一種聚焦式的電阻抗斷層成像信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電阻抗斷層成像信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)，特別涉及一種聚焦式的電阻抗斷層成像檢測(cè)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]電阻抗斷層成像(Electrical Impedance Tomography,簡(jiǎn)稱(chēng)EIT)是根據(jù)人體內(nèi)不同組織在不同的生理、病理狀態(tài)下具有不同的電阻/電導(dǎo)率，采用各種方法給人體施加小的安全驅(qū)動(dòng)電流/電壓，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電流/電壓在人體的測(cè)量響應(yīng)信息，重建人體內(nèi)部的電阻率分布或其變化的圖像技術(shù)。電組抗斷層成像技術(shù)由于其可以對(duì)人體組織實(shí)現(xiàn)功能成像，因而在某些癌癥等疾病的早期檢查診斷時(shí)，具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。
[0003]目前的電阻抗成像系統(tǒng)大都集中于二維斷層成像，而對(duì)于三維研究物體，由于布置在研究對(duì)象表面的電極向研究對(duì)象注入電流后，在研究對(duì)象內(nèi)部會(huì)發(fā)生電流三維發(fā)散現(xiàn)象，對(duì)二維斷層成像阻抗信號(hào)的檢測(cè)和圖像重建的結(jié)果都產(chǎn)生十分重要的影響。為此，國(guó)內(nèi)外很多專(zhuān)家學(xué)者都對(duì)三維研究物體的電阻抗成像信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)以及檢測(cè)方法進(jìn)行了研究。
[0004]在三維電阻抗成像方面，可以通過(guò)設(shè)置多層電極陣列，檢測(cè)同一時(shí)刻多個(gè)斷層的數(shù)據(jù)來(lái)反映三維EIT成像結(jié)果。Rabbani等人采用兩個(gè)電極平面來(lái)定義三維研究物體，實(shí)現(xiàn)了三維EIT成像；1999年，Vauhkonen等人將全電極模型應(yīng)用到了三維研究物體的EIT的信號(hào)檢測(cè)，取得了較好的效果；Sheffield大學(xué)的研究組采用三維電極進(jìn)行了三維EIT檢測(cè)成像可行性方面的研究；天津生物醫(yī)學(xué)工程研究院采用空間電阻網(wǎng)絡(luò)模擬三維EIT成像的被測(cè)場(chǎng)域的方法實(shí)現(xiàn)三維EIT的測(cè)試和評(píng)價(jià)。另外，宮蓮、Hyaric、Tzu_Jen Kao等人從算法上對(duì)二維EIT算法進(jìn)彳丁了改進(jìn)。
[0005]由上可知，目前在二維物體EIT成像方面的研究較為深入，而三維研究物體由于電流的發(fā)散，EIT成像信號(hào)的檢測(cè)受到了限制，無(wú)論是三維EIT檢測(cè)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，還是三維EIT成像算法的改進(jìn)，都需要檢測(cè)大量的信號(hào)數(shù)據(jù)，一方面加大了檢測(cè)的難度，另一方面加大了計(jì)算的數(shù)據(jù)量。從根本上來(lái)講，三維研究物體的EIT成像問(wèn)題并沒(méi)有得到很好地解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是克服上述現(xiàn)有的電阻抗斷層成像信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)的缺點(diǎn)，提出一種聚焦式的電阻抗斷層成像信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)。
