徐管鑫[1]2004年在《电阻抗成像技术理论及应用研究》文中研究表明电阻抗成像技术(Electrical Impedance Tomography,EIT)是当今生物医学工程学重大研究课题之一，它是继形态、结构成像之后，于最近二十年才出现的新一代无损伤成像技术。电阻抗成像技术通过配置于人体体表的电极阵列，提取与人体生理、病理状态相关的组织或器官的电特性信息，不但反映了解剖学结构，更重要的是可望给出功能性图像结果，这是X-CT、核磁共振等其它成像技术欠缺的。电阻抗成像技术不使用核素或射线、对人体无害、可以多次测量、重复使用，可以成为对病人进行长期、连续监护而不给病人造成损伤或带来不适的医院监护设备，加之其成本低廉，不要求特殊的工作环境等，因而是一种理想的、具有诱人应用前景的无损伤医学成像技术和图像监护技术。 论文以电阻抗成像技术为主要目标开展基础应用研究，研究实现一种实用、快速、具有一定分辨率的电阻抗成像算法，以为临床提供一种能进行连续监护、相对廉价的图像监护设备打下技术理论基础。论文在分析、研究国内外有关电阻抗成像重建算法及其研究状况的基础上，对电阻抗成像正问题、动态、静态电阻抗成像、叁维电阻抗成像以及电阻抗成像技术在医学图像监护中的应用等方面进行了大量的仿真、实验研究。 在电阻抗成像正问题研究中，研究了场域内电导率变化位置、大小对边界电位的影响。基于电阻抗成像正问题研究结果，参与了无创脑血肿、水肿动态监护仪的研制，该仪器可以对脑血肿、水肿患者进行实时监护。目前该仪器已分别在重庆医科大学附一院和第叁军医大学大坪医院获得应用，并已获得中华人民共和国国家知识产权局发明专利、实用新型专利、外观设计专利等五项专利权、《医疗器械注册证》[渝药管械(试)字2002第2040059号]、《医疗器械生产企业许可证》[渝药管械生产许可第20030081号]。 在动态电阻抗成像技术研究中，从X-CT的基本原理阐述了等位线反投影算法的原理，并从灵敏度、注入电流方式、电极数、模型单元数、抗噪声等方面对等位线反投影算法进行了系统深入的研究，给出一种性能相对较优的权系数W的计算公式。在静态电阻抗成像技术研究中，基于NOSER算法思想提出一步牛顿法，并对该方法的实现过程及其图像重建性能进行了详细的研究，给出了牛顿迭代法中场域电导率初值的快速确定方法。 在颅内血肿动态监护仿真研究中，基于CT切片建立了人体头部几何模型，并基于该模型对脑血肿病例颅内出血过程进行了动态实时监测的仿真研究。 基于论文理论研究结果，研制出16电极实时电阻抗成像系统实验平台(样机、重庆大学博士学位论文成像系统软件)，并在盛有盐水的水槽上进行实验，实验表明该成像系统对目标定位准确、成像速度较快(4秒一幅图像)、具有较高的分辨率。还在人体胸腔上进行了实时电阻抗成像，重建的图像完全能够分辨出人体胸腔中的左、右肺和心脏，但图像分辨率还不够理想，有待进一步提高。在利用国外人体实测数据的图像重建研究表明，重建图像能够分辨出胸腔(心脏、左右肺)及小腿的生理结构特征，重建算法是有效的，具有一定的临床参考价值。论文还对水槽实验和人体实验的测量数据进行分析，分析结果表明从测量数据的变化情况可以反映水槽内部物体的相对大小及位置，本论文的硬件测量系统具有较好的稳定性，其精度基本能满足水槽实验，但要实现人体阻抗成像，需要提高测量系统的精度和速度; 在叁维电阻抗成像技术研究中，基于叁维圆柱体有限元模型，将等位线反投影法成功推广应用于叁维电阻抗成像上，提出等位面反投影法。该方法重建的图像定位准确，从重建图像可以分辨出成像目标个数，而且成像速快，通过对B矩阵的预处理，成像速度可达到20幅/秒，该速度下完全可以做到实时动态成像。 最后对论文的研究工作进行了总结，给出了所完成的主要研究工作及取得的成果，指出了目前存在的问题，提出了一些不足之处及对本课题今后的研究展望。关键词:电阻抗成像，图像监护，等位线反投影，一步牛顿法，叁维
