周健[1]2007年在《电阻抗断层成像与应用》文中进行了进一步梳理电阻抗成像是根据生物体内不同组织以及组织在不同功能状态下具有不同电阻抗的原理,通过在生物体表面注入安全电流(电压),测量表面电压(电流),重建生物体内部的电阻抗分布,从而反映体内结构及组织器官功能的新颖医学成像技术,而对其的应用也随着电阻抗成像的发展,成为一个新兴的研究领域,比如为了推动其临床应用而需要的图像融合以及更进一步的叁维的应用。本文通过对电阻抗成像从理论上的分析,结合一些经典的算法,导出了基于等位线反投影的算法,结合动物活体实验对该算法的效果做出了检验,并且根据电阻抗成像的特殊性,实现了一些将其推广到临床应用方面的探索,得到了比较好的效果,并且在对硬件系统深入分析后,提出了对几个关键问题的改进方案,为下一代系统的完善提供了帮助。
姜爱霞[2]2008年在《电阻抗成像系统驱动研究》文中认为电阻抗断层成像是近二十多年发展起来的一种新的医学成像技术。通过在目标物体四周安放电极阵列并注入交流电流,在产生电流场的同时,通过电极测量目标物体四周的电压,由注入的交流电流信号和测量的电压数据,以及一些附加信息,重构出目标物体横截面内(或空间)的电导率(或电阻率)分布,从而得到反映物体内部组织特性的电导率断层图像。本文从EIT系统硬件设计方面入手,分析了整个电路的设计过程,包括系统总体结构设计和各模块内部结构设计,最终设计完成了一个16电极的电阻抗硬件系统。在驱动模式方面,重点研究了注入式驱动模式,对比分析了邻近驱动和对向驱动两种方法,并进一步根据强制等势点的观念,分析了电极对敏感场的分布影响。在激励源部分,利用直接数字频率合成技术对硬件系统的恒流源模块进行了设计,采用DDS集成芯片AD9851作为信号源,实现了精度高、稳定性好的频率为50KHz正弦信号的输出。并根据EIT技术多频方向的发展趋势,提出了利用DDS产生多频输出的设计方案。
简世闯[3]2013年在《基于多频电阻抗测试的肺功能仪数据采集系统的硬件开发》文中研究指明肺功能检测多频电阻抗断层成像技术(Multi-Frequency Electrical ImpedanceTomography, MFEIT)是一种对人体内电阻抗分布进行成像的新医学成像技术。与传统的成像技术如计算机X射线断层扫描成像(Computed Tomograph, CT)、磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)等相比，它具有无创、无辐射、低成本、操作简易的特点，非常适合用于常规的临床肺功能检测。本文主要进行了基于多频电阻抗测试的肺功能仪数据采集系统硬件方面的开发工作。该数据采集系统由上位机设定工作方式，给选定电极按照不同模式施加特定激励信号，通过16路并行数据处理电路进行高精度、快速的数据采集，获得的数据经过ARM解调后传送给上位机进行图像重构。论文主要完成了以下工作：1、介绍了国内外电阻抗成像系统的发展现状及本文研究的意义，阐述了系统的总体设计思想，通过对多种EIT硬件方案的分析，确定了适合本系统性能要求的硬件架构——ARM+FPGA结构。2、设计了以ARM和FPGA为核心的硬件平台，将整个系统分为时钟和电源模块、多频激励源控制模块、信号检测模块、主控模块和通信接口模块等五大模块，为每个模块选取了满足性能要求的芯片,并详细介绍了系统的具体设计和工作过程。3、对EIT系统关键通信接口的驱动程序进行了详细的分析和设计，完成了ARM与FPGA的总线通信接口、ARM与上位机的以太网通信和USB通信接口的设计。另外论文对正交序列数字解调算法进行了初步研究。
