生物电阻抗成像技术
人体肺功能生物电阻抗成像技术
为精确求解正问题 ,对均匀剖分网格所生成的 一组解中 ,选择后验误差较大的单元进行再细分 。
5期
陈晓艳等 :人体肺功能生物电阻抗成像技术
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图 2 自适应多重网格剖分图 Fig. 2 Adaptive multigrid refinement
EIT 的图像重建过程 ,实质上是利用边界测量 数据求解物体内部电导率分布函数σ[15] 。求解过程
是灵敏度矩阵或雅克比矩阵的非线性算子的求逆过
பைடு நூலகம்
Abstract: A new image reconstructed algorithm was presented for the medical electrical impedance tomography (EIT) . First the adaptive multi2grid algorithm was employed by which the sequence of computational grids was successively refined through the posterior error and the adaptive grids refinement , the lung ventilation was imaged considering the field as circle. Then the sensitivity matrix was solved by commercial simulation software COMSOL considering the structure and resistivity of lung , the prior information was adopted to reconstruct the lung conductivity distribution. On the lung ventilation imaging system , two steps were available to reconstruct the functional respiration process image in real2time. The images indicated that a higher accuracy solution of the forward equation and the higher spatial resolution of images could be achieved.
eit电阻抗成像
eit电阻抗成像
EIT（Electric Impedance Tomography）电阻抗成像是一种无损检测技术，用于测量物体内部的电阻抗分布。
它基于在物体表面施加电流，并通过测量电流与电压之间的关系来推断物体内部的电阻抗分布。
EIT电阻抗成像的原理类似于医学影像学中的CT（Computed Tomography）成像技术。
但是，与CT不同的是，EIT技术使用电流替代了X射线，而且没有辐射危险。
EIT技术可以应用于许多领域，如医学、工业、环境和生物科学等领域。
在EIT电阻抗成像中，电极阵列被放置在物体表面，并通过电源施加电流。
电流在物体内部传播时，由于物体内部的电阻性质不同，电流的流动受到阻碍，导致电势差的变化。
这些电势差可以通过电极阵列上的电压传感器测量得到。
通过测量电压和电流之间的关系，可以推断出物体内部的电阻抗分布。
EIT电阻抗成像有许多应用，如医学成像、工业检测、环境监测等。
在医学领域中，EIT被广泛应用于肺部成像、脑部成像等领域。
在工业领域中，EIT可以用于检测管道中的流体、材料内部的裂纹等。
在环境监测中，EIT可以用于监测土壤的含水量、地下水的流动情况等。
总之，EIT电阻抗成像是一种非侵入式的无损检测技术，可以应用于许多领域，
具有广泛的应用前景。
eit原理电阻抗层析成像
eit原理电阻抗层析成像EIT（电阻抗层析成像）是一种无创成像技术，通过测量电流在物体中传播时所引起的电压变化，来重建物体内部的电阻分布情况。
它可以实时获取物体内部的电阻信息，从而在医疗诊断、工业检测以及环境监测等领域发挥重要作用。
下面将详细介绍EIT的原理。
EIT的原理基于电导率差异的存在。
物体中的各种组织和介质具有不同的电导率，例如人体中的肌肉、骨骼和脂肪组织。
