CN102579044B - 激励采集双扫描模式的电阻抗成像系统及其信息获取方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激励采集双扫描模式的电阻抗成像系统及其信息获取方法，系统包括：第一激励电极和/或第二激励电极在成像体上移动，将激励源发出的激励信号引入成像体；测量电极沿成像体的表面在第一激励电极和第二激励电极之间进行一维或二维的扫描；测量装置通过测量电极采集成像体的多组电压或电流分布曲线，并传输至微处理器，微处理器对其进行处理，重建成像体的电阻抗分布图像。方法包括：判断第一激励电极和/或第二激励电极的移动距离是否覆盖预设区域，如果是，测量装置将多组电压或电流分布曲线传输至微处理器，微处理器对多组电压或电流分布曲线进行插值或抽样得到重建所需信息，通过重建所需信息重建成像体的电阻抗分布图像。

Description

激励采集双扫描模式的电阻抗成像系统及其信息获取方法

技术领域

本发明涉及生物医学成像领域，特别涉及一种激励采集双扫描模式的电阻抗成像系统及其信息获取方法。

背景技术

EIT(Electrical Impedance Tomography，电阻抗成像)是基于生物组织电特性差异的一种新型功能性成像，具有简便、无创和廉价的优势，对疾病的早期预防、诊断、治疗和医疗普查等都具有十分重要的意义。

然而，电阻抗成像的实际测量大都采用在成像体表面固定安放有限个测量电极，并依次由一对电极进行激励，其他电极进行测量的方式获取成像信息^[1]。由于电极数目有限，且激励信号注入模式有限，通常由边界电极获得的信息不足以决定目标内部的阻抗分布；而且边界测量值对表面电极附近的阻抗变化高度敏感，但对目标中心处阻抗变化很不敏感，所有这些都表明EIT的求解是一个非线性的、高度欠定、病态的逆问题，从而使得目前的电阻抗成像分辨率与精确度不能达到临床诊断的要求。

专利^[2]采用第一电极装置和第二电极装置中电极的任意组合对成像体进行信号激励和采集，并通过改变两电极装置的间隔以使成像体至少部分的被压缩。虽然激励和测量的方式可以是电极阵列中的任意组合，但能够测量的信息仍然受电极数量所限制，探测点之间的间隔也受电极阵列排布的制约，不容易改变。因此，阵列式电极装置与信息获取方法所能得到的测量信息仍然有限，难以大幅度改善电阻抗分布重建的欠定性和病态性，从而不能对电阻抗图像的分辨率和重建精度带来显著的提高。

参考文献：

[1]侯卫东，莫玉龙.基于遗传算法的电阻抗图像重建，生物医学工程学杂志，2003，20(1)：107～111；

[2]用于进行电阻抗成像的设备和方法，公开(公告)号：CN101466303A，公开(公告)日：2009.06.24。

发明内容

本发明提出了一种激励采集双扫描模式的电阻抗成像系统及其信息获取方法，本发明提高了电阻抗(谱)图像重建精度和电阻抗图像的分辨率，详见下文描述：

一种激励采集双扫描模式的电阻抗成像系统，所述电阻抗成像系统包括：第一激励电极、第二激励电极、测量电极、激励源、测量装置和微处理器，其中，

所述第一激励电极和所述第二激励电极设置在成像体上，且所述第一激励电极和/或所述第二激励电极在所述成像体上移动；所述第一激励电极和所述第二激励电极将所述激励源发出的激励信号引入所述成像体；所述测量电极沿所述成像体的表面在所述第一激励电极和所述第二激励电极之间进行一维或二维的扫描；所述测量装置通过所述测量电极采集所述成像体的多组电压或电流分布曲线，并将所述多组电压或电流分布曲线传输至所述微处理器，所述微处理器对所述多组电压或电流分布曲线进行处理，重建所述成像体的电阻抗分布图像。

所述激励源具体为：电压源或电流源。

所述激励源具体为：单一频率或多个频率的电流源。

所述激励源具体为：单一频率或多个频率的电压源。

一种激励采集双扫描模式的电阻抗成像系统的电阻抗信息获取方法，所述方法包括以下步骤：

(1)按照预设步长移动所述第一激励电极和/或所述第二激励电极，改变所述成像体内电场分布；

(2)所述测量电极沿所述成像体的表面在所述第一激励电极和所述第二激励电极之间进行一维或二维的扫描；所述测量装置通过所述测量电极采集所述成像体的所述多组电压或电流分布曲线；

(3)判断所述第一激励电极和/或所述第二激励电极的移动距离是否覆盖预设区域，如果是，执行步骤(4)；如果否，重新执行步骤(1)；

(4)所述测量装置将所述多组电压或电流分布曲线传输至所述微处理器，所述微处理器对所述多组电压或电流分布曲线进行插值或抽样得到重建所需信息，通过所述重建所需信息重建所述成像体的电阻抗分布图像。

