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基于快速牛顿一步误差重构的电阻抗成像算法和实验研究

生物电阻抗是反映生物组织、器官、细胞或整个生物机体电学性质的物理量。生物电阻抗技术是利用生物组织与器官的电特性及其变化提取与人体生理、病理状况相关的生物医学信息的一种无损伤检测技术,具有快速、简捷、成本低廉、安全等特点。本论文在分析、研究国内外有关电阻抗成像重建算法及其研究状况的基础上,研究实现了一种实用、快速、具有一定分辨率的电阻抗成像算法——快速牛顿一步误差重构(FNOSER)动态算法,对成像算法进行了大量的实验研究和数据分析,对成像系统所采用的硬件测量装置的性能进行了研究。本文主要工作如下: (1)研究了目前常用的相邻、相对、交叉等驱动模式。利用开发的电阻抗仿真软件,在有限元模型中所有单元电导率为1 均匀背景下,比较了相邻、相对、交叉驱动模式下的数据和曲线。从三种驱动模式存在着共性出发,提出了统一驱动模式和驱动角的概念。数据分析表明在相同的硬件测量装置下,驱动角在不断加大的过程中数据测量的稳定性不断提高。(2)基于牛顿法的  (本文共149页) 本文目录 | 阅读全文>>

上海大学
上海大学

医学电阻抗成像研究

电阻抗成像(Electrical Impedance Tomography-EIT)是根据生物体内不同组织以及组织在不同功能状态下具有不同电阻抗的原理,通过在生物体表面注入安全电流(电压),测量表面电压(电流),重建生物体内部的电阻抗分布,从而反映体内结构及组织器官功能的新颖医学成像技术。由于电阻抗成像是一种功能成像,而且对人体无害、使用方便且设备低廉,成为近来医学研究热点。EIT图像重建是一个严重病态的非线性逆问题,克服EIT图像的病态性是EIT技术的关键和难点,也是本课题的研究重点。本文主要由三个部分组成:首先,简述EIT成像原理和数理模型,深入分析了重建图像的病态性;其次,从有限元剖分模型和成像算法两个方面着手研究,提出有效遏制图像重建过程病态性的方法;最后简要介绍本课题组设计研制的基于32电极的EIT成像系统,其中本人负责计算机与数据采集系统之间的接口设计以及成像算法的实现。论文的主要成果包括:一、基于小波分析的有限元网...  (本文共107页) 本文目录 | 阅读全文>>

《中国生物医学工程学报》2008年05期
中国生物医学工程学报

开放式电阻抗成像基本原理和仿真实验研究

引言电阻抗成像(electrical impedance tomography,EIT)技术作为一种新兴的成像技术,与CT、超声等传统医学成像技术相比,具有设备简单、成本低廉、功能性成像、无创、无辐射损伤等鲜明的特点[1-2]。EIT技术的研究已经走过了约30年的历程,取得了一定的研究成果;但是从总体来看,此项技术尚处于实验室研究阶段,仅有少量的临床应用研究,基于EIT技术的医疗器械产品更是屈指可数。从文献的报道来看,基于电阻抗扫描(electrical impedancescanning,EIS)原理的乳腺肿瘤检测设备得到了一定的临床应用,其中包括以色列的TS2000系统[3]和国内由第四军医大学生物医学工程系与上海英迈吉东影图像设备有限公司共同研制的Angelplan-EIS1000电阻抗乳腺诊断仪[4]。俄罗斯科学院无线电与电子学研究所的EIT研究小组也开发了用于乳腺肿瘤检测的3-D EIT系统[5],在此基础上俄罗斯PK...  (本文共7页) 阅读全文>>

河北工业大学
河北工业大学

基于广义有限元法的肺部电阻抗成像研究

电阻抗成像(Electrical impedance tomography,EIT)是一种具有无辐射无损伤、图像监护和功能成像三大突出优势的医学成像技术,能够提供与人体组织生理或病理变化相关的重要信息。肺部电阻抗成像较适合于重症监护中呼吸衰竭患者肺部通气情况的实时监测,可对机械通气中潜在的肺泡过度膨胀、肺萎陷、肺水肿或肺气肿等风险进行预警,并为通气策略的制定和参数优化提供依据,避免肺部机械通气损伤。应用EIT技术有助于实时监测肺通气功能,为相关肺部疾病的预防、诊断和治疗赢得宝贵时间。本论文受到国家自然科学基金等项目的资助,主要完成的工作如下:1、提出将广义有限元法(Generalized Finite Element Method,GFEM)应用于电阻抗成像的正问题计算方法,解决了传统有限元法EIT正问题计算精度不够高的问题,基于GFEM建立了2D和3D肺部数值模型,完成了正问题数值仿真,有效地提高了求解精度。2、研究了场域变形...  (本文共132页) 本文目录 | 阅读全文>>

天津工业大学
天津工业大学

人体胸部电阻抗成像建模方法研究

肺损伤是一种常见的胸部外科疾病,其内外致病因素有严重感染、创伤、休克、吸入有害气体、中毒等。轻者会发生肺水肿、肺不张等症状,延长患者术后监护及住院时间,重者则导致急性呼吸窘迫综合症(Acute respiratory distress syndrome,ARDS)乃至急性呼吸衰竭,其病死率高达50%~70%。肺部疾病严重威胁着人类健康。因此,对肺部功能状态的实时监测具有重要意义。胸部电阻抗成像(Electrical impedance tomography,EIT)技术是一种无损功能成像技术,具有无创、安全、实时成像等优点,对肺损伤早期诊断和治疗具有重要意义。目前,国内外对于胸部电阻抗成像的研究多基于圆形、椭圆形、或用近似人体胸部形状建立统一模型。但是由于胸部轮廓具有特异性,用统一模型会引入测量误差进而引入成像误差。此外,目前胸部肺损伤电阻抗成像多采用二维图像重建,对轻度肺损伤的检测精度有限。针对上述问题,本课题围绕肺损伤电阻抗...  (本文共75页) 本文目录 | 阅读全文>>

天津工业大学
天津工业大学

基于压缩感知和结构化稀疏先验信息的电阻抗成像方法研究

在过去几十年,电阻抗层析成像(Electrical Impedance Tomography,EIT)技术作为一种无创可视化测量技术得到快速发展。EIT成像技术具有轻便,安全廉价,非侵入性以及测量快速性等优点,在生物医学成像和工业过程成像等领域具有广泛的应用前景。由于EIT图像重建问题具有欠定性、病态性,所以通过有效的图像重建算法,减轻EIT重建矩阵的病态程度,提高重建计算的精度和稳定性,并在保证重建时间的条件下增强图像的分辨能力,成为当前亟待解决的问题。迭代方法是目前应用于EIT图像重建的一种重要的方法,但目前的迭代方法,如代数重建技术(Algebraic Reconstruction Technique,ART),需要较多迭代次数满足成像要求,导致算法收敛速度较低。为克服迭代方法收敛速度低的缺点,本文创新性地使用了 Symkaczmarz迭代算法作为一种电阻抗成像新方法进行EIT成像。Symkaczmarz算法可以通过优化投...  (本文共71页) 本文目录 | 阅读全文>>