[0007]本發(fā)明聚焦式電阻抗斷層成像信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)主要包括:聚焦式電極陣列、激勵(lì)電流源模塊、聚焦電流源模塊、信號(hào)檢測(cè)處理模塊、控制模塊和電阻抗斷層成像算法模塊;所述的聚焦式電極陣列均勻分布在三維研究物體周?chē)?，所述的激?lì)電流源模塊的輸出端、聚焦電流源模塊的輸出端、控制模塊的輸入端和信號(hào)檢測(cè)處理模塊的輸入端分別與聚焦式電極陣列連接;控制模塊的輸出端分別與激勵(lì)電流源模塊的輸入端、聚焦電流源模塊的輸入端、信號(hào)檢測(cè)處理模塊的輸入端連接，電阻抗斷層成像算法模塊的輸入端與信號(hào)檢測(cè)處理模塊的輸出端連接。
[0008]所述的激勵(lì)電流源模塊由恒流產(chǎn)生模塊和多路開(kāi)關(guān)選擇模塊組成。恒流產(chǎn)生模塊用于產(chǎn)生激勵(lì)穩(wěn)恒電流，它的輸出端與多路開(kāi)關(guān)選擇模塊的輸入端相連。多路開(kāi)關(guān)選擇模塊具有多路輸出，可以根據(jù)由控制模塊輸入的選擇控制信號(hào)，將多路開(kāi)關(guān)選擇模塊的輸入端口與多路開(kāi)關(guān)選擇模塊的任意輸出端口在模塊內(nèi)部直接相連，把恒流產(chǎn)生模塊輸入的穩(wěn)恒電流信號(hào)作為輸出信號(hào)輸出。
[0009]所述的聚焦式電極陣列由無(wú)連接關(guān)系的多組聚焦式電極組成，每組聚焦式電極由一個(gè)獨(dú)立的主電極、兩對(duì)等位電極和兩個(gè)聚焦電極組成;主電極位于聚焦式電極的中間，兩個(gè)聚焦電極分別位于聚焦式電極的上下兩端，主電極與上下兩個(gè)聚焦電極之間各有一對(duì)等位電極；多組聚焦式電極均布在三維研究物體的外周，位于同一平面;主電極、等位電極與聚焦電極均采用金屬材料制成;其中，每一個(gè)主電極都分別與激勵(lì)電流源模塊的輸出端以及信號(hào)檢測(cè)處理模塊的輸入端對(duì)應(yīng)相連，每一個(gè)聚焦電極與聚焦電流源模塊的輸出端對(duì)應(yīng)相連;等位電極用于監(jiān)測(cè)電壓信號(hào)，與控制模塊的輸入端相連;主電極既作為激勵(lì)電極，也作為檢測(cè)電極使用；主電極根據(jù)控制信號(hào)將其中的一部分主電極作為激勵(lì)電極，用于向物體注入激勵(lì)電流信號(hào)，其余主電極檢測(cè)自身位置處的電壓信號(hào)。聚焦電極作為激勵(lì)電極，用于向物體注入聚焦電流信號(hào)。
[0010]所述聚焦式電阻抗斷層成像信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)的基本原理是:當(dāng)主電極向三維研究物體注入電流時(shí)，通過(guò)調(diào)整聚焦電極的注入電流，使位于聚焦電極和主電極之間的等位電極對(duì)上的電壓差為零，等位電極對(duì)之間形成一個(gè)等電位區(qū)域，屏蔽了電流的流通。在同一平面的多個(gè)上等位電極對(duì)之間形成的電流屏蔽區(qū)彼此相連構(gòu)成了一個(gè)電流屏蔽面，阻止了主電極注入電流向上的傳輸。同樣在同一平面的多個(gè)下等位電極對(duì)之間也形成了一個(gè)電流屏蔽面，阻止了主電極注入電流向下的傳輸。兩個(gè)電流屏蔽面相互平行，使主電極注入得電流只能在兩個(gè)電流屏蔽面之間傳輸，限制了主電極注入電流的三維發(fā)散。利用主電極上注入的電流以及檢測(cè)的電壓信號(hào)便可以得到整個(gè)電流流通界面的電阻抗斷層成像信息，進(jìn)而可以通過(guò)移動(dòng)聚焦式電極陣列得到三維研究物體的電阻抗斷層成像的圖像信息。
[0011]由聚焦電極注入電流形成的電流屏蔽面，可以防止主電極注入電流在垂直電流屏蔽面方向上的電流發(fā)散，因而比較現(xiàn)有的三維電阻抗斷層成像信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)，不需要檢測(cè)同一時(shí)刻多個(gè)斷層的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量大為減少，成像算法也可以直接應(yīng)用現(xiàn)有的二維電阻抗斷層成像算法，計(jì)算效率以及計(jì)算的準(zhǔn)確性大為提高。