罗辞勇[4]2005年在《基于快速牛顿一步误差重构的电阻抗成像算法和实验研究》文中研究表明生物电阻抗是反映生物组织、器官、细胞或整个生物机体电学性质的物理量。生物电阻抗技术是利用生物组织与器官的电特性及其变化提取与人体生理、病理状况相关的生物医学信息的一种无损伤检测技术,具有快速、简捷、成本低廉、安全等特点。本论文在分析、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,研究实现了一种实用、快速、具有一定分辨率的电阻抗成像算法——快速牛顿一步误差重构(FNOSER)动态算法,对成像算法进行了大量的实验研究和数据分析,对成像系统所采用的硬件测量装置的性能进行了研究。本文主要工作如下:(1)研究了目前常用的相邻、相对、交叉等驱动模式。利用开发的电阻抗仿真软件,在有限元模型中所有单元电导率为1 均匀背景下,比较了相邻、相对、交叉驱动模式下的数据和曲线。从叁种驱动模式存在着共性出发,提出了统一驱动模式和驱动角的概念。数据分析表明在相同的硬件测量装置下,驱动角在不断加大的过程中数据测量的稳定性不断提高。(2)基于牛顿法的一步误差重构算法对静态电阻抗成像技术进行了详细研究,推导出FNOSER 静态算法,快速牛顿一步误差重构算法其雅可比矩阵等可以事先计算好,从而可以获得和反投影算法类似的成像速度。仿真研究表明:FNOSER 算法可以实现静态电阻抗成像,且具有图像分辨率高、定位精确、成像速度快等特点。(3)在FNOSER 静态算法基础上,提出了FNOSER 动态算法。针对FNOSER算法和反投影算法,研究了静态算法和动态算法之间的转换关系。在FNOSER 算法和反投影算法中,动静态算法是统一的,可以相互转换的。如果参考电压数据是利用有限元正向计算单位电阻率均匀分布下的“测量电压”拟合出来的理想参考电压就是静态算法,而如果参考电压数据采用初始的测量值(或者称前次测量值)就是动态算法。(4)对反投影算法和FNOSER 算法进行了仿真比较。反投影算法没有经过严密的数学推导,是借鉴CT 反投影理论而形成的电阻抗成像算法。由于其投影路径不仅是曲线,而且比较宽,是“宽投影”,并且投影面积大小不一,因此成像的分辨率差。而FNOSER 算法经过严密的数学推导,其公式中的很多量具有很强的物理含义,仿真研究表明FNOSER 算法定位准确,相比反投影算法,FNOSER 算法可以分离多个目标。(5)提出了消除伪迹均值算法。伪迹的产生主要来自于测量数据中所包含的噪声和误差,对于反投影算法还有反投影理论本身所固有的星状伪迹。针对反投影和FNOSER 两种不同的成像算法,在仿真和实验条件下,分别验证了均值算法具有消
李镐炜[5]2007年在《多频生物电阻抗断层参数成像系统基础技术研究》文中指出本文围绕生物组织多频电阻抗断层参数成像系统,对EIT理论前提、Cole-Cole模型、多频数据采集策略、图像重构影响因素、参数成像方法等基础问题展开了研究。主要内容如下:1.介绍了EIT基本原理与算法,论述了通常的单频EIT理论模型由于忽略了阻抗频率特性参数,不适宜直接推广用于阻抗断层参数成像。若考虑到频率特性模型又将使问题更复杂难解,这些因素在一定程度上制约了多频阻抗断层参数成像系统在理论上的完善。2.论证了生物组织欧姆电阻和容抗间的非线性谱变换关系,并进一步给出二者在Cole-Cole模型中散射系数α不同时的联系。分析了生物组织欧姆电阻和容抗与Cole-Cole模型参数的关系,进行了实验数据验证。提出以低频段多点测量欧姆电阻为基础的数据采集策略以及相应的Cole-Cole模型参数解析方法,有效避免了宽频段高精度测量电抗的问题。3.介绍了多频采集系统,阐述了数据解调的算法,将MMX技术引入多频采样数据解调,提高了数据解调的速度。4.分析了实验系统影响图像重构的因素。对电极极化及其频率特性对成像的影响进行了仿真和实验验证,提出一种多频系统测试数据预处理方法,实验结果表明预处理后的数据有效削弱了电极频率特性影响,同时理论分析表明预处理有助于减弱多频电流源输出摆动对重构数据的影响。5.建立了一种适于工作频率点较少的阻抗断层参数成像方法,描述了4频采集系统重构部分Cole-Cole模型参数的阻抗断层参数成像算法,采用基于物理模型的测试数据,得到形状和定位准确的初步成像结果。推导出适合对人体主要脏器进行阻抗断层参数成像的系统工作频率。
