專利名稱：一種自構(gòu)造背景幀的電阻抗斷層成像方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電阻抗斷層成像(Electrical Impedance Tomography, EIT)領(lǐng)域,特別涉及一種自構(gòu)造背景幀的電阻抗斷層成像方法。
背景技術(shù)：
電阻抗斷層成像通過在被測(cè)目標(biāo)某一斷層表面施加一定的交流電流，并測(cè)量相應(yīng)檢測(cè)電極上的邊界電壓，然后根據(jù)一定的重建算法重構(gòu)出目標(biāo)內(nèi)部電阻率分布圖像或電阻率變化的分布圖像，前者稱為靜態(tài)EIT，后者稱為動(dòng)態(tài)EIT。靜態(tài)EIT依據(jù)一幀數(shù)據(jù)重構(gòu)被測(cè)目標(biāo)內(nèi)部電阻率的分布圖像，是一種病態(tài)性較嚴(yán)重的成像方法，易受噪聲的影響而難以獲得質(zhì)量較好的圖像，因而實(shí)用性差。但實(shí)踐對(duì)于基于一幀數(shù)據(jù)獲得被測(cè)目標(biāo)內(nèi)部電阻率分布圖像的需求一直存在。動(dòng)態(tài)EIT采用差分成像方法，將兩幀實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)做差后進(jìn)行圖像重建，可以降低噪聲的影響，因而能實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地反映被測(cè)目標(biāo)內(nèi)部電阻率的變化。中國專利·申請(qǐng)(專利號(hào)ZL 03134598.0)，公開了名稱為一種用于床旁圖像監(jiān)護(hù)的電阻抗斷層成像方法及裝置，對(duì)動(dòng)態(tài)EIT技術(shù)方案進(jìn)行了詳細(xì)披露。但動(dòng)態(tài)EIT必須對(duì)兩幀數(shù)據(jù)進(jìn)行差分才能成像，不能用一幀數(shù)據(jù)反映目標(biāo)內(nèi)部電阻率的分布。因此，需要一種自構(gòu)造背景幀的電阻抗斷層成像方法，以實(shí)現(xiàn)用一幀原始數(shù)據(jù)重建目標(biāo)內(nèi)部電阻率分布的圖像。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)使用一幀實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行電阻抗斷層成像的實(shí)踐需求，本發(fā)明的目的在于，提供一種自構(gòu)造背景幀的電阻抗斷層成像方法，該方法可以重構(gòu)目標(biāo)內(nèi)部電阻率分布的圖像。為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采取如下技術(shù)解決方案一種自構(gòu)造背景幀的電阻抗斷層成像方法，其特征在于，該方法將來自目標(biāo)上均勻分布的電極采集的一幀EIT原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入背景幀構(gòu)造系統(tǒng)中，在背景幀構(gòu)造系統(tǒng)中基于EIT原始數(shù)據(jù)對(duì)稱性映射過程構(gòu)造并輸出一幀背景幀，通過差分EIT成像將EIT原始數(shù)據(jù)和基于該數(shù)據(jù)構(gòu)造的背景幀的差值作為已知量，通過求解推算目標(biāo)內(nèi)部電阻率的分布，最后輸出EIT圖像；所述的背景幀構(gòu)造系統(tǒng)是一個(gè)軟件系統(tǒng)，它包括EIT原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入、原始數(shù)據(jù)對(duì)稱性映射矩陣的構(gòu)建、原始數(shù)據(jù)對(duì)稱性映射、背景幀的構(gòu)造和背景幀的輸出；其中所述的EIT原始數(shù)據(jù)的導(dǎo)入是將EIT硬件系統(tǒng)采集的一幀原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入到背景幀構(gòu)造系統(tǒng)，并對(duì)EIT原始數(shù)據(jù)進(jìn)行編號(hào)和存儲(chǔ)；所述的原始數(shù)據(jù)對(duì)稱性映射矩陣是存儲(chǔ)一幀EIT原始數(shù)據(jù)測(cè)量位置的矩陣，具有2行和N列元素，第一行存放測(cè)量位置在具有對(duì)稱結(jié)構(gòu)的目標(biāo)右側(cè)的原始數(shù)據(jù)的編號(hào)，第二行存放測(cè)量位置在具有對(duì)稱結(jié)構(gòu)的目標(biāo)左側(cè)的原始數(shù)據(jù)的編號(hào)，同一列兩個(gè)元素是具有對(duì)稱測(cè)量位置的EIT原始數(shù)據(jù)的編號(hào)；所述的EIT原始數(shù)據(jù)對(duì)稱性映射過程是，將一幀EIT原始數(shù)據(jù)的所有元素按照原始數(shù)據(jù)對(duì)稱性映射矩陣排列成2XN的矩陣，并將第一行或第二行的元素復(fù)制到另外一行；所述的背景幀的構(gòu)造是將經(jīng)過對(duì)稱性映射后的數(shù)據(jù)按照對(duì)稱性映射矩陣中原始數(shù)據(jù)的編號(hào)構(gòu)造一幀完整的原始數(shù)據(jù)作為背景幀；所述的背景幀的輸出是將構(gòu)造出的背景幀以EIT差分成像所需要的文件格式輸出。