步骤(1)中的所述按照预设步长移动所述第一激励电极和/或所述第二激励电极，改变成像体内电场分布具体为：

按照所述预设步长移动所述第一激励电极，或，

按照所述预设步长移动所述第二激励电极，或，

所述第一激励电极和所述第二激励电极向同一方向移动所述预设步长。

步骤(2)中的所述所述测量电极沿所述成像体的表面在所述第一激励电极和所述第二激励电极之间进行一维或二维的扫描具体为：

在对所述成像体进行电阻抗图像的二维重建时，所述测量电极进行一维扫描；在对所述成像体进行电阻抗图像的三维重建时，所述测量电极进行二维扫描，获得所述成像体表面沿着扫描路径分布的所述多组电压或电流分布曲线。

本发明提供的技术方案的有益效果是：

本发明提供了一种激励采集双扫描模式的电阻抗成像系统及其信息获取方法，本发明通过移动第一激励电极和第二激励电极改变成像体内的电场分布，不断移动测量电极获取被测成像体表面扫描路径上的多组电压或电流分布曲线，微处理器对多组电压或电流分布曲线进行处理，重建成像体的电阻抗分布图像，本发明利用成像体多种分布式的非线性信息，提高了电阻抗(谱)图像重建精度和电阻抗图像的分辨率。

附图说明

图1为本发明提供的第一激励电极和第二激励电极都为活动端的电阻抗成像系统的结构示意图；

图2为本发明提供的第二激励电极固定，第一激励电极为活动端的电阻抗成像系统的结构示意图；

图3为本发明提供的一种激励采集双扫描模式的电阻抗信息获取方法的流程图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1：成像体；                2：第一激励电极；

3：第二激励电极；          4：测量电极；

5：激励源；                6：测量装置；

7：微处理器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

为了提高电阻抗的成像分辨率和电阻抗(谱)图像重建精度，参见图1和图2，本发明实施例提供了一种激励采集双扫描模式的电阻抗成像系统，详见下文描述：

一种激励采集双扫描模式的电阻抗成像系统，包括：第一激励电极2、第二激励电极3、测量电极4、激励源5、测量装置6和微处理器7，其中，

第一激励电极2和第二激励电极3设置在成像体1上，且第一激励电极2和/或第二激励电极3在成像体1上移动；第一激励电极2和第二激励电极3将激励源5发出的激励信号引入成像体1；测量电极4沿成像体1的表面在第一激励电极2和第二激励电极3之间进行一维或二维的扫描；测量装置6通过测量电极4采集成像体1的多组电压或电流分布曲线，并将多组电压或电流分布曲线传输至微处理器7，微处理器7对多组电压或电流分布曲线进行处理，重建成像体1的电阻抗分布图像。

进一步地，为了满足实际应用中的多种需要，本发明实施例中的激励源5优选为电压源或电流源，即可以是电流激励电压测量，或者是电压激励电流测量。第一激励电极2和第二激励电极3将激励源5发出的激励信号引入成像体1，具有特定电阻抗分布的成像体1内部将形成特定的电流密度分布，测量电极4沿成像体1表面在第一激励电极2和第二激励电极3之间进行一维或二维移动扫描，可对成像体1表面第一激励电极2和第二激励电极3之间的电压(或电流)分布进行测量。

进一步地，为了满足实际应用中的多种需要，本发明实施例中的激励源5优选为单一频率或多个频率的电流源。

进一步地，为了满足实际应用中的多种需要，本发明实施例中的激励源5优选为单一频率或多个频率的电压源。

一种激励采集双扫描模式的电阻抗信息获取方法，参见图3，该方法包括以下步骤：

101：按照预设步长移动第一激励电极2和/或第二激励电极3，改变成像体内电场分布；

其中，预设步长根据实际应用中的需要进行设定，本发明实施例以1个步长为例进行说明，具体实现时，本发明实施例对此不做限制。

其中，按照预设步长移动第一激励电极2和/或第二激励电极3具体为：按照预设步长移动第一激励电极2，或按照预设步长移动第二激励电极3，或第一激励电极2和第二激励电极3向同一方向移动预设步长。

102：测量电极4沿成像体1的表面在第一激励电极2和第二激励电极3之间进行一维或二维的扫描；测量装置6通过测量电极4采集成像体1的多组电压或电流分布曲线；

其中，测量电极4沿成像体1的表面在第一激励电极2和第二激励电极3之间进行一维或二维的扫描具体为：

在对成像体1进行电阻抗图像的二维重建时，测量电极4进行一维扫描；在对成像体1进行电阻抗图像的三维重建时，测量电极4进行二维扫描，获得成像体1表面沿着扫描路径分布的多组电压或电流分布曲线。

