肺功能电阻抗成像技术研究

【摘要】： 生物电阻抗是指生物体或生物组织、生物器官、生物细胞在低于兴奋阈值的安全电流作用下所表现出的阻抗变化。生物电阻抗断层层析成像技术(Biomedical Electrical Impedance Tomography,MEIT)是通过配置体表电极阵列、施加一定频率的低幅交变安全电流,并通过扫描电极测量电压数据,从而提取与人体生理、病理状态相关的组织或器官的电特性信息,并经数据采集和处理后,重构被测组织或器官的断层分布图像。 与CT及MRI技术相比,EIT具有安全、无毒、无害、便携等优点,而且能对人体组织与器官进行无损伤的功能成像,可实现长期、动态、连续图像观察。本课题围绕人体呼吸过程的功能性成像技术开展研究,主要的研究工作包括: 1.基于FPGA的数字化肺功能成像系统研究; 2.图像重建算法研究:提出肺部电阻抗成像技术的双模型图像重建算法,利用MATLAB仿真重建肺部物理模型的静态图像及肺部呼吸过程的二维动态图像;研究了自适应多重网格算法,参考后验误差求解正问题,采用正则化与自适应多重网格剖分相结合的算法重建场域内部电阻率分布;最后研究了最小二乘共轭梯度图像重建算法,并进行成像仿真,给出了相应技术指标。 3.研究了正常肺、心脏、脂肪和肌肉四种离体生物组织的电阻抗特性;并对人体健康肺组织及浸润性肺癌组织的电阻抗频率特性进行了测量及研究。 4.融合灵敏场几何分布与电导率分布等先验信息的肺功能成像技术研究:从肺部CT图像获取人体胸部生理结构信息并结合电导率信息,求解灵敏度矩阵,利用MATLAB进行图像重构,提高了重建图像的分辨率;利用Visual C++与Matlab C++数学库以及MathTools混合编程,开发了融入先验信息的肺部电阻抗成像实时软件包,实现了动态监护过程临床需求。 5.EIT_TJU_II系统的空间分辨率和阻抗分辨率的系统性能参数研究,并给出了相应结果。 6.利用生物电阻抗断层成像技术实现了人体呼吸过程的电阻抗实时成像,并提出利用特征单元数据挖掘更丰富的生物阻抗信息,为临床研究提供了新的监测方法,通过分析特征单元数据,进一步挖掘与呼吸过程相关的心动信息。 最后,在总结本课题研究工作基础上,提出今后研究工作改进建议。