电阻抗断层成像
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.
2D-EIT和3D-EIT仿真结果比较
2D-EIT和3D-EIT仿真结果比较周旭胜【摘要】电阻抗断层成像(Electrical Impedance Tomography,简称EIT)的原理是给人体施加微小的电流(电压),在电极上获得相应的测量电压(电流),从而根据一定的算法来实现电导率的重构.因电流在体内的传播是三维的、立体的,所以在研究二维EIT的基础上,通过仿真实验来验证三维EIT的可行性.仿真结果表明:相比2D-EIT,3D-EIT技术可以获得更为丰富的阻抗信息,重构出的图像分布更为接近真实情况.【期刊名称】《石家庄学院学报》【年(卷),期】2016(018)003【总页数】6页(P32-37)【关键词】成像;重构;3D-EIT【作者】周旭胜【作者单位】铜陵学院电气工程学院,安徽铜陵 244061【正文语种】中文【中图分类】TM7271.1 EIT技术生物电阻抗断层成像（Electrical Impedance Tomography，EIT）技术是一种新兴的功能成像技术.它的原理是在生物体表设置一定数量的电极，选定其中两个施加微弱电流后，通过测量其他电极上的电压来计算出生物体内电导率的分布［1］.模型图如图1所示：EIT有着其他医学成像技术无法比拟的优点，主要体现在：1）成像过程中没有使用核素和射线，对人体无害，可以多次重复测量来获取最佳成像效果.2）功能性成像，成像速度快.3）系统成本低，携带方便，且不要求特殊的工作环境.因此，该技术有着非常诱人的应用前景.目前的临床研究主要集中在肠胃与食管功能成像、肺功能成像、脑部功能成像和心脏功能成像等方面［2］.1.2 发展历程EIT技术早在上世纪20年代就有所涉及，当时有地质学家给地层注入电流，通过观察不同地层的阻抗特性不同，来确定地下矿藏的分布情况.但直至1976年才由美国学家Swanson首次提出电阻抗成像的原理；1982年，英国Sheffield大学Brown和Barber首次获得了阻抗成像，并在1983年公开了他们构建的16电极EIT系统，并给出了成像结果.1995年，希腊Demokritos大学C.S.Koukourlis和Thessaloniki大学的J.N.Sahalos做出了一个32电极数据采集系统；此后，国内也出现了许多EIT研究小组和机构，尤其是第四军医大学及中国医学科学院等著名大学，对EIT的发展起到了很大的推动作用［3-5］.2.1 硬件系统EIT硬件系统的主要功能包括：电流的注入、电压的采集和处理以及图像的生成，其原理框图如下图2所示.系统工作时，首先由数字电子合成技术（DDS）在DSP的控制下获得正弦信号，经压控电流源（VCCS）转化成幅度稳定的电流.然后由开关阵列选择电流输入到指定电极，同时测量其它电极上的电压.最后将采集到的数据经过解调、放大和A/D 转换，再输入到DSP进行预处理，由计算机完成图像的重构［2］.2.2 EIT软件实现EIT软件实现过程主要包括两个方面，正问题求解和逆问题研究［6］.前者的实质是电磁场边值问题的求解，即根据已知电导率求出边界电压；后者是前者的逆过程，即根据边界电压求出电导率分布情况，完成图像的重构.2.2.1 正问题EIT正问题求解主要有解析法和数值计算法两大类.前者适用于均匀固定的场域，后者则可用于对非均匀场域的求解，因EIT正问题研究的场域是未知的，不均匀的，所以常用数值计算法来进行求解［2］.