專利名稱：一種反正切壓縮的等位線反投影電阻抗成像圖像重建方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種投影電阻抗成像圖像重建方法，特別涉及一種反正切壓縮的等位線反投影電阻抗成像圖像重建方法。
背景技術(shù)：
電阻抗斷層成像(Electrical impedance tomography,EIT)是通過在人體某一斷面周圍施加一種或多種頻率的電信號，并測量其在斷面邊界的響應(yīng)信號，根據(jù)響應(yīng)信號和驅(qū)動信號的關(guān)系，利用特定的電阻抗重建算法，進而計算在這一斷面上電阻率的分布及其變化，這種電阻率或其變化的分布可以以二維數(shù)字影像的方式顯示出來，從而為臨床醫(yī)學(xué)診斷提供一種新的影像檢查手段。
電阻抗重建算法是EIT的核心技術(shù)，電阻抗重建算法主要有兩類動態(tài)電阻抗重建算法和靜態(tài)電阻抗重建算法。靜態(tài)電阻抗重建算法是根據(jù)測得的多組邊界傳輸阻抗來計算斷面內(nèi)部的電阻率分面的絕對值，其算法復(fù)雜度高，且對硬件系統(tǒng)精度要求很高。而動態(tài)電阻抗重建算法是對斷面上電阻率分布的變化成像，由于要得到的是一個相對量(兩次或多次間的變化)，從而大大降低了對硬件系統(tǒng)誤差水平和精度的要求，使這種成像算法在實際EIT系統(tǒng)中得以應(yīng)用。
由于電阻抗重建算法的目的是根據(jù)斷面的邊界互阻抗計算斷面內(nèi)部阻抗分布，它要處理的對象是邊界電壓和電界電流。通常EIT系統(tǒng)會在所成像斷面周圍等間隔放置多個電極，分別用以加載驅(qū)動信號及測量響應(yīng)信號，在成像過程中同時有一對電極加驅(qū)動信號， 一對電極測量響應(yīng)信號，EIT系統(tǒng)一般采用鄰近電極驅(qū)動/鄰近電極測量的驅(qū)動/測量方案。正是由于EIT系統(tǒng)采用的這種驅(qū)動/測量方案，導(dǎo)致測得的邊界響應(yīng)信號間會有一個很大的變化范圍，即遠離驅(qū)動電極的電極間響應(yīng)信號將遠小于靠近驅(qū)動電極的電極間響應(yīng)信號，在32電極單頻EIT系統(tǒng)中，最大響應(yīng)信號和最小響應(yīng)信號的比值大于100，并隨著邊界電極數(shù)目的增加這一比值還會更大，這種現(xiàn)象稱之為響應(yīng)信號的動態(tài)范圍，邊界響應(yīng)信號的動態(tài)范圍過大不但對前級測量系統(tǒng)是一個很大的障礙，同時對電阻抗重建算法也是一個巨大的問題，它會導(dǎo)致重建算法對目標斷面的中心區(qū)域非常不敏感，從而在最終圖像上觀察不出中心區(qū)域的電阻抗變化。
等電位線反投影法是一種動態(tài)電阻抗重建算法，其最后成像反映兩次測量期間目標斷面內(nèi)的電阻率分布的變化，經(jīng)典的等電位線反投影法基于以下假設(shè)1、兩個電流驅(qū)動電極間的距離遠小于斷面區(qū)域半徑，從而可視區(qū)域內(nèi)場域等效為一對電偶極子產(chǎn)生的電場；2、兩次測量間斷面內(nèi)電阻率的變化遠小于背景電阻率的絕對值，即這種變化對場域內(nèi)電阻率分布而言是一個小的擾動。