徐管鑫, 何为[2]2004年在《叁维颅内血肿动态成像》文中研究说明基于电流场“异物扰动”成像方法,在叁维球模型上对颅内血肿动态成像进行了仿真研究。研究了颅内血肿体积大小的改变对头颅表面电位改变的规律,还研究了导电性能差的颅骨的存在对头颅表面电位改变规律的影响。研究结果表明:从头颅表面两个不同的位置注入电流后,从头颅表面电位的变化规律可以反映出颅内血肿体积大小的改变情况,而且电流可以穿透颅骨。这将有助于医务人员根据头颅表面边界电位的变化情况来推测颅内血肿的变化情况。
徐管鑫[3]2001年在《叁维颅内血肿动态成像方法研究》文中认为本论文基于一种新的电阻抗成像方法——电流场“异物扰动”成像方法，对颅内血肿动态成像方法进行仿真研究。 本文第一章主要讲述了国内外关于电阻抗断层成像研究的现状和本课题研究的意义等内容。 第二章论述了如何应用边界元数值计算方法求解叁维均匀场域，并用Visual C++语言编制了相应的计算程序。该程序应用于一个容易找到解析解的同心球模型加以验证分析，得到的结果有较高的精度，从而为后面工作的开展奠定了基础。 第叁章首先分别在二维圆形场域、叁维球形模型上对颅内血肿动态成家方法进行了大量的仿真计算，研究了颅内血肿(水肿)体积、位置的变化对边界电位的影响及其规律；然后研究了颅骨存在对边界电位的影响；最后还研究了电阻抗成像中的叁维效应。 第四章进行了颅内血肿动态成像的模拟实验，研制了20路数据采集系统，并对前面的部分仿真计算结果进行了模拟实验，得出了与仿真计算相同的结论，从而从实验上对前面仿真计算部分结论进行了验证。 第五章主要描述了等值线和色彩图绘制算法的实现，阐述了数据可视化的意义，并编制了叁维数据场可视化软件。 本文最后对前面的研究工作进行了总结，给出了作者所完成的主要研究工作及取得的成果，指出了目前存在的问题，提出了一些不足之处及对本课题今后的研究展望。
徐管鑫, 何为[4]2003年在《叁维颅内血肿动态成像仿真研究》文中提出本文基于电流场“异物扰动”成像方法,在叁维球模型上对颅内血肿动态成像进行了仿真研究。研究了颅内血肿体积大小的改变对头颅表面电位改变的规律,还研究了导电性能差的颅骨的存在对头颅表面电位改变规律的影响。研究结果表明：从头颅表面两个不同的位置注入电流后,从头颅表面电位的变化规律可以反映出颅内血肿体积大小的改变情况,而且电流可以穿透颅骨。这将有助于医务人员根据头颅表面边界电位的变化情况来推测颅内血肿的变化情况,对实现颅内血肿无创监测有着重要意义。
何为, 徐管鑫, 王平[5]2004年在《脑水肿与脑出血的动态阻抗测量和阻抗成像基础研究》文中提出利用电阻抗成像技术 ,分别从一维阻抗测量、二维断层成像、叁维立体成像等叁个方面对颅内脑水肿、脑出血进行仿真研究 ,并对一维电阻抗成像进行了临床实验 ,同时还对电流的透颅效果进行了动物实验和仿真研究。研究结果表明 :低频电流能够穿过颅骨 ;从一维颅表测量的电阻抗变化 ,可以反映颅内出血和水肿的动态过程 ;利用二维电阻抗断层成像可以反映颅内出血的变化情况 ;叁维电阻抗重建图像对目标定位准确 ,可以分辨出多个成像目标。以上研究结果为脑水肿与脑出血的图像实时监护奠定了理论基础 ,积累了临床实践经验。