有限元方法求解正问题是从Laplace方程▽·（σ▽φ）=0，出发，在对对象场域进行单元剖分的基础上，对其进行变分和单元插值，进而得到有限元方程因此，若施加边界条件，即可计算出场域中各点电势.2.2.2逆问题EIT逆问题是指以测量电压为基础，通过各种算法得到电导率分布的过程.该过程具有不适定性，也即建立的方程没有真正意义上的解，因此，不能通过一般解方程的方法来求解，只能通过设置一些初始值来进行多次迭代，寻求最佳近似解.这种得到近似解的方法通常称为正则化技术，其过程为：首先建立最小化泛函然后运用合适的迭代公式，如牛顿—拉夫逊迭代算法公式来找到电阻抗z的最优解.2.2.3 仿真实验本次实验是以MATLAB软件作为平台编程实现的，因该软件中不同的数字可以表示不同的颜色，所以以下的电阻和电导率等参数没设单位，仅用不同大小的数字就足以区分开来.设置场域为一圆域，半径为14，场域的初始电导率为0.025，有限元剖分节点数为279，单元数为1049，如下图3所示.在圆域下方设置成像目标，电导率为0.5，如图4所示.运用牛顿-拉夫逊算法对其进行图像重构，结果如下图5所示.可见，通过一定的算法，得到的重构图像能够很清楚的反映场域模型中电导率的分布.目前，国内外研究小组对2D-EIT技术的研究已趋于成熟，研究成果很多，但由于注入的电流在人体内部并不是以平面方式扩散，而是立体传播，2D-EIT仅能获取的阻抗的平面信息，因此，为获取更为丰富的电阻抗信息，3D-EIT技术的研究就显得日益重要［6］.相比二维EIT而言，3D-EIT技术的优点主要体现在两个方面：获取的阻抗信息更为丰富和测量系统更接近模型［7］.三维EIT的实现过程和原理基本与二维EIT相同，分为正问题求解和逆问题研究两个过程.3.1 正问题正问题研究的关键是场域的数学模型分析.3D-EIT的数学模型种类很多，如连续模型CM（Continuous Model）、间隙模型GP（Gap Model）、分流模型SM （Shunting Model）和全电极模型CEM（Complete Electrode Model），其中，全电极模型被认为是最合理、最为贴近真实情况的模型［8］.全电极模型的特点是考虑了电极与场域间的接触阻抗.因此，每个电极上的电势为式中，φ为目标区域表面的电位，为接触阻抗上的压降，L为电极数.施加第二类边值条件或Neumann边值条件，应用有限元方法，即可对正问题进行求解.3.2 逆问题逆问题研究的实质是重构出电导率的分布，与二维EIT相似，3D-EIT的图像重构算法一般也是基于正则化技术来实现的.首先构建目标函数：然后通过迭代重构算法，找出使z（σ）最小时对应的σ值就是所要求的最佳解. 3.3 仿真实验本次实验假设场域为一四面体联通的圆柱体模型，有限元剖分结果为376个三角形，共252个节点，模型周围有两层共32个电极.设置场域的原始电导率为1.25，成像目标的电导率为25，电极与场域的基础阻抗为50，分别如图6、图7、图8所示.选用一定的算法对其进行图像重构，得到重构结果如图9所示.图9中，（a）图为圆域模型的6个界面图，选取的位置分别为z=2.63，z=2.10，z=1.72，z=1.10，z=0.83，z=0.10；（b）图为目标图像的重构图像.对比图5和图9可以看出，无论是2D-EIT还是3D-EIT，其成像结果均能够清楚的反映场域模型中电导率的分布情况，但不同的是，3D-EIT可以获得多个截面的电导率信息，这就相当于是对2D-EIT进行了多次测量.因此，3D-EIT成像结果所包含的信息量要丰富很多，比后者要更为接近真实的显现电导率分布情况，可见在临床实践中，对3D-EIT的研究具有非常的现实意义和应用前景.【相关文献】［1］任超世，邓娟，王姘.电阻抗断层成像应用技术研究［J］.中国医疗器械杂志，2007，31（4）：1-4.