[0012]本發(fā)明檢測(cè)系統(tǒng)的工作過(guò)程如下:
[0013]I)當(dāng)一部分主電極在控制信號(hào)控制下向三維研究物體注入電流時(shí)，控制模塊向聚焦電流源模塊發(fā)送控制信號(hào)，使聚焦電流源模塊通過(guò)聚焦電極向三維研究物體注入電流，并調(diào)整聚焦電極注入的電流，保證聚焦式電極陣列中主電極兩側(cè)的各等位電極對(duì)之間的電壓差均為零，形成平行的電流屏蔽面；
[0014]2)電流屏蔽面的存在限制了主電極注入電流在垂直電流屏蔽面方向上的電流發(fā)散，在兩個(gè)電流屏蔽面之間形成了電流的流通界面；
[0015]3)控制模塊控制未注入電流的主電極檢測(cè)電流流通界面邊沿上的電壓，并將此電壓信號(hào)輸送給信號(hào)檢測(cè)處理模塊；
[0016]4)控制模塊控制信號(hào)檢測(cè)處理模塊對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行放大、濾波等調(diào)理；
[0017]5)信號(hào)檢測(cè)處理模塊將調(diào)理后的信號(hào)輸送給電阻抗斷層成像算法模塊，電阻抗斷層成像算法模塊利用電阻抗斷層成像算法對(duì)輸送來(lái)的信號(hào)進(jìn)行處理，分析和反演計(jì)算，得到三維研究物體中主電極注入電流流通界面的斷面電導(dǎo)率信息；
[0018]6)沿著三維研究物體的表面移動(dòng)聚焦式電極陣列，重復(fù)所述步驟1)-5)，得到三維研究物體的不同斷面電導(dǎo)率信息，將這些斷面電導(dǎo)率信息進(jìn)行整合，得到三維研究物體的電阻抗斷層成像圖像。
[0019]所述的電阻抗斷層成像算法在現(xiàn)有的文獻(xiàn)、專(zhuān)著等資料中有詳細(xì)的論述，算法類(lèi)型也有很多，如濾波反投影電阻抗斷層成像算法、牛頓-拉夫遜迭代電阻抗斷層成像算法，敏感矩陣電阻抗斷層成像算法等，都可以直接應(yīng)用于本系統(tǒng)的檢測(cè)方法中。
[0020]本發(fā)明所述的聚焦式的電阻抗斷層成像信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)限制了注入電流在三維研究物體內(nèi)部的三維發(fā)散現(xiàn)象，克服了現(xiàn)有三維研究物體電阻抗斷層成像信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)方法復(fù)雜，數(shù)據(jù)量、計(jì)算量大，反演重建困難的缺點(diǎn)，將原有的三維電阻抗斷層成像問(wèn)題轉(zhuǎn)化為研究較為成熟、深入的二維電阻抗斷層成像問(wèn)題，檢測(cè)效率較高，更接近于實(shí)際應(yīng)用的需要。
【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1本發(fā)明聚焦式電阻抗斷層成像信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)原理框圖；
[0022]圖2本發(fā)明檢測(cè)系統(tǒng)的激勵(lì)電流模塊原理框圖；
[0023]圖3本發(fā)明電阻抗斷層成像信號(hào)檢測(cè)示意圖；
[0024]圖4本發(fā)明電阻抗斷層成像信號(hào)檢測(cè)的徑向剖面示意圖；
[0025]圖5本發(fā)明電阻抗斷層成像信號(hào)檢測(cè)的軸向剖面示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0027]如圖1所示，本發(fā)明聚焦式電阻抗斷層成像信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)主要包括:聚焦式電極陣列1、激勵(lì)電流源模塊、聚焦電流源模塊、信號(hào)檢測(cè)處理模塊、控制模塊和電阻抗斷層成像算法模塊;所述的聚焦式電極陣列I均勻分布在三維研究物體周?chē)龅募?lì)電流源模塊的輸出端、聚焦電流源模塊的輸出端、控制模塊的輸入端和信號(hào)檢測(cè)處理模塊的輸入端分別與聚焦式電極陣列I連接;控制模塊的輸出端分別與激勵(lì)電流源模塊的輸入端、聚焦電流源模塊的輸入端、信號(hào)檢測(cè)處理模塊的輸入端連接