陈荣庆[6]2018年在《电极稀疏化颅脑电阻抗动态成像算法研究》文中研究指明急性颅脑损伤是以颅内出血或者缺血损伤为主要临床表现的一类脑部疾病,具有发病急、病程变化复杂迅速、病情凶险等特点。在临床上,创伤和脑卒中均会造成急性颅脑损伤。实时动态监测并早期发现颅脑损伤变化是临床中实施及时、准确救治的重要前提,也是挽救颅脑损伤患者生命并改善其预后生存质量的关键。而现有CT、MRI等医学影像技术时间分辨率低,无法对颅脑损伤进行动态成像监测。因此,急需一种时间分辨率较高的动态成像监测技术。电阻抗成像技术(Electrical Impedance Tomography,EIT)利用人体组织在不同生理、病理状态下具有不同的电阻抗的原理,以成像的方式表达出与人体组织生理、病理相关的电阻抗及其变化的分布,具有便携,快速,功能成像等优点,有望成为颅脑损伤检测与动态成像监测新的有效手段。目前主要EIT研究采用的电极系统多为16电极以上,然而在诸如颅脑损伤患者的院前急救、颅脑战创伤救治等特殊应用场合,电极粘贴将会耗费大量时间,需要减少电极数量以达到提高系统操作效率、实现设备可穿戴化的目的。然而,减少电极数目后,成像算法的目标识别能力面临较大挑战,如何在电极稀疏化的同时尽可能确保动态图像对颅脑损伤变化的表征能力,是EIT系统实现电极稀疏化面临的关键问题。EIT系统电极稀疏化后对成像的主要挑战集中在两个方面:一是EIT系统可能会因电极稀疏化而造成其对内部扰动目标的分辨能力下降;二是电极稀疏化对图像重建质量造成的影响,主要表现为重构图像伪影较多,从而影响扰动目标识别。针对上述电极稀疏化EIT研究中存在的问题,本文基于对电极稀疏化过程中EIT系统分辨能力变化的量化分析,提出电极稀疏化的颅脑电阻抗动态成像算法,主要工作内容及结果包括:1.电极稀疏化过程中EIT系统对待测物体内部扰动目标分辨能力变化的量化分析:建立了叁维真实颅脑仿真模型用于定量研究电极稀疏化过程中EIT系统对颅内电阻抗扰动目标的分辨能力变化。研究结果表明,电极稀疏化过程中,EIT系统分辨能力在电极数目少于8电极时迅速下降,仅能保留至多原16电极系统20%的分辨能力,电极数目不少于8电极时,分辨能力至少能保留50%以上;2.稀疏电极颅脑电阻抗动态成像算法的研究:主要基于训练目标方法求解最优重构矩阵和子域加权方法对成像算法进行优化。在重构矩阵求解中,使用训练目标法计算最优重构矩阵,在预成像后判断阻抗变化最有可能发生的区域,并在此区域使用子域加权方法,突出目标,减少伪影,增强EIT重构图像的质量,最终形成电极稀疏化的基于预成像的子域加权优化算法的基本框架;3.电极稀疏化的基于预成像的子域加权优化算法有效性的实验验证:构建颅脑EIT算法性能测试平台,包括基于真实人脑阻抗分布稀疏电极的叁维仿真模型和物理模型,EIT成像软件以及重构图像质量评价指标,对电极稀疏化的基于预成像的子域加权优化算法进行综合比较与评价。结果表明,针对电极稀疏化进行颅脑电阻抗动态成像算法优化后,相比于直接套用原有的16电极动态成像算法,重构图像误差减少了约41.3%,重构图像质量得到较大的改善。本文针对颅脑动态EIT成像中电极稀疏化面临的挑战,开展了研究,初步实现了以下创新:1.定量计算EIT系统对待测物体内部扰动目标的分辨能力,并深入分析了电极稀疏化过程中EIT系统分辨能力的变化;2.提出并实现了一种稀疏电极颅脑电阻抗动态成像优化算法,经过物理模型实验验证,改善了电极稀疏化后重构图像的质量。本文针对稀疏电极颅脑动态电阻抗成像开展的探索,将为推动电阻抗成像在颅脑损伤患者院前急救、颅脑战创伤救治等特殊领域应用,以及电阻抗成像设备的可穿戴化研究,提供重要的理论与实验基础。