所述的對(duì)稱測(cè)量位置是目標(biāo)左右側(cè)對(duì)稱的測(cè)量位置。所述的測(cè)量位置是獲得一個(gè)原始數(shù)據(jù)的兩個(gè)電極的位置。本發(fā)明的方法可以實(shí)現(xiàn)用一幀EIT原始數(shù)據(jù)重構(gòu)目標(biāo)內(nèi)部電阻率分布圖像。


圖I是本發(fā)明的方法流程圖。圖2是實(shí)施例的流程圖。圖3是實(shí)施例的目標(biāo)及電極分布示意圖。圖4是實(shí)施例的部分對(duì)稱測(cè)量位置示意圖。圖5是實(shí)施例重建出的近似橢圓目標(biāo)的電阻率分布圖。
具體實(shí)施例方式首先需要說明的是，以下的實(shí)施例僅用于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，本發(fā)明并不限于該實(shí)施例，凡是由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)發(fā)明的技術(shù)方案做出的等效替換和增加，同樣屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。參見圖1，本實(shí)施例給出一種自構(gòu)造背景幀的電阻抗斷層成像方法，將來自目標(biāo)上均勻分布的電極采集的一幀EIT原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入背景幀構(gòu)造系統(tǒng)中，在背景幀構(gòu)造系統(tǒng)中基于EIT原始數(shù)據(jù)對(duì)稱性映射過程構(gòu)造并輸出一幀背景幀，通過差分EIT成像將EIT原始數(shù)據(jù)和基于該數(shù)據(jù)構(gòu)造的背景幀的差值作為已知量，通過求解推算目標(biāo)內(nèi)部電阻率的分布，最后輸出EIT圖像；該方法的核心是基于EIT原始數(shù)據(jù)對(duì)稱性映射過程構(gòu)造背景幀，本實(shí)施例中，通過背景幀構(gòu)造系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。背景幀構(gòu)造系統(tǒng)是一個(gè)軟件系統(tǒng)，其功能是利用一幀EIT原始數(shù)據(jù)構(gòu)造背景幀并輸出。它包括EIT原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入、原始數(shù)據(jù)對(duì)稱性映射矩陣的構(gòu)建、原始數(shù)據(jù)對(duì)稱性映射、背景幀的構(gòu)造和背景幀的輸出。其中，EIT原始數(shù)據(jù)的導(dǎo)入用于將EIT硬件系統(tǒng)采集的一幀原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入到背景幀構(gòu)造系統(tǒng)，并對(duì)EIT原始數(shù)據(jù)進(jìn)行編號(hào)和存儲(chǔ)。原始數(shù)據(jù)對(duì)稱性映射矩陣是存儲(chǔ)一幀EIT原始數(shù)據(jù)測(cè)量位置的矩陣，具有2行和N列元素，第一行存放測(cè)量位置在目標(biāo)右側(cè)的原始數(shù)據(jù)的編號(hào)，第二行存放測(cè)量位置在目標(biāo)左側(cè)的原始數(shù)據(jù)的編號(hào)，同一列兩個(gè)元素是具有對(duì)稱測(cè)量位置的EIT原始數(shù)據(jù)的編號(hào)。目標(biāo)是具有對(duì)稱結(jié)構(gòu)的目標(biāo)。測(cè)量位置是獲得一個(gè)原始數(shù)據(jù)的兩個(gè)電極的位置。對(duì)稱測(cè)量位置是目標(biāo)左右側(cè)對(duì)稱的測(cè)量位置。EIT原始數(shù)據(jù)對(duì)稱性映射是，將一幀EIT原始數(shù)據(jù)的所有元素按照原始數(shù)據(jù)對(duì)稱性映射矩陣排列成2XN的矩陣，并將第一行或第二行的元素復(fù)制到另外一行。