孙晓彤[6]2013年在《乳腺叁维电阻抗成像硬件系统的初步设计》文中研究表明随着现有的先进医学影像技术的发展,其中包括超声成像、断层扫描成像(CT)和核磁共振成像等,电阻抗成像技术也不断受到国内外学术界广泛关注,在肠胃与食管功能成像、肺功能成像、心脏功能成像以及肿瘤检测等方面有着深入的临床研究。电阻抗断层成像能够在相关组织或器官发生功能性病变的时候,就能够提取出病变组织或器官与正常组织和器官之间的电特性差别,对于相关疾病的普查、预防和早期治疗具有重要意义。而近年来,受环境污染、生活方式、饮食习惯、工作压力等因素影响,乳腺疾病的发生率呈上升趋势。乳腺癌已经排在女性恶性肿瘤发病率第一位,其预防、诊断和治疗方法都值得关注。叁维电阻抗断层成像技术不仅应用到肺部、心脏和胃部疾病诊断等方面,而且应用到乳腺肿瘤检测中。而对于乳腺部位的检测,只需要研究皮肤下浅层区域的电导率分布,多层闭合电极结构已经不适用,因此我们设计一种新型的由163个电极排列而成的平面圆盘电极系统。本论文在研究国内外叁维EIT研究现状和临床应用进展的基础上,利用实验室已有的数字化EIT研究平台,设计了一个初步实现乳腺检测的叁维电阻抗成像系统,具体工作如下：1、旨在实现乳腺叁维成像这一研究目标,基于现有的实验平台和设计方法,设计了实验平台的结构框图,并规划各主要模块的功能。2、在原有的数字EIT系统的基础上,针对乳腺部位的检测,设计一种新型的电极系统。该电极系统由163个电极排列而成,各个电极都垂直于电极盘并形成一个平面阵列,电极阵列按等边叁角形拓扑排列,每个电极周围等角等距离分布着6个相同电极(圆盘中心电极以及边缘若干电极除外)。背电极结构为复合电极,由两个同心圆构成。本文的系统采用四电极法测量,每次激励时电流从电极阵列的一个电极流入,背电极流出,测量电极阵列其他每个电极与内圆的电压。3、针对测量模式,设计了激励测量选通模块,该模块由24片8选1的ADG608和2片32选1的ADG732共同组成。24片ADG608是激励测量选通共用,它们分别与两片ADG732连接,一片ADG732用于激励选通,另一片ADG732用于测量选通。4、采用FPGA作为中央控制单元,还设计了激励源模块、信号处理模块、解调模块以及USB数据传输。最后对研究工作进行了总结,并对今后进一步研究提出了建议。
王仁平[7]2006年在《叁维电阻抗成像系统设计与实现》文中提出电阻抗断层成像(Electrical Impedance Tomography——EIT)是根据生物体内不同组织以及同一组织在不同状态下具有不同电导率的现象,通过在生物体表面施加安全电流(电压),测量表面电压(电流),重建生物体内部的电阻抗分布图的成像技术。在以往的研究中,电阻抗断层成像(EIT)被限定在假定其成像数据来源于二维(2D)对象。但在实际中,研究对象一般为叁维(3D)结构,从而使得激励电流不仅在测量平面内传导,亦在立体空间内传导。这一差异导致图像显现出明显的误差,影响了EIT在诊断和病态分析中的作用。叁维电阻抗成像(3D-EIT)在此基础上发展起来,其为了获得更多的生物组织信息,可以进行对生物体进行叁维扫描,亦可通过叁维成像算法对生物体进行叁维成像。本文设计并实现了一个初步的基于人体胸腔物理模型的64电极3D-EIT成像系统。以DSP(TMS320F2812)为核心控制芯片,主要实现对系统中其他模块的控制功能,完成A/D采集,LCD显示,及与PC机的通信功能等。改进了DDS恒流源模块,将其扩展为四路,增强了系统的带载能力。采用复杂可编程逻辑器件(Complex Programmable Logic Device-CPLD)实现对多路开关阵列的驱动。
