电阻抗断层成像头模型系列及其实验研究

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2、证毕业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为第四军医大学。学校可以公布论文的全部或部分内容（含电子版，保密内容除外），可以采用影印，缩印或其他复制手段保存论文。学校有权允许论文被查阅和借阅，并在校园网上提供论文内容的浏览和下载服务。论文作者签名：导师签名：日期：第四军医大学硕士学位论文电阻抗断层成像头模型系列及其实验研究研究生：杨润楠导师：董秀珍教授第四军医大学生物医学工程系，西安710032中文摘要电阻抗断层成像(electricalimpedancetomography，EIT)是一种根据生物组织的电阻抗特性来形成人体内电阻抗

3、断层图的技术，与传统医学成像技术相比，首先它可以实现功能成像；其次不使用核素或射线，对人体无害，可以重复使用。目前这一新型技术受到国内外临床医学与生物医学界的广泛重视，成为研究的热点之一。在脑EIT成像研究中，由于脑组织受高电阻率的颅骨和低电阻率的脑脊液的包绕，头部电阻抗断层成像检测时电流从头皮分流，因此头部EIT信号提取的难度要远高于常规EIT。为研究颅骨等因素对头部EIT研究的影响，根据颅骨等的电导率分布制作颅骨模型并用于EIT研究。目前国内外研究头部EIT成像模型实验时用到的颅骨模型都是均匀电导率分布的模型，根据相关组织阻抗的基础测量中

4、发现颅骨不同位置的电导率不一致，含有板障层的厚颅骨电导率较不含板障层的薄颅骨电导率大，最大相差3-4倍的这一现状，本研究研制了新型的头部物理模型并进行了相关的系列实验研究工作，主要有：1)非均匀电导率颅骨EIT物理模型实验研究为研究颅骨电导率的非均匀性分布对EIT成像的影响，分别制作电导率2第四军医大学硕士学位论文均匀分布和非均匀分布的颅骨物理模型用于EIT模型实验，对比分析颅骨电导率非均匀分布对成像结果的影响。选用上海硬石膏作为制作均匀电导率颅骨模型的材料，选用上海硬石膏和贺利氏石膏作为制作非均匀电导率颅骨模型的两种不同材料。制作的非均匀电

5、导率物理模型为半球形，内径185mm，壁厚5mm，电导率较高部分和电导率较低部分的电导率分别为0.014s/m和0.0032s/m，面积之比为3：1；制作的均匀电导率物理模型与非均匀模型大小、形状一致，电导率为0.014s/m。分别用两种颅骨物理模型进行EIT目标成像，对比结果显示：相对于均匀电导率颅骨模型，在非均匀电导率模型内成像目标远离电导率较低一侧，且所在位置边界电压扰动量相对降低，因此说明颅骨模型的电导率非均匀分布对扰动目标成像定位有影响。2)高精度的半球形头部阻抗物理模型实验装置的制作和实验为进一步评价颅骨电阻率对EIT成像结果的影

6、响，特别是对模型中扰动位置的定位的精确性的影响，我们制作了高精度的半球形头部阻抗物理模型实验装置（新型头物理模型）。和原有的简单半球形头部阻抗物理模型实验装置（原有头物理模型）相比：新型头物理模型的滑动轴和旋转轴带有刻度标尺，使成像目标定位精度更精确，最小精确到1mm；新型头物理模型设计有支撑和固定颅骨物理模型的结构，可在实验过程中确保颅骨模型不会发生偏移。本实验应用新型头物理模型，在颅骨模型和脑模型电阻率五种比值的情况下对比EIT成像结果。对比结果表明，在成像目标定位精确到毫米级的情况下，存在颅骨模型相对于无颅骨模型来说，目标成像更加远离边

7、界；颅骨模型的电阻率越大，成像越模糊。3)脑出血时脑脊液代偿机制对EIT成像的模型仿真研究已知血液的电阻率低于脑实质，在课题组近期的EIT动物脑出血模型实验中，动物脑部出血后的EIT结果显示对应区域电阻抗升高，因此推测EIT结果是由于颅内出血使周围脑脊液重新分布，引起脑部电阻抗分布变化的综3第四军医大学硕士学位论文合结果。为验证这一推测，同时为探索脑脊液对脑EIT成像的影响规律，设计了颅内出血物理模型并进行了实验验证。通过三种圆柱形（直径分别为Ф8.5mm，Ф16mm，Ф26mm；高均为30mm）的扰动目标模拟出血点在脑脊液排开与未排开两种模

8、型中成像（其中脑脊液排开模型中脑脊液的体积变化为310cm），从0-1电极的边界电压变化量的比较可以看出，直径为8.5mm和16mm的扰动目标（出血点）的0-1电极