背景幀的構(gòu)造是將經(jīng)過對(duì)稱性映射后的數(shù)據(jù)按照對(duì)稱性映射矩陣中原始數(shù)據(jù)的編號(hào)構(gòu)造一幀完整的原始數(shù)據(jù)作為背景幀。背景幀的輸出是將構(gòu)造出的背景幀以EIT差分成像所需要的文件格式輸出。差分EIT成像是用EIT原始數(shù)據(jù)和基于該數(shù)據(jù)構(gòu)造的背景幀的差值作為已知量，通過求解推算目標(biāo)內(nèi)部電阻率的分布。本實(shí)施例用16電極EIT系統(tǒng)實(shí)測(cè)的一幀原始數(shù)據(jù)構(gòu)造背景幀并進(jìn)行差分成像，如圖2所示。在此實(shí)施例中，采用近似橢球的對(duì)稱物體作為目標(biāo)，其二維斷面如圖3所示。16個(gè)EIT電極編號(hào)為O 15,其中的電極4和電極12位于目標(biāo)的對(duì)稱軸上,其它14個(gè)電極對(duì)稱地分布于目標(biāo)兩側(cè)。EIT系統(tǒng)按照對(duì)向激勵(lì)-鄰近測(cè)量模式產(chǎn)生的一幀EIT原始數(shù)據(jù)，包含192個(gè)double類型的邊界電壓。在本實(shí)施例中，背景巾貞構(gòu)造系統(tǒng)是一個(gè)借助于第三方編程環(huán)境建立起來的一個(gè)軟件系統(tǒng)，其功能如圖2虛線框內(nèi)區(qū)域所示。在該系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)被導(dǎo)入后以變量的形式被調(diào)用 和存儲(chǔ)。在本實(shí)施例中，EIT原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入程序按照邊界電壓產(chǎn)生的順序?qū)⒚恳粋€(gè)邊界電壓導(dǎo)入到背景幀構(gòu)造系統(tǒng)，導(dǎo)入完畢后將它們編號(hào)I 192。最后將編號(hào)和對(duì)應(yīng)的邊界電壓存儲(chǔ)于2X192的矩陣Ml中。矩陣Ml的第一行存儲(chǔ)邊界電壓的編號(hào)，第二行存儲(chǔ)與編號(hào)相應(yīng)的邊界電壓。在EIT對(duì)向激勵(lì)-鄰近測(cè)量模式中，除激勵(lì)電極外，相鄰的兩個(gè)測(cè)量構(gòu)成一個(gè)測(cè)量位置。對(duì)稱測(cè)量位置是目標(biāo)左右側(cè)對(duì)稱的測(cè)量位置。本實(shí)施例中部分對(duì)稱測(cè)量位置如圖4所示。在目標(biāo)前后施加激勵(lì)信號(hào)時(shí)，如在電極4和電極12施加激勵(lì)電流I時(shí)，如圖4 (a)所示，測(cè)量位置用大寫英文U和數(shù)字標(biāo)記出來，如電極5和電極6之間的測(cè)量位置標(biāo)記為U66 ;對(duì)稱測(cè)量位置用(*同樣的數(shù)字)來標(biāo)記，如對(duì)稱測(cè)量位置U66和U79分別標(biāo)記為U66(*1)和U79 (*1)。在對(duì)稱電極上施加激勵(lì)信號(hào)時(shí)，如在電極3和電極11施加激勵(lì)電流I時(shí)與在電極5和電極13施加同樣的激勵(lì)電流時(shí)，如圖4 (b)所示，也存在這樣的對(duì)稱測(cè)量位置，如在電極3和電極11施加激勵(lì)電流I時(shí)電極4和電極5組成的測(cè)量位置U50和在電極5和電極13施加激勵(lì)電流I時(shí)電極4和電極3組成的測(cè)量位置U95就是一對(duì)對(duì)稱測(cè)量位置。在此條件下，一對(duì)對(duì)稱測(cè)量位置用(*相同數(shù)字)或(**相同數(shù)字)來標(biāo)記。在其它對(duì)稱電極上分別施加激勵(lì)電流I，可得相應(yīng)的對(duì)稱測(cè)量位置。在本實(shí)施例中，構(gòu)造原始數(shù)據(jù)對(duì)稱性映射矩陣是建立一個(gè)2X96的矩陣M2，使其第一行存放目標(biāo)右側(cè)96個(gè)EIT邊界電壓的編號(hào)，第二行存放目標(biāo)左側(cè)96個(gè)EIT邊界電壓的編號(hào)，并保證同一列兩個(gè)編號(hào)對(duì)應(yīng)的邊界電壓是在對(duì)稱測(cè)量位置上獲得的。EIT原始數(shù)據(jù)對(duì)稱性映射過程是，按照矩陣M2中的邊界電壓編號(hào)將矩陣Ml中的192個(gè)邊界電壓存儲(chǔ)在2X96的矩陣M3中，并將M3的第一行或第二行的元素復(fù)制到另外一行得到矩陣M4。接下來是基于矩陣M4構(gòu)造背景幀，主要是指將2 X 96的矩陣M4中的每一個(gè)元素按照M2中對(duì)應(yīng)的編號(hào)a轉(zhuǎn)存到I X 192的矩陣M5中的第a個(gè)位置。矩陣M5的192個(gè)邊界電壓組成一個(gè)完整的背景幀。背景幀構(gòu)造完畢后，將其改造成重建算法能接受的文件格式輸出。本實(shí)施例采用的EIT差分成像方法，不是基于兩幀原始數(shù)據(jù)的差分成像，而是用一幀原始數(shù)據(jù)幀和基于該原始數(shù)據(jù)構(gòu)造的背景幀的差值推算目標(biāo)內(nèi)部電阻率分布。最后，將重建出的電阻率分布圖像在計(jì)算機(jī)顯示器上顯示出來，如圖5所示。