程洪艳[8]2016年在《嵌入式电阻抗系统研究》文中认为电阻抗断层成像技术(electrical impedance tomography,EIT)是近些年发展起来的新一代功能成像技术,利用阻抗测量系统对生物组织进行阻抗测量,通过分析相应的阻抗数据就能够取得丰富的与被测对象生理、病理状态相关的功能信息。EIT技术以其非侵入、安全无辐射、成本低廉、成像速度快、可连续测量且实时可视化等优点在医学成像技术领域备受关注。本文构建了以mini2440开发板为控制核心,以Qt开发的应用软件为平台,八个AD5933为电极的嵌入式电阻抗测量系统。通过运行于嵌入式操作系统上的阻抗测量软件,可设置AD5933芯片的工作模式,并控制数据采集的过程。控制及采集等指令通过I2C协议传输给嵌入式处理器。本论文完成了嵌入式八电极电阻抗系统研制,采集到的实部虚部信息以txt文件的形式存储在开发板中,并由开发的Qt阻抗测量软件对进行系统标定、数据处理、曲线绘制等。本系统构建成功后,进行了盐水槽实验,利用开发的Qt阻抗测量软件对试验数据进行分析处理并绘制曲线,在采集大量数据的基础上对系统进行性能测试,系统性能满足阻抗测量的精度及成像要求。最后,对盐水槽中不同位置的有机玻璃棒进行成像实验,采用高斯牛顿算法对数据进行归一化处理并成像。图像结果显示,该系统能很好地再现被测场域中物体的分布。实验结果表明该嵌入式阻抗测量系统具有体积小、集成度高、准确性好、功耗低、成本低、便携式等优点。
杨涛[9]2016年在《基于PXI总线技术的电阻抗成像系统研究》文中研究指明电阻抗断层成像(Electrical Impedance Tomography,EIT)技术,作为继形态、结构成像之后,出现的一种新兴的功能性成像技术。相比于传统的CT成像技术,电阻抗断层成像技术具有非侵入性、无损害检测,功能性成像,结构简单,使用方便,成像速度快,可多次测量、重复使用,便于进行长期连续监护等优点。传统的电阻抗成像系统是按照英国谢菲尔德大学最早提出的相邻激励和相邻测量的工作模式设计和实现的,但是相邻测量的模式存在着相同激励情况下测量数据之间存在相位差的缺陷。本研究的重点工作即是研究设计同步测量的电阻抗成像系统。论文主要围绕以下叁方面进行阐述。一、基于PXI+FPGA的异步测量EIT系统设计:1.在实验室原有的FPGA电阻抗成像系统基础上,将数据采集部分改进为基于PXI总线的数据采集卡。搭建由被测对象,数据采集系统和成像计算机叁部分组成的基于PXI+FPGA的异步测量EIT系统硬件平台并完成调试。2.采用LabVIEW和MATLAB语言开发了上述系统的软件程序。3.在物理实验水槽上进行不同尺寸目标的静态成像实验,并且利用图形重建算法实现了图像重构。二、基于PXI总线的同步测量EIT系统设计:1.搭建由被测对象、激励源模块、切换开关模块、数据采集模块、控制器模块和上位计算机组成的基于PXI总线的同步测量EIT系统硬件平台并完成调试。2.采用LabVIEW和LabVIEW FPGA软件平台,开发并完善了同步测量EIT系统软件。3.对系统性能进行测试。实验结果表明,系统的性能达到成像要求。4.