深度不同的组织对电流的传播具有不同的阻碍作用，从而对应的电压变化也不同。
通过测量这些电压变化，可以反推出物体内部的电导率分布情况。
在EIT成像过程中，首先通过一组多个电极将电流注入物体。
电极位于物体表面，可以经过电导胶将其与物体电性连接。
然后，通过另一组电极，对电流进行监测，测量电流在物体中传输过程中的电压变化。
这组监测电极也位于物体表面，并且与物体电性接触良好。
测量的电压信号可以通过放大器进行放大和记录。
测量的电压信号可以通过数学模型进行处理和分析，从而推断物体内部的电导率分布。
常见的数学方法包括有限元法、解析法和统计法等。
在这些方法中，有限元法是最常用的方法。
它通过将物体划分为许多小的离散单元，建立电阻和电流之间的关系，并通过计算建立数值模型。
将实际测量的电压变化与数值模型的预测进行比较，可以得到物体内部的电导率分布情况。
EIT的成像过程需要解决的一个关键问题是“反问题”。
即如何根据物体表面的电压信号，推断出物体内部的电导率。
由于电极位于物体表面，只能通过表面电流和表面电压进行测量，而无法直接测量物体内部的电流和电压。
因此，需要先建立反问题的数学模型，并进行逆推。
EIT有广泛的应用。
在医学领域，EIT可以用于人体内部器官的成像，如肺部、脑部和乳房等。
通过监测电流在肺部或脑部中的传播，可以帮助医生诊断病情。
在工业领域，EIT可以用于传感器检测和质量控制等方面。
通过测量材料中的电导率变化，可以监测材料的变化和缺陷。
此外，EIT还可以应用于环境监测、地质勘探和非损伤检测等领域。
电阻抗成像技术中Tikhonov正则化方法应用与改进的研究
电阻抗成像技术中Tikhonov正则化方法应用与改进的研究本文介绍了一种新型的功能成像技术——电阻抗成像技术(Electrical Impedance Tomography,简称EIT技术).在近几十年来,EIT技术由于设备轻便、速度快、无伤害等被国内外学者广泛研究,这项技术的主要原理是利用不同组织电导率不同的特点,采用“电流激励-电压测量”的方式,通过测量边界电压获得目标体内部的电导率(电阻抗)分布或者变化的图像,具有很强的生物学、医学意义.但这种技术也有较大的局限性,成像质量不高、不稳定、数据误差较大等是制约其发展的主要原因.在数学上,电阻抗成像技术反问题可以看作是一类二阶椭圆型偏微分方程参数识别问题,所以常常带有反问题的不适定性等特点,因此本文针对电阻抗成像正问题和反问题进行了研究:第一章为绪论,主要介绍了电阻抗成像技术的基本原理和国内外研究现状,并对其研究的理论和实际意义、技术难点进行了说明,然后介绍了反问题和不适定性的相关概念,引出本文的研究结构.第二章研究了电阻抗成像技术的正问题,首先介绍了电阻抗成像技术的工作模式(电流的注入和电压的测量方式),并通过麦克斯韦方程组和相关边界条件推导了正问题的数理模型,选择了全电极模型并采用有限元方法对其求解.在有限元剖分时,得出了稀疏和加密两种剖分方式.第三章讨论了电阻抗成像技术的反问题,是本文的重点.在这一章中,首先采用常用的最小二乘法求解,发现解不稳定或失去实际意义,所以引入了正则化方法.对正则化方法的定义和原理进行说明后引出了本文主要研究的Tikhonov正则化方法,对其基本思想、求解过程进行了推导说明,并分析了解的相关性质.针对Tikhonov正则化方法的缺陷,对罚函数项进行改进,引入了变差函数,得到全变差正则化方法,并推导了牛顿迭代法的迭代格式.通过EIDORS 2D软件对两种正则化方法的成像质量进行简单比较后,引出本文的组合正则化方法,推导了罚函数项构造方式和迭代求解过程,随后介绍了选择正则化参数的高阶迭代收敛算法,并设计了相关算法.最后通过Matlab 进行了仿真研究.第四章得出了研究结论,并分析了本文存在的不足和未来继续研究的方向。
生物医学工程中的生物阻抗技术
生物医学工程中的生物阻抗技术生物医学工程是一门致力于通过技术手段改善人类生命质量的学科。
其中，生物阻抗技术是一种能够测量生物体内电阻抗的技术。
应用范围广泛，可以诊断心律失常、肺部疾病、水肿等多种疾病，还可以用来评估身体健康状况、监测药物疗效和预防疾病发生。
本文将就生物阻抗技术在生物医学工程中的应用进行探讨。
一、生物阻抗技术的原理和优势生物阻抗技术是指通过电流在生物体内的传输而测量体内电阻抗的技术。
它的原理是利用人体组织的导电性不同，通过输入一定频率、幅度的电流，并测量电压之间的相位差和幅值差，从而计算出生物体内的电阻抗值。
