基于幾何邊界的EIT網(wǎng)格自適應剖分.pdf

1、電阻抗斷層成像(ElectricalImpedanceTomography,EIT)是根據(jù)生物體內(nèi)不同組織在不同功能狀態(tài)下具有不同電阻抗的原理，通過在生物體表面注入安全激勵電流(電壓)，測量表面響應電壓(電流)，重建生物體內(nèi)部的電阻抗分布，從而反映體內(nèi)結(jié)構(gòu)及功能的新型醫(yī)學成像技術(shù)。由于電阻抗斷層成像具有功能成像的特點，而且對人體無害、使用方便且設(shè)備價格相對低廉，成為近年來國內(nèi)外研究的熱點。
　　EIT圖像重建是具有嚴重病態(tài)性的非線

2、性逆問題，這是EIT技術(shù)的關(guān)鍵和難點。已有文獻報道的EIT成像結(jié)果尚不夠理想，是因為大部分重構(gòu)模型都是圓形外邊界，且內(nèi)部不考慮內(nèi)邊界的存在；而且基本上都是采用了均勻的網(wǎng)格剖分模型，這會導致模型誤差，致使EIT技術(shù)沒有投入到臨床應用。第四軍醫(yī)大學EIT課題組在國家的支持下，提出EIT實時動態(tài)連續(xù)圖像監(jiān)護方向，并取得了初步突破，能夠?qū)δX、腹部病變變化初步定位顯示，但是還存在邊界不清晰、范圍較大等問題。因此本文提出了基于邊界的自適應剖分方法，

3、即在考慮真實人體器官邊界情況下，邊界處網(wǎng)格細剖，邊界間網(wǎng)格粗剖。期望從網(wǎng)格模型方面改善EIT成像質(zhì)量。
　　針對上述情況，本文從網(wǎng)格自適應自動剖分方法、軟件平臺、EIT仿真成像及臨床成像等方面開展了研究，主要工作如下:
　　1）首先研究了基于幾何邊界的有限元自適應剖分方法，從剖分算法思想、幾何拓撲結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等方面具體研究如何實現(xiàn)剖分模型。在已知任意外部邊界和內(nèi)部邊界的條件下，能自動進行有限元網(wǎng)格剖分，且針對邊界處細剖，邊

4、界間粗剖。對比均勻剖分網(wǎng)格，表明自適應剖分網(wǎng)格的質(zhì)量更高。在保持較低的剖分規(guī)模的情況下實現(xiàn)了對電導率變化顯著區(qū)域的合理剖分，從而有利于EIT成像算法的計算。
　　2）設(shè)計并建立了有限元自適應剖分的軟件平臺，采用Visua1C++.NET進行編程，實現(xiàn)了任意邊界自動剖分、網(wǎng)格優(yōu)化、平移縮放和保存讀取邊界信息等功能，通過設(shè)置剖分尺度、剖分密度等參數(shù)，可以控制剖分規(guī)模。
　　3）將自適應剖分軟件嵌入課題組研發(fā)的EIT系統(tǒng)。先進行了

5、正問題的仿真計算，對比電磁場數(shù)值計算軟件包COMSOL的正向計算，結(jié)果表明準確度接近COMSOL。然后，進行了仿真圖像重構(gòu)，分別對比了基于圓模型、考慮邊界的均勻剖分模型、考慮邊界的自適應剖分模型，結(jié)果表明自適應剖分模型的重構(gòu)誤差最小。最后，應用到動物實驗和臨床監(jiān)護實驗數(shù)據(jù)的EIT成像中，結(jié)果表明自適應模型對擾動目標或病灶定位較好，為EIT與CT圖像的融合提供了可能。
　　基于邊界的自適應剖分方法研究，能夠有效改善EIT成像質(zhì)量，在