开放式电阻抗成像建模及其仿真

为克服封闭式电阻抗成像电极位置不确定性引入的图像重构误差,采用固定电极阵列的开放式电阻抗成像(open electrical impedance tomography,OEIT)模型。将求解整个开放场域电磁场边值问题,近似转化为局部的虚拟场域。通过仿真实验选取有效边界参数和电极阵列结构。利用有限元法求解OEIT的正问题,采用一步牛顿法进行图像重构。实验结果表明OEIT能够探测到目标位置、区域以及电导率的变化,重构图像较清晰。OEIT在浅层体表具有较好的分辨率和定位准确度,有一定的临床应用价值。     

BP神经网络重建医学电阻抗图像

医学电阻抗成像是一个复杂的非线性问题,图像重建算法直接影响图像质量.传统的BP神经网络算法存在训练速度慢且易陷于局部极小等特点,将BP神经网络应用于拟合称电阻抗图像的输出特性,其图象质量得到明显的改善.     

基于对应点匹配插值算法的电阻抗三维图像重建

为了对电阻抗成像二维重构图像结果进行三维重建,笔者使用对应点匹配插值算法对二维电阻抗图像进行插值,形成三维重建模型。根据电阻抗成像重构数据的特点,改进了插值算法的梯度和梯度方向角计算公式,从而较好地重现层间数据,最后由原始数据和插值数据形成三维体数据。实验的模型是浸泡在圆柱体水槽中电导率为2.1S/m的圆柱体异物。将笔者所提算法与线性算法以及形状插值算法进行了对比。结果表明:笔者算法能够在确保计算精度的同时,兼顾计算效率,满足电阻抗成像的实时监护要求。     

基于粒子群优化算法的电阻抗图像重建

电阻抗成像的实际应用具有许多优越性,但电阻抗图像重建是一个严重病态的非线性逆问题。目前电阻抗成像的静态算法大多采用Newton-Raphson类算法,这类算法需要计算Jacobian矩阵、使用正则化技术等,算法复杂且稳定性较差。针对该问题,采用了一种新的求解逆问题的方法:粒子群优化算法(PSO)。PSO是一种基于种群搜索策略的自适应随机算法,具有算法简单、调节参数少、收敛速度快、易于实现等特点。给出了电阻抗成像的建模模型,并对粒子群优化算法做了适当的改进以适应电阻抗问题的求解。与牛顿类算法相比,它可以省去繁复的雅可比矩阵计算过程,而采用自适应搜索来求取最优解。仿真结果表明,应用PSO进行图像重构时,能够对突变区域进行准确的定位,图像分辨率较高。     

改进的电阻抗反投影成像算法

在等位线反投影算法基础上,结合计算机断层成像中均值反投影理论,形成应用于电阻抗成像的改进反投影算法.改进算法以注入电极对中点到测量电极对中点的长度作为投影路径的近似长度,在反投影的过程中考虑投影长度的影响;计算反投影后相对电导率的正负均值;最终的相对电导率值是在反投影结果基础上根据符号减去相应的均值,如果改变符号就令相对值为0.仿真和水槽实验验证均改进电阻抗反投影算法相比于等位线反投影算法可以减小重构图像的星状伪迹.改进电阻抗反投影算法是实用有效的.     

三维电阻抗成像系统激励模式仿真分析

为克服电阻抗成像(electrical impedance tomography, EIT)信息量少,正、逆问题计算时由于实际三维场近似到二维时引入误差等弊端,在开放式EIT基础上改进一维电极阵列为二维电极阵列,拓展求解域到整个三维场,以增加信息量,消除模型误差。针对目前EIT的几种激励模式,运用有限元法求解不同模式下的正问题,以区分度和表面投影成像的方法评估各种激励模式对三维场域内扰动的敏感度。结果表明背电极方式在探测深度、精度上具有明显优势,临床应用简便,可为下一步三维EIT的研究提供参考。     

数值延拓法用于脑血肿电阻抗断层图像重建

电阻抗断层成像技术用于脑血肿实时监测是该技术应用于临床医学有意义的探索。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。因此在重建算法中放宽对计算参数初始值的要求对该技术走向临床应用有重要的意义。拟牛顿法作为重建算法尽管有很高的精度，但对计算初始值的要求非常苛刻，数值延拓法可以有效地扩大初始值的收敛区间，放宽重建算法拟牛顿法对初始值的限制。文中介绍了数值延拓法在重建算法中的应用，并用仿真计算说明该方法的有效性。     

基于单电极激励模式的颅脑电阻抗图像重建方法研究

作为一种新兴的可视化技术,电阻抗层析成像(EIT)能够根据人体组织病理变化对其电导率分布进行图像重建,为疾病检测提供了一种选择.在基于EIT的脑部疾病检测中,为了改善被测区域的灵敏度分布并解决电阻抗成像中典型的不适定问题,在单电极激励数据采集模式下,提出了k阶有限差分L₁正则化目标函数,并采用增广拉格朗日和交替方向算法对目标函数进行求解,实现电导率分布的重构.研究了单电极激励模式下,外接电阻对敏感场的影响;针对脑出血和脑缺血两种病情,对比了Landweber方法、Newton-Raphson方法、Tikhonov方法、广义总变分方法(TGV)和本文方法的图像重建性能.结果表明,在脑出血和脑缺血的图像重建中,采用单电极激励模式的ALAD-LR方法可有效提高图像重建质量,并具有较强的鲁棒性.     

