[发明专利]基于电极采用交错位方式排列的三维电阻抗断层成像方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电阻抗断层成像方法，具体地说，是涉及一种基于电极采用交错位方式排列的三维电阻抗断层成像方法。

背景技术

电阻抗断层成像（Electrical impedance tomography，EIT）是一种无损无害的新型成像技术。EIT在待测体表面放置电极注入低频低功率电流，通过检测电极间的电压差来探测待测体内部的阻抗分布。由于不同生物组织的阻抗特性不同，利用EIT技术对其进行检测，可以在结构上和功能上反应各生物组织的生理特性。与CT、MRI等核医学成像技术相比，EIT具有无损无害、成本低、体积小、对早期癌灶敏感等优点，但EIT的成像精度相对不高。由于EIT的数据采集和成像速度较高，可用于对患者进行长时间的实时、动态监测，故具有广泛的医学应用前景。

EIT技术最早于1984年起开展实验室及临床医学应用，经过近三十年的发展，在硬件和软件上都取得了丰富的研究成果。EIT成像是一个严重病态的逆问题求解过程，重构成像大致可分为三类：逆投影法、迭代法、一步线性法。早期的EIT成像系统大多采用了逆投影法，该方法的成像速度快，但成像质量不高。迭代法通过对阻抗分布的预估及反复修正来求解，精度较高，但成像速度较慢，不适宜实时监测，且对噪声敏感。以高斯-牛顿法以及其改进算法为典型代表的一步线性法，其成像速度极快，抗干扰能力强，适用于在线动态监测，得到了广泛的关注及应用。

EIT成像从结构空间上可分为二维成像和三维成像两类。二维像是目标从三维空间到二维空间的投影，由于进行了简化处理，成像算法相对容易，计算量小，成像速度快，但丢失了目标的三维位置信息，难以全面反映目标的真实结构。三维像则可以弥补二维像的不足，能真实反应目标的三维外形及空间位置，但三维像的重构质量不高，且计算量大，对矩阵的求逆难度更大。

因此，如何提高对目标的检测灵敏度，并提高三维像的重构质量，便成为一道急需解决的难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于电极采用交错位方式排列的三维电阻抗断层成像方法，主要解决现有的EIT对目标的检测灵敏度不高、三维像重构质量低、矩阵求逆难度大的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

基于电极采用交错位方式排列的三维电阻抗断层成像方法，包括以下步骤：

（1）在三维图像的待测体表面放置电极，且该电极采用交错位的方式在三维图像的待测体表面上进行排列；

（2）通过三维图像的待测体得到对应的有限元模型，并利用所述电极对该有限元模型进行数据采集，根据采集到的数据计算差分电压信号y_i=v_i-v₀，其中，v_i为当前时刻的电压信号，v₀为参考信号；

（3）计算三维图像的待测体的电导率变化近似值其中，P=R^-1，R为先验条件，J为电导率敏感度矩阵，T为J的转置，λ为正则化参数，V=W^-1,W为反映通道噪声情况矩阵，y则为步骤（2）中根据采集到的数据而计算出的差分电压信号；

（4）计算所得的在有限元模型中进行显示，其显示出来的图像即为三维图形的待测体的实时差分图像。

进一步地，所述电极的激励电流以交错方式注入到有限元模型并对该有限元模型进行数据采集。

再进一步地，通过对三维图像的待测体进行网格剖分得到有限元模型。

具体地说，采用四面体网格对三维图像的待测体进行剖分。

更进一步地，步骤（3）包括以下步骤：

（3a）根据有限元模型计算电导率敏感度矩阵用以表示在参考电导率分布为σ₀时，第i次测量值y_i对第j个网格电导率x_j的偏导数，其中，i，j为矩阵元素的位置坐标；