權(quán)利要求
1.一種自構(gòu)造背景幀的電阻抗斷層成像方法，其特征在于，該方法將來自目標(biāo)上均勻分布的電極采集的一幀EIT原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入背景幀構(gòu)造系統(tǒng)中，在背景幀構(gòu)造系統(tǒng)中基于EIT原始數(shù)據(jù)對(duì)稱性映射過程構(gòu)造并輸出一幀背景幀，通過差分EIT成像將EIT原始數(shù)據(jù)和基于該數(shù)據(jù)構(gòu)造的背景幀的差值作為已知量，通過求解推算目標(biāo)內(nèi)部電阻率的分布，最后輸出EIT圖像； 所述的背景幀構(gòu)造系統(tǒng)是一個(gè)軟件系統(tǒng)，它包括EIT原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入、原始數(shù)據(jù)對(duì)稱性映射矩陣的構(gòu)建、原始數(shù)據(jù)對(duì)稱性映射、背景幀的構(gòu)造和背景幀的輸出；其中 所述的EIT原始數(shù)據(jù)的導(dǎo)入是將EIT硬件系統(tǒng)采集的一幀原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入到背景幀構(gòu)造系統(tǒng)，并對(duì)EIT原始數(shù)據(jù)進(jìn)行編號(hào)和存儲(chǔ)； 所述的原始數(shù)據(jù)對(duì)稱性映射矩陣是存儲(chǔ)一幀EIT原始數(shù)據(jù)測(cè)量位置的矩陣，具有2行和N列元素，第一行存放測(cè)量位置在具有對(duì)稱結(jié)構(gòu)的目標(biāo)右側(cè)的原始數(shù)據(jù)的編號(hào)，第二行 存放測(cè)量位置在具有對(duì)稱結(jié)構(gòu)的目標(biāo)左側(cè)的原始數(shù)據(jù)的編號(hào)，同一列兩個(gè)元素是具有對(duì)稱測(cè)量位置的EIT原始數(shù)據(jù)的編號(hào)； 所述的EIT原始數(shù)據(jù)對(duì)稱性映射過程是，將一幀EIT原始數(shù)據(jù)的所有元素按照原始數(shù)據(jù)對(duì)稱性映射矩陣排列成2XN的矩陣，并將第一行或第二行的元素復(fù)制到另外一行；所述的背景幀的構(gòu)造是將經(jīng)過對(duì)稱性映射后的數(shù)據(jù)按照對(duì)稱性映射矩陣中原始數(shù)據(jù)的編號(hào)構(gòu)造一幀完整的原始數(shù)據(jù)作為背景幀； 所述的背景幀的輸出是將構(gòu)造出的背景幀以EIT差分成像所需要的文件格式輸出。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述的對(duì)稱測(cè)量位置是目標(biāo)左右側(cè)對(duì)稱的測(cè)量位置。
3.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述的測(cè)量位置是獲得一個(gè)原始數(shù)據(jù)的兩個(gè)電極的位置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種自構(gòu)造背景幀的電阻抗斷層成像方法，該方法將來自目標(biāo)上均勻分布的電極采集的一幀EIT原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入背景幀構(gòu)造系統(tǒng)中，在背景幀構(gòu)造系統(tǒng)中基于EIT原始數(shù)據(jù)對(duì)稱性映射過程構(gòu)造并輸出一幀背景幀，通過差分EIT成像將EIT原始數(shù)據(jù)和基于該數(shù)據(jù)構(gòu)造的背景幀的差值作為已知量，通過求解推算目標(biāo)內(nèi)部電阻率的分布，最后輸出EIT圖像；可以實(shí)現(xiàn)用一幀EIT原始數(shù)據(jù)重構(gòu)目標(biāo)內(nèi)部電阻率分布圖像。
文檔編號(hào)A61B5/00GK102894961SQ20121042603
公開日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月30日
發(fā)明者董秀珍, 馬結(jié)實(shí), 付峰, 尤富生, 史學(xué)濤, 劉銳崗, 季振宇, 徐燦華, 代萌 申請(qǐng)人:中國人民解放軍第四軍醫(yī)大學(xué)