生物阻抗技术的优势在于：无创、快速、准确、安全、非放射性、低成本等，可以用于大量的临床和科研应用。
二、生物阻抗技术在心律失常诊断中的应用心律失常是一种常见的心脏疾病，通常需要通过心电图等检查来确定是否存在。
而生物阻抗技术可以通过测量人体的电阻抗值来评估心脏的电生理状态，可以更精确地检测心脏的电生理异常。
同时，生物阻抗技术可以实时监测心律失常发生的情况，可以作为治疗策略优化的依据，提高治疗效果。
三、生物阻抗技术在肺部疾病诊断中的应用肺部疾病是人类健康面临的重要问题之一。
利用生物阻抗技术可以监测人体的呼吸运动和肺部的通气情况，可以确定肺部疾病的类型和程度。
例如，肺气肿和哮喘患者的肺功能下降，其肺部通气能力也会降低，生物阻抗技术可以准确地评估肺部通气能力，为治疗提供依据。
四、生物阻抗技术在水肿评估中的应用水肿是许多疾病的症状之一，包括心脏、肝脏、肾脏等多种疾病。
水肿的存在对于疾病的诊断和治疗有很大的影响，而生物阻抗技术可以测量人体组织的电阻抗，可以排除其他原因导致的水肿，准确评估水肿的程度和可能的原因。
五、生物阻抗技术在药物疗效监测和预防中的应用生物阻抗技术还可以用于药物疗效监测和预防。
在生物医学工程中，许多药物疗效与电阻抗值之间存在一定的关联性，可以利用生物阻抗技术来评估药物的疗效和副作用。
电阻抗成像技术
第25 卷第2 期2006 年 4 月北京生物医学工程Beijing Biomedical EngineeringV ol125 N o12Apr. 2006电阻抗成像技术王晖高建波骆剑平摘要介绍了一种新的医学图像重建技术———电阻抗成像技术( EIT) 。
EIT 依据生物组织不同部位的导电参数(电阻率、介电常数Π电容率) 以及同一部位在正常和病变时导电参数的变化来判断疾病的源。
EIT 设备通过对体组织表面电流、电压的施加及测量来获知体组织内部导电参数的分布, 并重建出反映体组织内部的图像。
详细分析了EIT 成像中遇到的关键问题以及现有的主要应对方法, 列举了EIT 技术在临床医学上的应用现状, 同时对EIT 在技术和临床上的发展趋势进行了展望。
关键词电阻抗成像图像重建反问题不适定性正则化中图分类号T M938184 文献标识码A 文章编号100223208 (2006) 022*******R evie w of E lectrical Imped ance Tomogra p hy WANG Hui , G AO Jianbo , LUO Jianping Faculty o f Inf o rmation Engineering , S h enzhen Univer sity , S h enzhen , Guangdong Province 518060【Abstract】 A new image reconstruction technology —E lectrical Im pedance T om ography ( EIT) is presented. EIT can find the diseased tissue in accordance w ith the fact that different tissues have different electrical properties ( e lectrical conductivity and permittivity) and the same tissue has different electrical properties based on whether it is in normal state or pathological changes. Facilities based on EIT technology obtain the distribution of electrical properties through the placement and measurement of the currents and v oltages on the surface of the tissue , and reconstruct the images of the tissue by related reconstruction alg orithm. A fter that the main questions of EIT and corresponding solutions is analy zed. F inally , the ty pical applications of EIT in medicine and the trend of EIT are dem onstrated.【K ey w ords】electrical im pedance tom ography ( EIT) image reconstruction inverse problem ill-posed regularization1 电阻抗成像的概念及分类对体内组织电特性的研究有利于医学诊断。
