[发明专利]一种基于阻抗频谱约束的动态多频电阻抗断层成像方法

说明书

本发明属于电阻抗断层成像领域，具体涉及一种基于阻抗频谱约束的动态多频电阻抗断层成像方法,步骤1：在成像区域内进行有限面元剖分，确定成像域内的组织种类数和每种组织的频谱，建立体积分数和边界电压的关系模型；步骤2：采用不同频率的激励电流对成像区域边界处进行激励，测量每个频率下不同时刻的边界电压数据；步骤3：根据步骤1得到的体积分数变化和边界电压变化的关系构造逆问题目标函数并求解，得到成像区域内体积分数变化值；步骤4：将体积分数变化转化为阻抗变化并利用色阶表示在成像区域内，得到阻抗变化图像。本发明从增加观测数据量的角度提供了一种改善逆问题病态性的新方案，进而提高了重构图像的空间分辨率和抗噪能力。

技术领域

本发明属于电阻抗断层成像领域，具体涉及一种基于阻抗频谱约束的动态多频电阻抗断层成像方法。

背景技术

电阻抗断层成像技术通过安装在物体表面的电极对物体有规律地施加激励电流，若物体内部存在阻抗变化，则会引起表面测量电极电压的变化。然后基于有限元分析建立正问题模型，得到边界电压变化同成像域内阻抗变化的对应关系，最后根据测量得到的边界电压变化结合相应重建算法可以获得物体内部阻抗变化图像。在实际应用中，病态性严重是目前各种成像方法面临的主要问题，病态性的实质是物体内部阻抗分布和表面测量电压之间存在非线性关系，且为了获得数值解，需要对这种非线性关系进行离散化处理，而离散化处理存在着一定的误差，这将导致实际测量电压即使存在一个很小的噪声都会导致内部重构阻抗的剧烈变化，这非常不利于我们实现临床上连续动态的EIT监测。

申请号为：CN105232044A，名称为《一种自构造背景帧的电阻抗断层成像方法》的专利提出利用动态成像对两帧测量数据求差来削弱噪声的影响以改善病态性，但是该方法测量的数据远远小于待求数据，无法从根源上改善病态性，图像的抗噪性能和空间分辨率较差。

申请号为：CN102894961A，名称为《一种多频电阻抗断层成像的谱成像方法》的专利提出利用多频信息来做独立成分分析，但是该方法重构的是内部电导率随频率的变化量Δδ并且是一个静态时刻下的频差成像，仍然无法从根源上改善病态性，还不利于对疾病的实时监测。

发明内容

针对现有技术中存在的无法从根本上改善病态性问题和图像质量差的问题，本发明提供了一种基于阻抗频谱约束的动态多频电阻抗断层成像方法，包括如下步骤：

步骤1：在成像区域内进行有限面元剖分，确定成像域内的组织种类数，获得每种组织的体积分数向量和阻抗频谱以及体积分数和阻抗的线性关系，建立体积分数和边界电压的关系模型；

步骤2：采用不同频率的激励电流对成像区域边界处进行激励，测量每个频率下不同时刻的边界电压数据，采用式(1)获得每个频率下的一组边界电压差数据：

Δυ_i(t)＝υ_i(t)-υ_i(1) (式1)，

其中，υ_i(t)表示激励频率为ω_i的不同时刻下的边界电压数据，i表示阻抗频谱内的第i个频率，i≤I且I为正整数，t≥2，υ_i(1)表示激励频率为ω_i的时刻1下边界电压数据；

步骤3：根据步骤1的体积分数和边界电压的关系模型构造逆问题目标函数，优化目标函数并利用逆问题方法得到体积分数变化的求解公式，将步骤2得到的多个频率的边界电压差数据输入求解公式，得到成像区域内体积分数变化值；

步骤4：将步骤3得到的成像区域内体积分数变化值代入步骤1中得到的体积分数和阻抗的线性关系，获得成像区域内的阻抗变化，将阻抗变化利用色阶表示在成像区域内，得到阻抗变化图像。

进一步的，步骤1包括如下子步骤：