蒋宇皓[7]2016年在《基于微波技术的大脑介电常数和导电性检测方法的研究》文中研究指明在神经内、外科,脑血肿和脑水肿都是很常见的危重病情,如果治疗不及时,都可能给病患造成严重的后果。目前,常规推荐用于大脑检测的方法,有CT、核磁共振成像等,都具有成像分辨率高等特点。但是这些方法都无法获取脑血肿和脑水肿的动态变化信息,且需要昂贵的检测设备、非常专业的操作人员、大量的时间,甚至还需要将病人移动到放射室,这会造成病患的不适和潜在的风险。因此临床需要一种新的无创、成本低廉、操作简便、设备可携带化、以及可安置在救护车上进行提前检测和临床实时监测的检测方法。目前,大脑无创检测的研究领域中,主要方法有近红外光谱技术、电阻抗断层成像技术和微波成像技术。但是近红外光谱技术的缺点是穿透深度不够,很难到达大脑深处;电阻抗断层成像的电流受到头骨的影响,造成其成像的精确度不够高;因为微波在大脑内部会发生非常复杂的散射和反射,所以在检测穿透大脑的微波信号时,需要数量较大且灵敏度高的天线阵列,另外复杂的重构算法,和较长的计算时间,都阻碍了微波断层成像技术的发展。上述的缺陷导致了这些技术研究多年始终未能应用在临床上。虽然微波断层成像受限于算法、计算能力等的缺点,但是微波具有高的频率分辨率、高敏感度和高精确度等特点,且基于微波的检测技术能够评估大脑的介电常数和导电率。大量研究表明,脑出血的血块的介电常数比大脑正常组织的介电常数大很多,脑水肿的病变部位的导电率和大脑组织的导电率也具有明显的差异,这对微波检测技术检测脑血肿和脑水肿提供了理论依据。另外,介电常数和导电率也能够反应重要的颅内生理病理信息,所以对这两个参数的检测,也是为临床提供了一个全新的视角来观察大脑疾病。所以研究检测大脑介电常数和导电率的检测方法具有重大的研究意义。鉴于微波检测技术的缺点和优势,本文在国家自然基金重点项目(批准号:11532004)的支持下,研究一种新的基于微波技术的大脑检测方法。该方法将大脑视为一个整体而进行检测,避免了复杂的重构算法和需要消耗大量运算时间,充分发挥微波技术的高敏感度和高精确度的特点。本研究的研究步骤如下:(1)设计同轴线耦合圆柱型波导的传感器,大尺寸的圆柱型波导能将大脑罩住,微波进入大脑后的散射和反射信号都能够被波导全部接收,提高了检测结果的精确度。(2)利用软件HFSS进行电磁场有限元仿真,利用仿真结果定性的观察该检测方法是否具有检测大脑介电常数的可行性;优化检测传感器中同轴线内径的尺寸和形状,使微波传感器能够达到最佳工作状态;根据仿真结果的电磁场的分布,为后续的理论公式的推导指明方向。(3)为了能够准确、方便、有效的对检测装置进行评估,通过3d打印技术,研制出能够模拟脑水肿和脑血肿的介电特性的物理模型。(4)基于本文提出的检测装置,对介电常数计算公式进行理论推导,并通过本文提出的检测装置对3d脑血肿物理模型进行实验检测,通过对比检测结果和理论值,评估本文提出的检测装置和方法对介电常数检测的灵敏度和精确度。(5)对导电率的计算公式进行理论推导,并对3d脑水肿物理模型进行实验检测,对比检测结果和理论值,进而评估该检测装置和方法对导电率检测的灵敏度和精确度。本文主要成果如下:(1)提出一种新型的微波传感器,用于检测大脑的介电特性。在当前的科研和临床中,利用微波检测整体组织的介电常数的方法主要是透射法和反射法,但是透射法只能根据检测得到的幅值和相位对被测样本进行定性分析,无法得到准确的介电常数和导电率的值;而反射法的检测范围较小,只能检测局部组织的介电参数,无法全面的评估大脑的情况。本检测传感器由同轴线和圆柱型波导组成,微波信号的发生、检测和显示部分采用矢量网络分析仪。在圆柱型波导和大脑之间采用一种匹配介质填充,用以减少微波在大脑和空气的交界面上的反射。