等電位線阻抗反投影實際上是對目標區(qū)域阻抗分布擾動的成像若在阻抗分布為 σ (x, y)的目標區(qū)域周圍加載一組驅(qū)動電流，得到一組響應(yīng)電壓為Vtl，阻抗分布發(fā)生一個較小變化(擾動)后，σ (X，y) — σ (x, y) + Δ σ (χ, y),測得響應(yīng)電壓為V1,將兩組電壓差歸一化后進行反投影，即可得到阻抗分布的擾動。3
等電位線法是一種近似線性化的阻抗重構(gòu)方法，其主要思想來源于早期的X線CT 成像技術(shù)。每一對驅(qū)動電極加載驅(qū)動電流后在目標區(qū)域形成一個特定的電場分布，將兩驅(qū)動電極形成的這樣一個電場等效為一個電偶極子產(chǎn)生的電場，電偶極子位于兩電極中心， 這樣由電偶極子到各測量電極存在一系列等電位線，相鄰等電位線之間的區(qū)域即為反投影區(qū)，將阻抗擾動前后測得的電壓差迭加到這個區(qū)域即可，將所有投影的電壓差反投影回對應(yīng)投影區(qū)后，便可得到區(qū)域電阻抗分布的擾動圖像(變化)。
若第一次測量得到一組邊界響應(yīng)電壓表示為
Vref
當區(qū)域內(nèi)電阻率發(fā)生擾動后測量得到的邊界響應(yīng)電壓表示為
Vd
則兩次測量間的一組電壓差歸一化以后表示為Vn
權(quán)利要求
1.一種反正切壓縮的等位線反投影電阻抗成像圖像重建方法，其特征在于O首先將16個電阻抗測量電極等間隔粘貼于待測體周向表面；2)將電阻抗測量電極與EIT采集系統(tǒng)連接；3)選擇其中兩個相鄰的電極，通過這兩個電極對被測目標施加電流激勵，同時在其余兩兩相鄰的電極間采集待測物體的邊界響應(yīng)電壓；4)依次切換一對相鄰電極對目標施加激勵，并同時在其余兩兩相鄰的電極間采集待測物體的邊界響應(yīng)電壓，重復(fù)這一過程，直到所有電極都被用過作為激勵電極；5)將上述16組邊界電壓/激勵電流作為一幀數(shù)據(jù)保存，定義為參考幀邊界電壓，記為V.-v ref，6)根據(jù)設(shè)定的時間間隔重復(fù)步驟3)、4)的測量，得到另外一幀16組邊界電壓/激勵電流，定義為當前幀邊界電壓，記為Vd;7)采用反正切方法對當前幀邊界電壓與參考幀邊界電壓的差進行反正切處理 arctg (vd-vref)；8)最后將上述處理后的數(shù)據(jù)代入等位線反投影算法進行電阻抗動態(tài)圖像重建，并顯/Jn ο
全文摘要
一種反正切壓縮的等位線反投影電阻抗成像圖像重建方法，首先將電阻抗測量電極等間隔粘貼于待測體周向表面；選擇其中兩個相鄰的電極，通過這兩個電極對被測目標施加電流激勵，同時在其余兩兩相鄰的電極間采集待測物體的邊界響應(yīng)電壓；依次切換一對相鄰電極對目標施加激勵，并同時在其余兩兩相鄰的電極間采集待測物體的邊界響應(yīng)電壓；將上述邊界電壓/激勵電流作為一幀數(shù)據(jù)保存，定義為參考幀邊界電壓；根據(jù)設(shè)定的時間間隔重復(fù)測量，得到另外一幀邊界電壓/激勵電流，定義為當前幀邊界電壓；采用反正切方法對當前幀邊界電壓與參考幀邊界電壓的差進行反正切處理；最后將上述處理后的數(shù)據(jù)代入等位線反投影算法進行電阻抗動態(tài)圖像重建，并顯示。
文檔編號A61B5/053GK102908141SQ20121042317
公開日2013年2月6日 申請日期2012年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月29日
發(fā)明者付峰, 董秀珍, 劉銳崗, 史學(xué)濤, 尤富生 申請人:中國人民解放軍第四軍醫(yī)大學(xué)