［2］周舟，胡晓明.EIT技术的研究进展［J］.计算机与信息技术，2010，143（10）：95-96. ［3］周旭胜.基于matlab的EIT图像重构算法研究［D］.南京：南京理工大学，2010.［4］BARBERD.C，BROWNB.H.Applied Potential Tomography［J］.Phy.Eand Sci.Instru，1984，（17）：723-733.［5］王妍，任超世.3D-EIT图像重建的研究进展［J］.国外医学生物医学工程分册，2003，26（6）：265-268.［6］王戬.电阻抗成像算法的研究［D］.济南：山东大学，2006.［7］DAVIDMS，DOUGLASLM，THOMASEH.Three-DimensionalMillimeter-wave Imaging forConcealedWeaponDetection［J］.IEEE TransMicrowaveTheory Tech，2001，（49）：1581-1592.［8］黄薏宸.三维电阻抗成像模型与算法研究［D］.重庆：重庆大学，2013.。
图像处理第7章 图像投影重建
设f(x,y)在以原点为圆心的单位圆Q 外为0，现考虑有一条由发射源到接 收器的直线在平面上与f(x,y)在Q内
相交，这条直线用两个参数来确定： 1，它与原点的距离s；2，它与Y轴 的夹角θ。
7.2.1 投影重建图像示意图
7.2.1 基本模型
沿直线（s, θ ）对 f（x,y)的积分
设Q为单位圆，积分上下限分别为t和-t
7.4 逆投影重建
7.4.1 逆投影重建原理
将从各个方向得到的投影逆向返回到该方向的各个位置，如果对多个 投影方向都进行这样的逆投影并叠加结果，就有可能建立平面上的一 个分布。
（a）分别给出水平投影和逆投影的示意图，发射源发出均匀射线，由 于所穿透物体各处密度不同，各接收器得到的响应不同。
（b）给出垂直投影和逆投影的示意图，与水平方向的效果类似
讨论接收器在一段弧上等角度间隔排列的情况，
用（s, θ）所指定的一条射线可看做是一组用（α，β）指定 的射线中的一条，其中α是该射线与中心射线的离散角，β 是源与原点连线和Y轴夹角，它确定了源的方向。
（7.2.5）
7.2.2 拉东变换
对f(x, y)沿一个固定角度投影结果的1-D傅里叶变换对 应f(x, y)的2-D傅里叶变换中沿相同角度的一个剖面/层， 如图7.2.3.
7.3 傅里叶反变换重建
基于变换的重建方法，它是首先在投影中得到应用的方法
1. 基本步骤和定义
(1) 建立数学模型，其中已知量和未知量都是连续实数的函数 (2) 利用反变换公式（可有多个等价的）解未知量 (3) 调节反变换公式以适应离散、有噪声应用的需求 重建算法： 设图象区被1个直角网格所覆盖，K为X方向上的点数，L为Y方向上的
(7.2.1)
7.2.2 拉东变换
基于EfficientNet编码器的改进UNet模型电阻抗成像算法
基于EfficientNet编码器的改进UNet模型电阻抗成像算法万静;李兴五;高国忠【期刊名称】《电脑知识与技术》【年(卷),期】2024(20)1【摘要】电阻抗成像(Electrical Impedance Tomography,EIT)技术是一种低成本、非入侵的断层成像技术,使用传统算法求解逆问题进行成像时,存在非线性不适定的问题。
最近,基于学习的深度学习方法已成为断层图像重建的新前沿。
为此,结合基于UNet网络和EfficientNet编码器的结构,提出了EfficientUNet算法。
采用该方法,对含有位置、大小和数目不同目标体的被测场域进行图像重建。