微波从同轴线耦合进入圆柱型波导,然后通过研究波导内部的电磁场和人体大脑的相互影响以评估大脑的介电常数和导电率。根据软件hfss的有限元仿真结果确定了同轴线内导体的形态和尺寸,使其达到最佳工作状态。(2)提出一种新的基于3d打印技术的模拟脑水肿、脑血肿的介电特性的物理模型。目前用于电磁波研究的物理模型都是单层单一材料模型,无法有效地模拟出大脑组织复杂的结构形态。而采用相同大脑尺寸的动物模型具有成本高、制作难度大、难以精确控制模型介电参数等缺点。本文采用的基于3d打印技术的模拟大脑的介电性能的物理模型,能够模拟大脑多层结构、非均匀电介质的特点,且能够模拟出大脑灰质、白质和病变部位的结构形态、介电常数和导电率等参数。该物理模型具有制作方便、成本低,能够精确控制各项参数和结构形态的特点,能应用于各种研究大脑介电参数的领域。本研究采用这种物理模型进行检测实验,并对检测装置和方法进行评估。(3)提出与该检测装置相匹配的计算介电常数的两种方法。方法一,在频域上,从幅值对应频率的s11波形图上,可以观察到随着脑血肿血块的增大,即大脑介电常数也变大,检测得到的共振频率则向左偏移。结合电磁学波导理论和边界条件,推导出根据共振频率计算相对介电常数的理论公式。方法二,在时域上,检测得到的幅值对应时间的s21波形图上,两个波峰之间相距的长短可以理解为波群在圆柱型波导内传播固定距离所需要的时间。当大脑介电常数发生改变时,前两个峰值相距的时间长短也随着改变,即微波在波导内传播的时间发生改变,进而可以求得波群在波导内的传播速度。结合波群在圆柱型波导内传播速度的理论,推导出大脑相对介电常数与波群在波导内速度的关系。(4)提出与该检测装置相匹配的计算导电率的两种方法。方法一,随着脑水肿程度的加深,导电率增大,波导内电阻抗所造成的损耗也会增大。从检测得到幅值对应频率的S21波形图上,可以观察到随着导电率的增大,共振波峰的幅值会变小,波峰从尖锐逐渐变得平滑。结合共振腔品质因数的计算方法,推导出根据有载品质因数计算被测大脑导电率的理论公式。方法二,在时域上的幅值对应时间的S21波形图上,也可以观察到微波在波导内传播同样的距离幅值损耗会增大,进而可以推导出微波传播固定距离的损耗与导电率的理论关系。最后,利用本文提出的检测装置和方法对脑血肿、脑水肿物理模型进行检测,对比实验检测结果与真实值,可以发现根据实验结果计算的介电常数和导电率与对应的真实值能够吻合,验证了理论公式的正确性。对比结果还表明,本文提出的大脑介电常数和导电率的检测方法具有很高的准确性,特别是在利用频域下的理论计算公式检测介电常数的误差小于0.645%,利用时域下的理论计算方法监测大脑导电率的变化量时,其最大误差为1.821%。本文提出的微波传感器对于大脑物理模型中介电常数和导电率的变化也非常敏感,本研究实验中该检测装置成功检测到血肿体积1毫升变化。理论上,因为微波相关仪器对频率具有非常高的分辨率,所以该检测装置还有潜力达到更高的检测精度和灵敏度。综上所述,本文提出一种具有高灵敏度和高精确度的,能够评估大脑介电常数和导电率的检测装置和方法,该检测装置和方法有潜力应用在临床进行持续性监测和在救护车上进行提前检测,对加强临床护理质量和提高治疗效果有着重要的意义。
