收藏本站
《重庆大学》 2002年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

电阻抗断层成像技术理论和实践的研究

田海燕  
【摘要】: 电阻抗断层成像技术(Electrical Impedance Tomography,EIT)是一种新兴的计算机断层成像技术。它通过在目标物体四周安放电极阵列并注入交流电流,在产生电流场的同时,通过电极测量目标物体四周的电压,由注入的交流电流信号和测量的电压数据,以及一些附加信息,可以重构出目标物体横截面内(或空间)的电导率(或电阻率)分布,从而得到反映物体内部组织特性的电导率断层图像。 EIT技术用于生物医学工程领域,其基本原理是通过配置于人体体表的电极阵,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。生物组织的电导率含有大量的反映组织、器官的生理状态及功能的信息,EIT技术就是以低频电流流过人体组织时呈现出的这种电特性为依据,进行无创成像。 EIT技术无创、廉价、便携、安全,能够反复成像,重复使用,可用于高危病房的床旁检测,脑血肿的动态检测,心脏,胃及肺功能的监测等,因而该技术在临床医学领域有潜在的应用价值。此外,EIT技术不仅能够反映目标物体的解剖学结构,更重要的是,它可以给出功能性图像结果,即在组织或器官结构性变化出现之前,及时检测和确认该组织与器官的功能性变化,这对于相关疾病的普查、预防与诊断治疗非常有利。 EIT技术在理论上是一个电流场计算的逆问题,其核心是重建算法,但重建算法至今仍然没有得到很好的解决,这是因为完善它的理论基础非常困难。EIT技术的理论基础实质上是数学物理的反问题,如何求解EIT重建方程涉及到偏微分方程、有限元理论、数值计算、矩阵论、非线性方程组求解、病态问题、误差分析等领域。 首先,本文全面、系统、综合地阐述了EIT技术涉及到的各种数学物理问题,并指出EIT在理论上的各种困难集中表现在问题的病态性。对此本文给出了基于有限元计算的反映EIT问题病态程度的定量数据,用以说明求解EIT重建方程的难度所在。 其次,论文提出了四种新的用于EIT图像重建的算法。第一,提出拟牛顿法作为重建算法,该算法考虑了场域内所有参数对场域的作用,提高了边界电位对场域电导率的敏感程度。在得到很高的重建计算精度的同时,重建矩阵的病态程度也得到明显的改善。第二,将外推法在正向计算中的应用推广到重建计算中,极大地降低了计算规模,很好的解决了拟牛顿法的计算精度与计算规模不可兼得的矛盾。第三,用数值延拓法有效地扩大初始值的收敛区间。生物活体组织的生理参数因不同的人、器官、组织和病况,有很大的差异,因此在重建算法中 WP=5 放宽对计算参数初始值的要求对EIT技术走向临床应用有重要的意义。论文在正则化方法的基础上,利用数值延拓法有效地扩大初始值的收敛区间,改善了拟牛顿法对初始值的苛刻要求。第四,用局部加速收敛法提高计算精度和降低计算规模。局部加速收敛法是在重建计算的过程中加入目标区域的已知信息作为重建计算的判据,重点求解部分关注的信息。该方法降低了高精度成像时计算规模过大的问题,同时提高了计算精度。 此外,将EIT技术用于脑血肿病例的动态实时监测的仿真研究。由于脑血肿病例的特殊性,其病情发展快、不易移动、需实时监测等需要,EIT技术在该领域有潜在的应用价值。论文将从临床诊断的角度出发,对脑血肿病例实时监测的全过程进行了仿真研究,得到的数据及图像表明,EIT重建算法及技术手段用于脑血肿病例的动态监测是成功的。 最后,人体胸部实测数据的重建计算结果表明,重建图像能够分辨出心脏、左右肺及脊椎等器官,重建算法是有效的,具有一定的临床参考价值。 综上所述,电阻抗断层成像技术是一种有前途的医学成像技术。对该技术更加深入地研究必将对医疗器械的发展产生深远的影响。
【学位授予单位】:

知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 王颖悟;复合电极在电阻抗x线断层术中的应用[J];国际生物医学工程杂志;1993年06期
2 季振宇,付峰,史学涛,刘锐岗,董秀珍,尤富生,王侃;电阻抗扫描成像物理模型仿真实验研究[J];航天医学与医学工程;2005年02期
3 王博亮,唐波,刘希顺,刘安之;电阻抗成象技术[J];中国图象图形学报;1996年04期
4 刘锐岗,董秀珍,付峰,尤富生,史学涛,季振宇;电阻抗扫描成像乳腺肿瘤检测仪软件系统的设计[J];医疗卫生装备;2005年04期
5 尤富生,董秀珍,史学涛,付峰,刘锐岗,李江;基于虚拟仪器的电阻抗数据采集软件设计[J];医疗卫生装备;2003年10期
6 柳重堪,杜岩,李久平;实现电阻抗层析成象的交错算法[J];电子学报;1995年07期
7 袁启明;一种新的医学成像技术——电阻抗体层成像[J];世界产品与技术;1997年03期
8 杨真荣;崔力科;羡汝珙;;电阻抗CT方法[J];CT理论与应用研究;1991年02期
9 王侃,董秀珍,付峰,刘锐岗,史学涛,尤富生,漆家学,季振宇;电阻抗乳腺扫描成像临床数据管理系统的设计与实现[J];医疗卫生装备;2005年02期
10 贺兴柏,周守昌;阻抗CT图像重建算法的研究[J];重庆大学学报(自然科学版);1992年05期
11 赵艳;电阻抗层析成象(EIT)系统的研究[J];电讯技术;1996年02期
12 史学涛,董秀珍,尤富生,付峰,刘锐岗,季振宇;基于复杂可编程逻辑器件的电阻抗断层成像信号源[J];医疗卫生装备;2004年10期
13 徐圆飞;徐春广;肖定国;周世圆;;超声换能器电阻抗特性研究[J];电子测量技术;2008年11期
14 董永政,沈勇,沈小祥,周静雷;利用遗传算法由电阻抗计算四阶带通箱的低频响应[J];应用声学;2005年05期
15 朱帆三;;一种采用反转重建的阻抗CT的实验研究[J];国际生物医学工程杂志;1992年01期
16 王延平,殷忠军,胡正仪;利用网络理论进行电阻抗层析成像中的多分辨率技术[J];武汉大学学报(自然科学版);1995年03期
17 夏建涛,李翔,何明一;断层成像技术的发展与展望[J];电子商务;1999年04期
18 李镐炜,董秀珍,王跃科,史学涛,付峰;一种生物电阻抗断层参数成像方法的建立[J];第四军医大学学报;2004年16期
19 曲小鹏;刘静;;电阻抗刻画微/纳米流体通道中溶液的流动参数(英文)[J];微纳电子技术;2006年01期
20 谢良贵;三角形金属周期结构的电磁散射[J];系统工程与电子技术;1990年11期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 薛平;王磊;高湔松;陈瓞延;;新型生物医学断层成像技术——光学相干CT[A];第三届全国现代生物物理技术学术讨论会论文摘要汇编[C];2000年
2 王妍;沙洪;任超世;;电位反投影算法用于非相邻测量的电阻抗成像系统[A];中国生物医学工程学会第六次会员代表大会暨学术会议论文摘要汇编[C];2004年
3 董秀珍;付峰;尤富生;刘锐岗;史学涛;秦明新;;电阻抗图像监护技术的基础研究[A];中国生物医学工程学会第六次会员代表大会暨学术会议论文摘要汇编[C];2004年
4 严蔚;蔡金标;陈伟球;;基于电阻抗模型的复合材料层合梁的裂纹识别研究[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
5 匡友弟;王卓;李国清;陈传尧;;节式压电梁的电阻抗模拟和实验研究[A];第二届全国压电和声波理论及器件技术研讨会摘要集[C];2006年
6 徐圆飞;徐春广;肖定国;周世圆;;超声换能器电阻抗特性测量方法研究[A];2009中国仪器仪表与测控技术大会论文集[C];2009年
7 陈朴;;无创连续心输出量监测在危重病中的应用[A];2007年浙江省危重病学学术年会论文汇编[C];2007年
