有多层组织、电导率各向同性且分层连续体模型的阻抗重建,ANFIS-MREIT算法具有较大的优越性.     

螺旋式激发的荧光分子断层成像

由于在实际中荧光探针的位置是未知的,因此获得的数据会不准确．为了克服这个缺点,提出一种基于螺旋式激发的荧光分子断层成像方式,它能在未知荧光目标具体位置的情况下,保证荧光目标受激发完全,从而确保了测量数据的准确性．通过设计非匀质仿体实验,验证了螺旋式激发方法在荧光分子断层成像中的可行性和有效性．     

一种灵活的柱面反投影算法

传统柱面图像反投影算法依赖于圆柱模型以及标定的精度,且物距发生变化时模型将会失效,需要重新进行标定,过程繁琐,场景适应性不足.为此,提出一种灵活的柱面图像反投影算法.根据透视投影原理,像素当量随距离远近呈二次曲线分布,因此可以通过拟合二次曲线表征其成像特性,对竖直方向和水平方向分别进行处理,进而实现柱面图像反投影变换.当目标物体相对相机发生前后方向和左右方向位移时,通过修正二次曲线的系数适应其成像特性的改变,无需再次标定.实验结果表明,该算法精度与传统方法相当,且在左右移动、一定缩放范围内保持精度不变.本文算法仅需一次标定即可满足目标物体小范围内移动时的图像变换需求,提高了场景适应性.     

多通道生物磁感应断层成像硬件系统

分析了生物磁感应电阻抗断层成像的关键技术。根据其成像原理,找到一种适用于磁感应成像的高精度鉴相方法。设计并实现了稳定的程控激励源和弱信号检测电路,完成了一个16通道的磁感应断层成像硬件系统。进行了初步的均匀电导率物理模型成像实验,应用磁感应断层成像重建算法得到了初步的成像结果。实验结果表明：对于电导率接近生物组织的被测目标,可以用磁感应方法进行非接触的成像。在硬件方面,鉴相精度和系统的稳定性是决定成像质量的重要因素。