对不同的目标物体进行静态实验和动态实验,并经过图像重建算法进行图像重构,成像结果经过评价指标衡量,比较理想。5.对比了异步测量与同步测量的成像结果。叁、基于PXI总线的同步测量EIT系统的肺呼吸过程图像重构:1.将EIT系统用于人体呼吸过程的成像,最重要的就是对电极进行改造。论文针对市场上常用的银/氯化银心电电极进行对比与选择。对选定的电极采用阻抗分析仪进行阻抗特性测试,测试结果证明其特性满足电阻抗测量要求。2.对人体的肺呼吸过程进行电阻抗图像重建,成像结果直观反映了人体肺呼吸过程的电阻抗变化。本论文的创新点主要体现在实现了同步测量的新型电阻抗断层成像系统,克服了异步测量相位差引起的测量误差,获得比较满意的成像结果。
高娜娜[10]2015年在《数字电极式电阻抗成像技术研究》文中提出电阻抗断层成像(electrical impedance tomography, EIT)技术是近叁十年发展起来的新型检测成像技术,与传统的成像技术如如X-射线计算机断层成像(X-ray computerized tomography, CT)和核磁共振成像(magnetic resonance imaging, MRI)相比,具有低成本、便于携带、无损伤、功能成像、医学图像监护等优点,是当今生物医学工程学的重要研究课题之一。其基本原理是利用不同组织、器官或同一组织、器官在不同生理、病理期的阻抗特性(电阻或电导)不同,通过对其表面施加安全驱动电压(电流),测得响应电位信息,利用算法重建内部电导率分布或其变化的图像。本文构建了以ATmega16单片机为控制核心,八个AD5933为数字电极,nRF24L01为无线通信模块的数字式电阻抗测量系统。本系统采用了将DDS、LPF、ADC、可增益放大器、DSP微处理器内核等单元高度集成为一体的阻抗谱测量芯片AD5933,通过12C接口直接输出各频点下被测阻抗的实部与虚部信息,并对其外围电路进行了扩展,克服了其激励电压为1.98V时,激励与测量端存在的直流分量对未知阻抗的影响,克服了以往电阻抗测量系统由于包含了多个模块使得测量系统结构复杂、集成度低、抗干扰能力差等缺点,简化数据采集系统,提高了成像质量。通常电极与测量系统间、测量系统与计算机间均采用有线电缆传输,使得测量精度受到影响、传输距离受到限制。为了消除该不良影响,本文设计了数字式电极,即将AD5933集成在电极上,缩短了交流弱信号的传输距离,消除了外界干扰,避免了波反射现象；输出的数字信号采用无线通信,传输至计算机,不仅可以实现对未知阻抗进行阻抗测量还可利用高斯牛顿算法实现图像重建。该系统具有集成度高、准确度高、功耗低、成本低、无线传输、便于携带等优点,具有广泛的应用前景。
参考文献：
[1]. 电阻抗断层成像与应用[D]. 周健. 西安电子科技大学. 2007
[2]. 电阻抗成像系统驱动研究[D]. 姜爱霞. 南京理工大学. 2008
[3]. 基于多频电阻抗测试的肺功能仪数据采集系统的硬件开发[D]. 简世闯. 西安电子科技大学. 2013
[4]. 基于快速牛顿一步误差重构的电阻抗成像算法和实验研究[D]. 罗辞勇. 重庆大学. 2005
[5]. 多频生物电阻抗断层参数成像系统基础技术研究[D]. 李镐炜. 国防科学技术大学. 2007
[6]. 乳腺叁维电阻抗成像硬件系统的初步设计[D]. 孙晓彤. 北京协和医学院. 2013
[7]. 叁维电阻抗成像系统设计与实现[D]. 王仁平. 河北工业大学. 2006
[8]. 嵌入式电阻抗系统研究[D]. 程洪艳. 天津科技大学. 2016
[9]. 基于PXI总线技术的电阻抗成像系统研究[D]. 杨涛. 天津科技大学. 2016
[10]. 数字电极式电阻抗成像技术研究[D]. 高娜娜. 天津科技大学. 2015