三維電阻抗圖像重建模型優(yōu)化研究.pdf

1、生物醫(yī)學(xué)電阻抗成像技術(shù)(Biomedical electrical Impedance Tomography，EIT)作為一種無(wú)損的、功能性的、實(shí)時(shí)監(jiān)控的醫(yī)學(xué)影像技術(shù)，在未來的醫(yī)學(xué)影像應(yīng)用中有著無(wú)限的發(fā)展空間。其生物醫(yī)學(xué)理論基礎(chǔ)是根據(jù)人體不同組織器官在不同生理病理狀態(tài)下具有不同阻抗特性以及阻抗分布狀態(tài)特點(diǎn)。通過在生物體體表配置一定數(shù)量的電極并施加安全頻率下的電壓/電流激勵(lì)，測(cè)量其體表電壓數(shù)據(jù)，根據(jù)生物體不同組織/器官的電特性，經(jīng)過圖像重

2、建算法以斷層圖像的形式重構(gòu)出生物體內(nèi)部阻抗特性的變化及其分布情況，進(jìn)而獲取生物體內(nèi)部生理/病理信息。EIT具有非侵入式、安全無(wú)輻射、成本低、速度快、可實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)等優(yōu)勢(shì)，成為臨床醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的有力補(bǔ)充手段。
　　本文主要針對(duì)人體胸腔呼吸過程中的三維圖像重建方法進(jìn)行研究。從人體三維胸腔建模入手，以提取輪廓方式構(gòu)建三維仿真模型，提高了模型準(zhǔn)確性與匹配度;研究了三維EIT系統(tǒng)的電極層間距優(yōu)化問題，得到有效的優(yōu)化參數(shù)，提高了成像質(zhì)量;對(duì)不

3、同剖面進(jìn)行斷層成像，獲取了更為豐富的圖像信息;開發(fā)了MATLAB GUI圖像仿真平臺(tái)，提供了實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)平臺(tái)。論文開展了三維模型仿真試驗(yàn)與人體肺呼吸試驗(yàn)，通過構(gòu)建三維模型所求得靈敏度矩陣，進(jìn)行圖像重建，獲得不同斷層的呼吸過程圖像。
　　本文主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下:
　　(1)提取人體胸腔輪廓，構(gòu)建人體胸腔模型。本文利用3D光學(xué)掃描系統(tǒng)對(duì)健康男性志愿者的胸腔外部輪廓掃描得到人體胸腔輪廓模型;通過志愿者的肺X片獲取人體肺部生理結(jié)構(gòu)信息，

4、由SolidWorks軟件仿構(gòu)造出一定比例尺寸的肺器官結(jié)構(gòu)模型;最后對(duì)構(gòu)建好的模型在其尺寸比例與位置分布方面做出優(yōu)化，使其接近最真實(shí)的生理結(jié)構(gòu)分布;
　　(2)搭建了三維正問題模型，進(jìn)行逆問題求解并優(yōu)化參數(shù)。對(duì)模型不同剖面進(jìn)行斷層成像并分析圖像重建結(jié)果;對(duì)兩層16電極的層間距進(jìn)行優(yōu)化，在不同電極層間距的模式下成像，通過正問題求解流線圖與圖像重建結(jié)果的評(píng)價(jià)指標(biāo)，最終得出當(dāng)電極層間距為8cm時(shí)成像效果最佳;將上述所得二維斷層圖像進(jìn)行三