[发明专利]一种用于检测人体肺部肿瘤的电阻抗层析成像方法

权利要求书

1.一种用于检测人体肺部肿瘤的电阻抗层析成像方法，其特征在于重建过程如下：

步骤一：用螺旋CT扫描仪对人体胸部进行CT扫描，获得高精度人体胸腔CT扫描图像，对胸腔形状的数据进行分析处理，结合人体正常胸腔的电阻抗信息，在计算机上完成人体胸腔模型的构建；

步骤二：让待检查人员坐立于凳子上，上半身垂直于地面，以该人员两乳头连线中点为起点，在与地面平行的平面上将16个电极依次等间距地贴在人体皮肤表面，16个电极围绕人体一周均匀分布，16电极环绕的人体内部胸腔为测量场域，采用相邻模式对电极对进行电流激励和电压测量，以呼气末作为参考点，在该人员一次吸气结束时，获得第一时刻的边界电压测量矩阵V₁；在下一次呼气结束时，获得第二时刻的边界电压测量矩阵V₂，V₁-V₂即为成像所需的边界电压测量矩阵V；

步骤三：计算灵敏度矩阵S，根据步骤一中构建的人体胸腔模型和步骤二中电流激励的大小，结合灵敏度理论计算出灵敏度矩阵S，灵敏度矩阵中的元素称为灵敏度系数，灵敏度系数的计算公式如下：

式中，S_mn是位于灵敏度矩阵S的第m行n列的灵敏度系数，m是边界电压测量数，n是重建单元的像素数量；是第i个电极对中激励电流为I_i的情况下测量场域内第n个像素的电势，是第j个电极对中激励电流为I_j的情况下测量场域内第n个像素的电势；

步骤四：第一阶段灰度值矩阵的计算：

式中，是数据保真项；λ是权衡参数，γ₀和γ₁分别是用来平衡一阶导数项和二阶导数项||ε(v)||₁的一阶参数和二阶参数；表示灰度值矩阵g的梯度；v是场域变量，ε(v)是对称梯度算子，上标T表示转置；

为了求解将式(1)写成对偶形式：

式中，p,q是对偶变量，P、Q分别是它们相对应的凸集；

式(2)中极小化问题的求解步骤如下：

1.设置参数初始值：其中，f是辅助变量，是v的优化变量，是第一对偶优化变量，g⁰是g的初始值，第一投影参数和第二投影参数分别为τ和σ，τ＝1/L，σ＝1/L，其中L为正常数，K表示迭代次数，K的初始值为0，K_max为最大迭代次数，上标K或K+1表示各个参数的第K次或第K+1次迭代；

2.更新对偶变量p：

3.更新对偶变量q：

4.更新灵敏度矩阵S：S＝SW；

其中

W＝diag(w_k,k)

式中，W是自适应对角矩阵；w_k,k是自适应因子(1≤k≤n)，其具体表达式为：

式中，w是标准参数，exp表示以自然常数e为底的指数函数；

5.更新辅助变量f：

6.令g_old＝g^K；

7.更新灰度值矩阵g：其中，div表示散度；

8.更新v：v^K+1＝v^K+τ(p^K+1+divε(v^K)q^K+1)；

9.令v_old＝v^K；

10.求解第一阶段灰度值矩阵

11.更新v的优化变量

12.K＝K+1；

13.当K＝K_max，结束迭代过程，得到即若KK_max，返回执行2；

步骤五：用所提出的函数对进行进一步处理，得到第二阶段灰度值矩阵的具体形式为：

式中，μ是大于0的阈值；表示0和中的最大值，表示0和中的最大值，的值即为第二阶段灰度值矩阵的值，即

步骤六：用所得到的第二阶段灰度值矩阵进行成像，得出人体肺部检测图像。