此外,考虑EIT正问题中传感器的对称几何结构,将数据预处理成EIM(Electrical Im-pedance Maps)电压矩阵的形式。
并添加不同等级的高斯白噪声验证其抗噪能力,与DensPSPNet深度学习方法作比较。
仿真结果表明,EfficientUNet算法可以有效地进行EIT图像重建,重建的电导率分布图像分辨率高、抗噪声能力强、泛化能力好。
【总页数】5页(P6-9)【作者】万静;李兴五;高国忠【作者单位】长江大学地球物理与石油资源学院【正文语种】中文【中图分类】TP18【相关文献】1.基于线性元的电阻抗成像的数学模型和算法2.基于改进椭圆模型的双站斜飞SAR成像算法3.基于改进降噪自编码器半监督学习模型的热轧带钢水梁印识别算法4.基于改进低秩稀疏正则化的CFRP电阻抗层析成像算法研究5.一种基于改进U-Net模型的电磁层析成像算法因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
人体组织电特性磁共振断层成像(MR EPT)技术进展
人体组织电特性磁共振断层成像(MR EPT)技术进展辛学刚【摘要】科学研究早已证实,人体组织的电特性参数(包括电导率和电容率)在正常组织与肿瘤组织之间差异较大,因此测量人体活体组织的电特性参数变化有可能成为肿瘤早期诊断的有效手段.磁共振成像(MRI)本质上是非电离电磁场,即强的静磁场、梯度磁场和射频电磁场与人体组织的相互作用,因此MRI影像信息中必然包含人体组织的电特性信息.MRI领域近年来新兴的研究热点之一人体组织电特性磁共振断层成像(MR EPT)技术,其就是研究如何从MRI影像信息中有效提取人体组织电特性信息.本文概述MR EPT技术的产生背景,从反映电磁场基本运动规律的麦克斯韦方程组出发,解析给出MR射频场与人体组织电特性参数之间的量化关系,深入剖析了3T和7T不同场强下MR EPT成像方法的国际研究进展以及潜在的技术突破口.同时,还介绍目前运用MR EPT技术开展的动物实验和前期临床人体测试等情况,展示这一新兴技术的诱人前景.【期刊名称】《中国生物医学工程学报》【年(卷),期】2015(034)001【总页数】8页(P83-90)【关键词】生物组织电特性;人体组织电特性磁共振断层成像;磁共振射频;癌症早期检测【作者】辛学刚【作者单位】南方医科大学生物医学工程学院,广州510515;纽约大学医学院Bernard and Irene Schwartz生物医学成像中心,纽约10016,美国【正文语种】中文【中图分类】R318引言人体组织电特性磁共振断层成像(magnetic resonance electrical properties，MR EPT)技术是在传统质子磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)技术的基础上，通过检测能够反映人体组织非均匀电特性(electrical properties，EPs)分布的磁共振射频场(radiofrequency field，RF field)，来计算得到人体组织各处的EPs分布的新兴的MR成像是近年来MR领域备受瞩目的研究热点之一。
创伤性脑水肿甘露醇脱水治疗电阻抗断层成像实时监测的研究
术对甘露醇脱水功效的监护作用 。方法
员甘露醇脱水过程中相应 的电阻抗一维指标与二维 图像 变化 ， 每人选取 干扰较少 的 ４次脱水 过程进行分 析 ， 并记录相应的排尿量和液体摄入量 ， 分析在 甘露 醇 的脱 水过程 中 电阻抗指标 变化 。结 果 升时阻抗值 降低 ， 对应的 ＥＴ二维图像也发生相应 的变化 。结论 Ｉ