逆滤波在消除磁共振图像运动伪影中的仿真和应用研究

由于自主运动、呼吸和器官搏动等原因,在磁共振成像过程中会造成运动伪影.该文对脑部、胸部和腹部磁共振图像仿真出不同的运动伪影,通过逆滤波方法和位移纠正来消除运动伪影和复原原始图像.实验结果表明,该文方法可以较好地消除运动伪影并复原原始图像.     

电阻抗成像的研究与探讨

电阻抗成像是近年来出现的一种新型的医学影像技术,本文综述了电阻抗成像技术的发展及其在医学领域的应用前景。     

开放式电阻抗CT的软件系统

介绍在Ｗｉｎｄｗｏｓ环境下开发的开放式电阻抗ＣＴ软件系统的各个组成部分及其功能,给出了对系统功能进行扩充的方法。     

三维电阻抗成像的测量模式

电阻抗成像技术（EIT）是一种非侵入的成像技术,通过测量介质的边界参数,从而获得介质的分布状态．为研究EIT的测量模式对其数据测量和图像重建的影响,借助仿真软件COMSOL建立了具有双层电极结构的EIT系统．设计和采用了4种典型的激励模式和2种测量模式,并通过评价指标进行比较．结果显示,在理想条件下,几种模式的组合表现均可．考虑到既易于测量且成像质量高,推荐双层24电极EIT系统使用同层准对向驱动模式．     

电阻抗CT技术在人体上肢图象重建中的应用

人体实验是电阻抗ＣＴ技术应用于临床的重要研究课题之一。在研制了适用于人体上肢的环状无源３２－电极系统的基础之上,对不同受试者的上臂和前臂作了多组测试工作。文中给出了电阻抗ＣＴ逆问题计算的数学模型和人体实验的结果。结果表明：经过图象重建和处理后,基本符合人体上肢的解剖学特征,可以清晰地分辨出骨骼与肌肉组织。     

基于RBF网络和遗传算法的电阻抗图像重建算法

针对RBF网络的特性，提出一种实数编码的遗传算法，不仅可以同时确定网络参数（连接权、邹节点中心和宽度），而且解决了电阻抗图像重建问题，实验结果表明，用遗传算训练RBF神经网络再构图像较RBF网络使用Poggio学习规则的训练算法有明显改善。     

正交各向异性磁共振电阻抗成像问题的唯一性

利用电磁学的一系列基本定理和指标理论证明了在至少有两组互不平行输入电流的条件下,  电导率分布为正交各向异性的磁共振电阻抗成像(MREIT)问题的唯一性.     

基于偏微分方程去躁的磁共振电阻抗成像

介绍了医学成像技术中磁共振电阻抗成像(MREIT)的数学模型和调和Bz算法。为克服调和Bz算法的不适定性,提出了一种偏微分方程去躁方法对Bz的躁声数据进行去噪。结合截断奇异值分解(TSVD)正则化方法,给出了基于Mat-lab偏微分方程工具箱的磁共振电阻抗成像的数值算法。用两个数值模拟算例验证了算法的有效性。     

电阻抗层析成像系统"软场"非线性特性 --基于统计的方法

基于图方法与均匀设计方法，分析了电阻抗层析成像系统中的非线性特性．定义了非线性度。研究了圆域内两子区域的参数变化。采用正态图及半正态图方法分析了5因子2水平的情形，采用8因子6水平进行均匀设计，“最坏”情形的非线性度为-93．265％，并采用基于灵敏度矩阵的双共轭梯度法进行图像重建．结果表明，由于灵敏度矩阵法将各区域的电导率变化与测量电压变化存在的非线性关系线性化，忽略了EIT系统中由于“软场”性质引起的耦合效应，导致图像质量降低及迭代次数不确定；由于不同子区域间的耦合效应，尽管控制迭代次数可实现部分补偿，但基于灵敏度定理的迭代重建算法仍有其局限性，难于重建精确图像．     

脑水肿与脑出血的动态阻抗测量和阻抗成像基础研究

利用电阻抗成像技术,分别从一维阻抗测量、二维断层成像、三维立体成像等三个方面对颅内脑水肿、脑出血进行仿真研究,并对一维电阻抗成像进行了临床实验,同时还对电流的透颅效果进行了动物实验和仿真研究。研究结果表明：低频电流能够穿过颅骨;从一维颅表测量的电阻抗变化,可以反映颅内出血和水肿的动态过程;利用二维电阻抗断层成像可以反映颅内出血的变化情况;三维电阻抗重建图像对目标定位准确,可以分辨出多个成像目标。以上研究结果为脑水肿与脑出血的图像实时监护奠定了理论基础,积累了临床实践经验。     

水泥早龄水化电阻成像研究

利用电阻率成像技术(EIT),对水灰比为0.3、0.32、0.35水泥净浆,及掺氯化钙或硫酸锌的0.32水灰比浆体的前6 h水化过程进行监测,测得的EIT阻抗差分图像能较好反映水泥的水化进程。由EIT测得的阻抗-时间微分曲线可知,水泥净浆及掺硫酸锌的水泥浆体的早期水化可分为下降、稳定和上升三个阶段;掺氯化钙的水泥浆体则只有稳定和上升两个阶段。