人体肺功能生物电阻抗成像技术
为精确求解正问题 ,对均匀剖分网格所生成的 一组解中 ,选择后验误差较大的单元进行再细分 。
格法的混合算法 ,提高了正问题解的精确度及计算 效率 。
图 1 V 循环多重网格 Fig. 1 V cycle multigrid algorithm
基于自适应的多重网格法剖分 ,在第三次加密 剖分 时 得 到 957 个 节 点 和 1868 个 单 元 , 如 图 2 所示 。 112 正则化的高斯2牛顿法
Key words :medical electrical impedance tomography ( EIT) ; inverse problem ; image reconstruct ; lung functional imaging ; prior information 中图分类号 R318 文献标识码 A 文章编号 025828021 (2008) 0520663206
收稿日期 : 2008201220 , 修回日期 : 2008206220 。 基金项目 : (国家自然科学基金重点项目 (50337020) ;国家科技支撑计划 (2006BAI03A00) 。 3 通讯作者 。 E2mail : hxwang @tju. edu. cn
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中 国 生 物 医 学 工 程 学 报
9< 9 n+
-
9< 9 n-
ds
k = 1 ,2 , …, m
(2)
式中 , n 是内部单元边界法线方向 。
生物医学电阻抗成像技术
第一章绪论进入21世纪，生物医学工程迅猛发展，如何将先进得科学技术用于人体医学检查及各项机能测试，从而提高人类对疾病得早期预防与治疗，增强机体功能、提高健康水平一直就是人们共同关心得问题。
因此，人们对医学检测手段得要求越来越高，检测方式已从人工主观检测发展到现在得主客观相结合。
特别就是医学影像技术得出现，使疾病得诊断更加客观与准确。
然而，通过医学实践可以发现单一形态影像诊断仪器不能满足疾病早期诊断得需要，形态与功能相结合得新型检测系统就是医学发展得需要，形态与功能相结合得新型检测系统就是医学发展得需要。
向功能性检查与疾病得早期诊断发展，向疾病得康复与愈合评价延伸，正就是现代医学发展所追求得目标。
电阻抗成像（Electrical Impedance Tomography,EIT）技术，就是以生物体内电阻抗得分布或变化为成像目标得一种新型无损伤生物医学检测与成像技术。
它通过对生物体外加一定得安全激励电流，测得生物体表面电压信号来重构生物体得阻抗分布。
由于生物组织阻抗特性差别显著，因而电阻抗成像结果明显。
利用EIT技术，可以显示生物体组织得阻抗分布图像、阻抗随频率变化得图像、生物体器官生理活动（如呼吸、心脏搏动）时阻抗变化图像。
由于采用外加安全电流激励，就是非侵入检测技术，且就是功能成像技术，在研究人体生理功能与疾病诊断方面有重要得临床价值。
它具有简便、无创廉价得优势，可作为对病人进行长期、连续监护得设备，对疾病得早期预防、诊断、治疗及医疗普查都具有十分重大得意义，一直受到众多研究者得关注。
第一节医学影像技术概况医学影像技术就是用各种成像装置采集人体内部解剖学、生理学、病理学与心理学得信息，并实现可视化得科学。
医学影像技术涉及物理学、生物学、医学、电子信息技术等多科学领域，就是典型得跨学科领域。
医学图像就是真就是物体信息得反映，但还不就是真实物体得镜像。
到目前为止得所有成像设备只能采集人体得部分信息，某种特定得医学影像就是经过数学方法得反演之后得到得被成像人得特定位置在某一时刻部分信息得可视化表达。
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R=U/I
生物电阻抗成像技术 简述
生物电阻抗成像技术 简述
