基于虛擬儀器的電阻抗成像算法研究.pdf

1、電阻抗成像技術(Electrical Impedance Tomography,EIT)是當今生物醫(yī)學工程學重大研究課題之一,它是繼形態(tài)、結構成像之后,于最近二十年才出現(xiàn)的新一代無損傷成像技術。電阻抗成像技術通過配置于人體體表的電極陣列,提取與人體生理、病理狀態(tài)相關的組織或器官的電特性信息,不但反映了解剖學結構,更重要的是可望給出功能性圖像結果,這是X-CT、核磁共振等其它成像技術難以實現(xiàn)的。電阻抗成像技術不使用核素或射線,對人體無害,

2、可以多次測量,重復使用,可以成為對病人進行長期、連續(xù)監(jiān)護而不給病人造成損傷或帶來不適的醫(yī)院監(jiān)護設備。加之其設備成本低廉,不要求特殊的工作環(huán)境等,因而是一種理想的、具有廣泛應用前景的無損傷醫(yī)學成像技術和圖像監(jiān)護技術。本論文在分析、研究國內外有關電阻抗成像重建算法及其研究狀況的基礎上,以電阻抗成像技術為主要目標,利用虛擬儀器LabVIEW軟件實現(xiàn)了一種實用、快速、具有一定分辨率的電阻抗成像算法——等位線反投影算法,對成像算法進行了仿真研究和

3、數(shù)據(jù)分析。本文主要工作如下:(1)介紹了EIT成像技術的研究意義,闡述其成像原理,簡述了該項新技術的應用及其在國內外的研究概況。(2)對電阻抗成像的正問題進行了理論研究。建立了正問題的理論模型,采用有限元法對正問題進行求解,分析了場域電導率的分布變化對邊界電位的影響,包括對場域內某一區(qū)域電導率增加、電導率減小、電導率區(qū)域擴大和不同區(qū)域電導率改變等多種情況的分析。研究表明:場域內電導率的改變會使場域四周的邊界電位發(fā)生變化。(3)對電阻抗成

4、像中等位線反投影算法進行了改進研究。在Sheffield等位線反投影算法基礎上進行了改進,給出了投影長度的近似計算公式,考慮了投影路徑的長度對圖像重建的影響。和原算法相比,重建圖像更加清晰,減小了重建圖像的偽跡。論文對改進的等位線反投影算法的性能進行了研究,包括對同一區(qū)域不同電導率成像,同一電導率不同區(qū)域成像,單個目標成像,2個目標的遠距離和近距離成像,3個目標成像。研究表明:改進的等位線反投影算法不但可以較準確地對場域內目標進行定位,

5、而且具有一定的分辨率;當場域內電導率分布發(fā)生改變時,重建圖像可以較好地反映出其電導率的變化。(4)利用LabVIEW研制電阻抗成像仿真軟件。完成了有限元自動剖分,分析了有限元節(jié)點和三角單元的編號規(guī)律,給出了高斯消元法和正問題求解的程序框圖,對等位線反投影改進算法的程序框圖也做出了說明。有限元模型的規(guī)模可以在軟件內調節(jié),為算法的仿真研究帶來方便。最后,對論文的研究工作進行了總結,給出了所完成的主要研究工作及取得的成果,指出了目前存在的問題