生物电阻抗断层成像技术的研究进展论文

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1、生物电阻抗断层成像技术的研究进展论文摘要电阻抗断层成像是一种新的成像技术，在临床图象监护和功能成像方面有很好的应用前景（无创、简单、容易应用等）.作者在生物电阻抗断层成像的基本原理的基础上，介绍目前研究的进展并提出了研究中的关键问题.1生物电阻抗断层成像的基本原理电阻抗断层成像(electricalimpedancetomography，EIT)是根据人体内不同组织具有不同的电阻抗这一物理原理，通过给人体注入小的安全电流,测量体表的电位来重建人体内部的电阻抗分布图像，是医学成像技术的一个新方向.电阻抗断层成像系统由数据测量系统（D

2、ataMeasurementSystem,DMS）及图像重构软件两大部分组成.数据测量系统的作用就是在正弦激励下从体表测量中解调出反映体内阻抗分布的电信号，经A/D及数据处理后为阻抗图像重构算法提供高精度的数据.EIT系统的总体结构如Fig1所示.其中，激励源的作用是产生对人体安全的正弦激励并以一定的激励模式施加于激励电极上；测量系统的主要功能是从测量电极以一定测量模式获取正弦激励下的体表电信号.freel），有16个激励及测量电极，采用相邻电极5mAp-p51kHz恒流激励.该系统有51dB的信噪比，及每秒10幅图像数据获取速度

3、.1995年Smith等［13］在MarkI的基础上建立了第一个实时的供临床基础研究用的MarkⅡ系统，有16个电极，使用20kHz5mAp-p恒流激励，采用16通道并行测量、数字相敏检测（DigitalPhaseSensitivityDetector，DPSD）等技术，使成像速度达到25帧/s，测量电路CMRR＞60dB,SNR＞60dB，所测阻抗数据信噪比达到68dB，该系统用于人体胸腔得到了初步成像结果，并已用于临床基础研究.美国纽约RensselaerPolytechnicInstitute的Cook等于1988年建立了基

4、于物理模型的自适应电流激励成像系统（AdaptiveCurrentTomograph,ACT2)［14］.该系统采用32电极并行自适应电流15kHz激励，单通道电压测量，电流幅值及电压测量有12bit分辨率，30s获取一组测量数据.1991年Saulnier等在ACT2的基础上建立了32电极并行激励、并行测量、并行校正及补偿的高精度、高速度DMS（ACT3）［15］，激励频率30kHz，系统精度可达16bit，在此精度下获取一幅图像数据需133ms，若将测量精度降为13bit，则获取一幅图像数据只需2ms.该系统对一直径8mm的铜

5、摆进行动态连续成像（铜摆在盛盐水的直径30cm的容器中摆动），成像结果较好，能对铜摆在不同时相的位置定位，但铜摆图像模糊，且明显大于实际尺寸.美国adison大学的SaKamoto等1987年建立了基于物理模型的测量系统［16］.该系统采用16个条形电极、50kHz1mA(峰峰值)的恒流激励及模拟解调技术，测量最大误差3%，放大器CMRR＞80dB、输入阻抗大于1MΩ、噪声水平10μV(50kHz时）.该系统基于12cm×12cm的方形物理模型得到了初步成像结果.1991年Hua等,基于直径30cm圆柱形物理模型建立了32通道优化

6、电流激励测量系统［17］，采用32个外圈电流驱动、内部电压测量的不锈钢复合电极（Stainlesscurrent/voltagepoundelectrode)，激励频率50kHz，32通道激励电流在每次图像迭代重构后都重新计算及校正，以得到最优电流激励模式（OptimalCurrentPattern)，测量系统有12bit的幅值分辨率.该系统对位于模型中心、直径6cm的绝缘体等进行了成像，经10次迭代后得到了较清楚的图像.上面介绍了几个有代表性的电流驱动的测量系统，在电压驱动的DMS中，美国arkⅡ测量系统的基础上结合等位线反投影

7、图像重构算法，在英国皇家Hallamshire医院建立了第一个供临床基础研究用的动态EIT实时系统，用于人体肺、胃、大脑、食管等不同部位的成像，证明其具有功能成像的特点［21］.近三年来，电阻抗成像在二维和单频的基础上向三维［22］及多频［23］成像方面发展，也有学者从事感应电流（inducedcurrent）EIT的研究［24］.我国在EIT领域的研究起步较晚，重庆大学、中国医学科学院、第四军医大学有研究小组在进行电阻抗成像系统的研究，这方面的工作才刚刚起步，目前完整的EIT数据测量系统国内未见报道.几年来，该技术又有了许多新的

8、发展，出现了以人体三维阻抗分布为成像目标的三维EIT技术，以外围线圈激励的感应EIT以及多频激励测量进行复阻抗成像的多频EIT，这些研究都得到了初步的实验结果［25］.3EIT研究的关键及难点3.1信息的质量、数量问题3.1.1电场在体内的分布的研