生物电阻抗成像技术 分类与原理
生物电阻抗成像技术 分类与原理
注入式电阻抗成像
感应电流电阻抗成像 多频电阻抗成像
生物电阻抗成像技术 分类与原理
这是传统的电阻抗成像方法，通常采用电流输入测量电压输 出或者采用电压输入测量电流输出的方式。
Thanks
• 电阻抗成像（Electrical Impedance Tomography,EIT）是一种无创的以人体内部的电 阻率分布为目标的重建体内组织图象的技术。人 体是一个大的生物电导体，各组织、器官均有一 定的阻抗，当人体的局部器官发生病变时，局部 部位的阻抗必然与其他部位不同，因而可以通过 阻抗的测量来对人体器官的病变进行诊断。
生物电阻抗成像技术 分类与原理
磁感应断层成像（Magnet-icInductionTo-mography，MIT）是一 种有别于传统EIT和ECT的电磁成像技术。MIT的基本原理是：将容积 导体置于线圈（EXC）产生的激励磁场B中，容积导体内因电磁感应作 用而产生涡流，该涡流同时会感生出扰动磁场△B，改变了原激励磁场B 的空间分布，在测量线圈上可以检测到△B+B。当容积导体内部的电导 率σ分布发生变化时，涡流的强度和分布也会相应发生变化，进而使得 测量线圈（REC）的电压和电流也发生改变，这种电压和电流变化间接 地反映了导体的电导率分布及其变化，可用于进行容积导体电导率分布 的图像重构。
生物电阻抗成像技术 难点
生物电阻抗成像技术 难点
EIT技术的困难在于反问题的非适定性（即：由电参数确定 阻抗参数），即：边界电压的微小扰动可能引起解的巨大变化， 这就要求EIT系统要具有很高的精度。另一困难在于它的信息量 小，虽然可以用增加电极个数的方法来增加测量数据量，但就现 在算法而言，数据量的增加将使计算量迅速增大。此外，目前最 大可实现的生理阻抗变化只引起测量电压10%的变动，所以通常 认为EIT测量硬件必须有至少0.1%精度。如何实现系统的高精度、 高分辨率和算法的快速收敛是EIT技术的主要难点。
主讲人：陈睿
小组成员：蔡宏剑 陈睿 刘思晨 沈鑫 徐香连 杨威 张顶革（名字按字 母顺序，并无先后） Ppt制作：张顶革 参与制作：杨威 Nhomakorabea目录
1.生物电阻抗成像技术 简述 2.生物电阻抗成像技术 分类与原理 3.生物电阻抗成像技术 难点 4.生物电阻抗成像技术 现实发展与未来展望
生物电阻抗成像技术 简述
EIT系统大致由三部分组成：信号注入于提取、A/D转换和计 算机接口、图象重建与显示。
生物电阻抗成像技术 分类与原理
感应电流电阻抗成像（induced current electrical impedance tomography,ICEIT）是一种 新的EIT技术，它在被测目标的周围的外围放置若 干个激励线圈，对其施加时变电流，在空间产生 交变磁场，从而在被测目标内产生出感应电流。 测量目标表面相邻电极的电压差，并用此数据进 行目标区域电导率的图象重建。
生物电阻抗成像技术 分类与原理
多频电阻抗成像（Multi-frequency Electrical Impedance Tomography, MFEIT）是在EIT技术基础上发展起来的一种新型成像技术，它在多个频率激励 下测量人体组织内的阻抗信息，对这些信息进行处理，以达到更好区分不同的组 织或组织所处的不同状态的目的。由于MFEIT 提取了人体组织在多个频率下的 复阻抗信息，可通过有目的的选择频率以突出感兴趣的组织，甚至还可以通过多 个频率下的阻抗信息来估算组织阻抗模型参数，从而使最终的图象含有较多的信 息量，获得较高的成像质量。
生物电阻抗成像技术 现实发展与未来展望
现实发展与未来展望
任何生物医学工程研究都应该是以生物医学为出发点， 以生物医学的应用为最终的目标。
今后EIT的发展大致有以下几方面：
EIT作为一种对人体的检测与监测的技术有许多的优势， 1. 深化生物阻抗检测技术，提高检测精度和信噪比，采用全信息的复 其最重要的一点是可以对人体进行连续的监控，这点是能弥补 阻抗检测方法，改善理论模型，从细胞水平上提取与人体生理、病 现在很多成像技术所不具有的，而其所具有的无创，无辐射， 理状态相联系的丰富的阻抗全信息。 低成本与反复使用的功能则是其的另几大亮点。 2. 研究和改进成像算法，提高图象分辨率；另外，还要利用EIT技术 的优势，丰富和发展功能成像。 3. 多频率EIT成像和三维EIT成像。 4. 电极实用化，电极实用化应从电极材料，结构模式，提供定位信息 等方面改进。