医学电阻抗成像算法研究

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1、一Q●第l章绪论念，并于1988年研制成功8电极电容层析成像系统。1990年该系统发展成为12电极并配备了高速并行处理网络(Transputer系列)，在线图象重建速率达40帧／秒，并能以100帧／秒的速率离线显示所存储的图像数据。多年来该研究小组投入了大量人力物力，对过程层析成像技术进行了全面的研究。英国Leeds大学Y．Dai等应用双截面ERT技术研究了三维气液两相流的气体相含率及速度场分布，其测量结果与管道内探针测量结果吻合。他们还采用线状电极对管道流体和矩形容器内固相沉淀过程进行了可视化研究【引。Leeds大学

2、PT研究小组研制的ERT系统也成功应用在垃圾循环处理、采矿工业工程和水力旋流器的设计中。芬兰Kuopio大学L．M．Heikkinen等先后采用4截面(64电极)和5截面(80电极)传感器进行了3维EIT多相流成像研究。他们采用并行数据采集系统，16电极测量时，系统成像速率为36帧／秒；采用3维80电极时，为15帧／秒[91。英国PTL公司开发研制的PTL．200、PTL．300等型号的ECT系统，可对内径为150mm--600mm之间的管道成像，速度最高可以超过200帧／秒。除欧洲外，近年来美国也开始了电学成像研究。

3、美国能源部Morgantown研究中心几乎与M．S．Beck的研究小组同时开发出了一种在线监测流化床中空隙率分布的16电极电容成像系统(CapacitanceImagingSystem，简称CIT)。美国LawrenceLivermore国家实验室应用电阻层析成像技术对核废料场进行监测，经过数年研究，为核废料储存场所的超长期、安全性计算机仿真模型的计算提供了依据。美国的杜邦公司采用已经商品化的电容层析成像系统对流化床的运行情况进行监测【lo．1¨。国内最早开展ET研究的单位是天津大学、清华大学等，并在ECT、ERT、超

4、声波CT等方面取得了一定的进展。刘石等通过将电容层析成像系统的电极转动一定角度以增加独立测量数据，经仿真证明其可提高成像质量。他们把电容层析成像技术应用于循环流化床内两相流浓度场的研究，并验证了ECT系统对流化床内泡状流、活塞流和循环流化的分辨力【坦】。另外，他们还利用ECT研究了热虹吸管内的液体薄膜l-31。1999年中科院工程热物理所与UMIST开展国际合作，在英国文化委员会的资助下完成了交流激励系统的成像软件并合作对系统进行了改进，使12电极传感系统的采集速度达到了140幅／秒，成为当时国际上用于实测的最快ECT

5、系统。1．3生物电阻抗成像技术的发展现状国外的EIT研究一直很活跃。每年都有新的研究进展和成果发表。三年一次的国际生物电阻抗会议(ICEBI)上，有关EIT的研究论文数占第一位。分布在世界各国的EIT研究小组已超过20个。其中，以英国Sheffield大学B．H．Brown一o，第1章绪论研究组和DeMontfort大学W．Wang研究组的工作最为突出。他们在八十年代就开始了这方面的研究，建立了初步的EIT成像系统并进行不断的改进。1995年该小组成员Smith等建立了最新动态EIT实时系统。系统采用16电极，成像速度

6、为25帧／秒。该系统已在英国皇家Hallamshire医院进行临床应用研究，其功能成像和图像监护的特点已被证明。在胃酸分泌、脑血流变化等方面，EIT成像得到了初步的结果。在形态学方面，得到肺、心脏、胃、大脑等不同部位的EIT成像。近几年，w．Wang小组在乳腺肿瘤早期检测方面进行了卓有成效的研究。此外，其它研究组，如美国的Newell小组以及英国的Holder小组也在心肺监护和脑功能的成像方面取得了很好的成绩【141。第四军医大学于1993年开始进行生物电阻抗成像技术研究，并构建了阻抗成像的实验系统生理盐水槽，运用Ne

7、wton-Raphson迭代重构算法，实现了4幅／秒图像重建速度【”l；重庆大学周守昌教授以及北京航空航天大学程吉宽、柳重堪教授领导课题组k分别于1989年及1992年开始进行EIT成像技术研究，他们的研究工作侧重于图象重建算法【№1。如周守昌教授提出的区域分割法的图像重建算法，程吉宽、柳重堪教授提出的拟Newton类算法、加权Newton-Raphson重建算法，其图像速度、质量均有一定提高和改善。1．4EIT成像算法的研究现状1．4．1EIT图像重建算法的研究概况如果硬件采集系统满足一定测量精度要求，那么有效的重建

8、算法对于输出高精度、高分辨率的EIT图像就至关重要。EIT图像重建算法是EIT技术发展历程中最为活跃的研究领域。从国内外文献报道看，EIT技术至今仍未真正应用于临床辅助诊断，一部分原因就是现有的EIT图像重建算法存在严重的不足，即重建图像的精度和空间分辨率较低，而且有些算法的稳定性较差。因此在重建算法研究方面还有许多工作需要做。目