8 伊藤宽志;川原田淳;坞津秀昭;杨照康;臧益民;朱妙章;;血液电阻抗率的无创伤计测方法——阻抗气囊法[A];第二届全国心功能学术研讨会论文摘要汇编[C];1990年
9 徐巍;李国清;尹潇然;缪幸圆;;有限元法与阻抗法分析压电激励下的弹性薄板[A];Proceedings of the 2010 Symposium on Piezoelectricity,Acoustic Waves and Device Applications[C];2010年
10 刘丽旭;董为伟;贾延劼;王健;吴琪;何为;;无创性脑电阻抗检测在脑卒中患者中的应用和意义[A];中华医学会第七次全国神经病学学术会议论文汇编[C];2004年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报记者 刘碧玛;东影 推进早诊乳腺疾病技术产业化[N];科技日报;2004年
2 本报记者 刘浪;“发明家”医生[N];重庆日报;2001年
3 九卫 兴元;常见“电脑病”如何预防[N];中国劳动保障报;2002年
4 广州博信 周建新;思达高科 下档支撑强劲[N];证券时报;2006年
5 刘碧玛;推出第一代电阻抗乳腺肿瘤诊断仪[N];科技日报;2004年
6 武警总医院急救医学中心主任 王立祥供 崔佳整理;地震自救“十大”误区[N];科技日报;2008年
7 毛晶慧;使用电脑也要讲健康[N];中国消费者报;2002年
8 刘海;肝癌不能手术,可用射频消融术治疗[N];健康报;2004年
9 韩瑞芝;按捏腋窝强健体质[N];农村医药报(汉);2006年
10 玉辑;人体的骨头有多少[N];农村医药报(汉);2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 田海燕;电阻抗断层成像技术理论和实践的研究[D];重庆大学;2002年
2 张占龙;低频电流激励下脑电阻抗的电磁特性及应用研究[D];重庆大学;2004年
3 王健;卒中后脑水肿——无创检测、机制及治疗探索[D];重庆医科大学;2003年
4 徐桂芝;基于EIT技术的脑内电特性与功能成像研究[D];河北工业大学;2002年
5 李颖;脑电逆问题求解的数值计算方法研究[D];河北工业大学;2003年
6 段杏元;主塑形功能文胸设计与舒适性评价[D];东华大学;2012年
7 李洪义;生物组织微波热声断层成像技术研究[D];第四军医大学;2004年
8 王光宏;Lorenz流形的数值分析[D];同济大学;2007年
9 陈晓艳;肺功能电阻抗成像技术研究[D];天津大学;2009年
10 范文茹;生物电阻抗成像技术研究[D];天津大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘志红;基于EIT技术的二维头模型电特性研究[D];河北工业大学;2002年
2 向海燕;感应电流电阻抗断层成像的数据采集技术[D];第四军医大学;2002年
3 雷旦;应用于汽车碰撞安全研究的人体胸部有限元模型的建立与仿真验证[D];华南理工大学;2011年
4 史学涛;用于电阻抗多频及参数成像的多频数据采集技术研究[D];第四军医大学;2001年
5 李有余;电阻抗断层成像硬件系统的研究[D];河北工业大学;2003年
6 马建英;动态感应电流电阻抗断层成像算法及物理模型成像的研究[D];第四军医大学;2002年
7 刘延勇;多频经胸电阻抗技术检测肺水肿的初步研究[D];第四军医大学;2004年
8 徐管鑫;三维颅内血肿动态成像方法研究[D];重庆大学;2001年
9 吴小明;脑组织电阻抗测量的基础研究[D];第四军医大学;2001年
10 王平;电阻抗断层成像数据采集系统的设计与研究[D];重庆大学;2003年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978