ｔａ ｒ ｕｍ ａ ｃ ｂｒ ｉ ｉ ｔ ａ ｎ ｅ ｍ ａ ｄｅ ｗｉｈ ｍ ａ ｎｉｏ ｄ ｈ ｔ ｎ ｔ ｌ ｅ ｙｄｒ ｉｏ Ｆｅ ａｔ ｎ ｉ Ｚｈｏ ｕ， Ｌｉ ｎ Ｂｉｇ， Ｆｕ Ｆｅ ｇ ｏ ｉ ｌ ｆ ｏ ｒ Ｍｉｔｒ Ｍｅ ｉ ｌ Ｕ ｉ ｒ ｔ， Ｘ ’ ｎｔｕ ｏ Ｎ ｕｏｕｇ ｒ ， ｎ Ｈ ｓ ｔ ｏ Ｆ ｕｔ ｉｅ ｐａ ｈ ｌａｙ ｉ ｄｃ ｎｖ ｓｙ ａ ｅｉ ｉ 帆
ｄ ｎｉｎｌ ｍ ｇ ｅｅｒｃｒｅ ．Ｆ ｒ ａｈｓｂｅｔ ｔｅｉｄ ｘｏ ｅｔｃ ｅａ ｃ ｅｐｅｅｓ ｉ ｓ ａ ｉ ａｅｗ ｒ ｅｏｄ ｄ ｏ ｅｃ ｕｊｃ ，ｈ ｅ ｆ ｌ ｒ ａ ｉ ｄ ｎ ｅｉ ｔ ｒｃｓ ｍｅ ｏ ｎ ｅ ｃ ｉｌ ｍｐ ｎｈ
ｏ ｈ ｄ ａ ｉｎ ｗａ ｅ ｅ ｔｄ ａ ｄ ａ ａｙ ｅ ｏ ｏ ｒ ｔ ｓ Ａｎ ｈ ｒｎ ｒ ｕｔ ｔａ ｄ ｌｑ ｕ ｎｔｋ ｆｄｅ ｙ ｒ ｔ ｓｄ ｔｃ ｅ ｎ ｎ ｌ ｚ ｄ ｆ ｒｆ ｕ ｉ ｏ ｍｅ ． ｄ ｔ ｅ ｕ ａ ｙ ｏ ｐｕ ｎ ｉ ｉ ｄ ｉ ａ ｅ ｉ ｗｅｅ ｒ ｃ ｒ ｅ ｒ ｅ ｏ ｄ ｄ．Ｒｅ ｕｌ Ｉ ｈ ｒ ｃ ｓ ｆｄ ｈ ｄ ａ ｉｎ，ｗｉｈ ｔｅ ｃ ａ ｇ ｆｂ ａｎ ｗａｅ ｏ ｔ ｎ ，ｔ ｓ ｔ ｎ ｔ ｅ ｐ ｏ ｅ ｓｏ ｅ ｙ ｒ ｔ ｏ ｔ ｈ ｈ ｎ ｅ ｏ ｒ ｉ ｔｒｃ ｎ ｅ ｔ ｗｏ
6种生物电极在颅脑电阻抗成像中的性能比较研究
矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。
电阻层析成像
电阻层析成像电阻层析成像（Electrical Resistance Tomography, ERT）是一种非侵入式的成像技术，利用电流通过物体时的电阻变化来重建物体内部的电导率分布。
它广泛应用于医学、工业领域以及地质勘探等领域。
电阻层析成像的原理是利用电流通过物体时，不同组织或介质对电流的导电性有不同的响应。
当电流通过物体时，不同组织或介质对电流的传导有不同的阻力，从而产生不同的电压分布。
通过测量物体表面上的电压分布，可以推断出物体内部的电阻分布情况。
通过多个测量点的电压分布，可以建立一个数学模型，并利用数值计算方法来求解物体内部的电阻分布，从而得到物体内部的电导率分布。
电阻层析成像技术具有许多优点。
首先，它是一种非侵入式的成像技术，无需对被测物体进行破坏性操作。
其次，电阻层析成像可以实时监测物体内部的电导率分布，能够提供连续的成像结果。
此外，电阻层析成像的设备相对简单，成本较低，易于实现。
电阻层析成像在医学领域应用广泛。
在医学影像诊断中，电阻层析成像可以用于检测人体内部的异常情况，如肿瘤、内脏器官的炎症等。
通过测量人体表面的电压分布，可以重建人体内部的电导率分布，从而实现对病灶的检测和定位。
与传统的X射线成像相比，电阻层析成像无辐射，安全性更高。
在工业领域，电阻层析成像可以用于监测材料的质量和流动状态。
例如，在注塑过程中，电阻层析成像可以实时监测塑料熔体的流动情况，检测是否存在气泡、缺陷等问题。
此外，电阻层析成像还可以应用于液体分布的监测、管道堵塞的检测等工业应用。
在地质勘探中，电阻层析成像可以用于地下水的探测和矿产资源的勘查。
通过测量地下的电阻分布，可以了解地下水的分布情况，指导水资源的开发利用。
同时，电阻层析成像还可以用于矿产资源的勘查，通过测量地下矿体的电阻分布，可以推断出矿体的位置和形状。
然而，电阻层析成像技术也存在一些挑战和局限性。
首先，由于电流在物体内部的传导受到许多因素的影响，如电极接触电阻、电极位置等，所以测量结果可能存在一定的误差。