赵璐璐[8]2013年在《颅脑阻抗特性叁维建模及磁感应成像仿真研究》文中研究说明磁感应断层成像技术（MIT）是通过生物阻抗测量和成像的一种新型无创的成像技术。MIT具有两个特点，其一是该技术的磁场激励模式，能够轻易穿透颅骨；其二是该成像方法对成像区域的中心敏感度较强，鉴于这两个特点，MIT在颅脑疾病的检测方面具有明显的优势，尤其是脑血肿与脑水肿的临床实时监护。本文基于头部及颅脑的解剖结构和MIT基础理论，构建了叁维真实颅脑模型，并将该颅脑模型用于MIT系统仿真研究中。对MIT技术应用于颅脑时各方面条件做了仿真研究。首先，根据磁感应成像的基本理论，建立了应用于简单测量的柱形MIT系统，通过有限元法仿真计算并分析激励线圈的参数，以及检测导体的参数对MIT系统的影响，并给出了激励线圈应用于颅脑模型的设计参数。其次，系统介绍了人体颅脑的各部分构造，并且基于此，由1026幅X-CT断面图像重建出人体两层颅脑实体模型。再次，将MIT系统仿真于颅脑检测，建立了颅脑MIT检测模型，并通过复杂的有限元体外剖分，分别计算出有病变和健康状态时，人体颅脑的涡流磁场的分布。最后，模拟脑血肿情况时，详细分析了，激励线圈的频率，以及血肿的体积，浓度，位置与磁场的关系，并且将有的参数结果与柱形系统做了对比，研究了MIT在颅脑方面的检测性能。结果表明，本文所设计的仿真模型能够模拟颅脑检测，并且MIT能够穿透颅骨对颅脑疾病进行检测，此研究对MIT系统的设计，以及进一步将MIT应用于实际临床的颅脑检测方面具有重要的意义。
宋彬, 徐晶晶, 金欣廉, 朱新健, 徐福林[9]2005年在《螺旋CT叁维重建在急性外伤性颅内血肿中的临床价值》文中研究指明目的 评价螺旋CT叁维重建在急性外伤性颅内血肿中的应用价值。资料与方法 对10 4例急性外伤性颅内血肿患者进行螺旋CT扫描,采用表面遮盖成像(SSD)和表面透视成像Integral技术分别行颅骨、血肿、脑表面的叁维重建,伪彩色技术处理后相互合并,在血肿叁维空间定位和体积测量后进行手术评估。对需手术治疗者,再术前评估,应用血肿叁维空间定位及骨切削技术模拟颅骨开瓣手术,制定手术方案,选择最佳手术入路。结果 全部病例叁维重建后满意地显示出血肿立体解剖关系。2 3例手术患者预后满意,术中血肿量与术前测量值基本相同。结论 螺旋CT叁维重建简化观察者的思维过程,可直观、立体、准确地显示血肿空间解剖关系和体积值,具有较高的临床应用价值。
佚名[10]2011年在《中华临床医师杂志(电子版)2011年第5卷主题词索引》文中研究表明说明:(1)本索引按主题词汉语拼音字母顺序排列。(2)冠有阿拉伯数字、西文字母、西文姓氏的主题词,按其后的汉字拼音顺序排序;在汉字相同的情况下,按数字、英文字母、希文字母顺序先后排列。
参考文献：
[1]. 电阻抗成像技术理论及应用研究[D]. 徐管鑫. 重庆大学. 2004
[2]. 叁维颅内血肿动态成像[J]. 徐管鑫, 何为. 重庆大学学报(自然科学版). 2004
[3]. 叁维颅内血肿动态成像方法研究[D]. 徐管鑫. 重庆大学. 2001
[4]. 叁维颅内血肿动态成像仿真研究[C]. 徐管鑫, 何为. “电力大系统灾变防治和经济运行重大课题”部分专题暨第九届全国电工数学学术年会论文集. 2003
[5]. 脑水肿与脑出血的动态阻抗测量和阻抗成像基础研究[J]. 何为, 徐管鑫, 王平. 科学技术与工程. 2004
[6]. 电极稀疏化颅脑电阻抗动态成像算法研究[D]. 陈荣庆. 中国人民解放军空军军医大学. 2018
[7]. 基于微波技术的大脑介电常数和导电性检测方法的研究[D]. 蒋宇皓. 重庆大学. 2016
[8]. 颅脑阻抗特性叁维建模及磁感应成像仿真研究[D]. 赵璐璐. 沈阳工业大学. 2013
[9]. 螺旋CT叁维重建在急性外伤性颅内血肿中的临床价值[J]. 宋彬, 徐晶晶, 金欣廉, 朱新健, 徐福林. 临床放射学杂志. 2005
[10]. 中华临床医师杂志(电子版)2011年第5卷主题词索引[J]. 佚名. 中华临床医师杂志(电子版). 2011