103：判断第一激励电极2和/或第二激励电极3的移动距离是否覆盖预设区域，如果是，执行步骤104；如果否，重新执行步骤101；

其中，预设区域根据实际应用中的需要进行设定，具体实现时本发明实施例对此不做限制。

104：测量装置6将多组电压或电流分布曲线传输至微处理器7，微处理器7对多组电压或电流分布曲线进行插值或抽样得到重建所需信息，通过重建所需信息重建成像体1的电阻抗分布图像。

实施例1

参见图1，第一激励电极2和第二激励电极3设置在成像体1上，且第一激励电极2和第二激励电极3在成像体1上移动；激励信号为一定频率的恒定电流，通过第一激励电极2和第二激励电极3施加于成像体1。测量电极4沿成像体1的表面在第一激励电极2和第二激励电极3之间进行一维或二维的扫描，通过移动测量电极4获得第一激励电极2和第二激励电极3之间的电压分布曲线；待测量电极4由起始位置2移动至终止位置3(例如：测量电极4从第一激励电极2所在的位置为起始位置开始移动，移动到第二激励电极3所在的位置为终止位置)，再将第一激励电极2和第二激励电极3向同一方向移动一个步长，并重复移动测量电极4使其由起始位置2扫描至终止位置3，然后再移动第一激励电极2和第二激励电极3直至移动距离覆盖预设区域。测量装置6最终获得各种分布下的多组成像体表面电压分布曲线，进而将多组成像体表面电压分布曲线传输至微处理器7，微处理器7对多组电压或电流分布曲线进行插值或抽样得到重建所需信息，通过重建所需信息重建成像体1的电阻抗分布图像。

实施例2

参见图2，第一激励电极2和第二激励电极3设置在成像体1上，且第一激励电极2在成像体1上移动；激励信号为一定频率的恒定电流，通过第一激励电极2和第二激励电极3施加于成像体1。测量电极4沿成像体1的表面在第一激励电极2和第二激励电极3之间进行一维或二维的扫描，通过移动测量电极4获得第一激励电极2和第二激励电极3之间的电压分布曲线；待测量电极4由起始位置2移动至终止位置3(例如：测量电极4从第一激励电极2所在的位置为起始位置开始移动，移动到第二激励电极3所在的位置为终止位置)，再将第一激励电极2移动一个步长，并重复移动测量电极4使其由起始位置2扫描至终止位置3，然后再移动第一激励电极2直至第一激励电极2移动距离覆盖预设区域。测量装置6最终获得各种分布下的多组成像体表面电压分布曲线，进而将多组成像体表面电压分布曲线传输至微处理器7，微处理器7对多组电压或电流分布曲线进行插值或抽样得到重建所需信息，通过重建所需信息重建成像体1的电阻抗分布图像。

综上所述，本发明实施例提供了一种激励采集双扫描模式的电阻抗成像系统及其信息获取方法，本发明实施例通过移动第一激励电极和/或第二激励电极改变成像体内的电场分布，不断移动测量电极获取被测成像体表面扫描路径上的多组电压或电流分布曲线，微处理器对多组电压或电流分布曲线进行处理，重建成像体的电阻抗分布图像，本发明实施例利用成像体多种分布式的非线性信息，提高了电阻抗(谱)图像重建精度和电阻抗图像的分辨率。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种激励采集双扫描模式的电阻抗成像系统的电阻抗信息获取方法，其中，所述电阻抗成像系统包括：第一激励电极、第二激励电极、测量电极、激励源、测量装置和微处理器，其中，

所述第一激励电极和所述第二激励电极设置在成像体上，且所述第一激励电极和/或所述第二激励电极在所述成像体上移动；所述第一激励电极和所述第二激励电极将所述激励源发出的激励信号引入所述成像体；所述测量电极沿所述成像体的表面在所述第一激励电极和所述第二激励电极之间进行一维或二维的扫描；所述测量装置通过所述测量电极采集所述成像体的多组电压或电流分布曲线，并将所述多组电压或电流分布曲线传输至所述微处理器，所述微处理器对所述多组电压或电流分布曲线进行处理，重建所述成像体的电阻抗分布图像；

其特征在于，所述方法包括以下步骤：

（1）按照预设步长移动所述第一激励电极和/或所述第二激励电极，改变所述成像体内电场分布；

（2）所述测量电极沿所述成像体的表面在所述第一激励电极和所述第二激励电极之间进行一维或二维的扫描；所述测量装置通过所述测量电极采集所述成像体的所述多组电压或电流分布曲线；

（3）判断所述第一激励电极和/或所述第二激励电极的移动距离是否覆盖预设区域，如果是，执行步骤（4）；如果否，重新执行步骤（1）；

（4）所述测量装置将所述多组电压或电流分布曲线传输至所述微处理器，所述微处理器对所述多组电压或电流分布曲线进行插值或抽样得到重建所需信息，通过所述重建所需信息重建所述成像体的电阻抗分布图像；

其中，步骤（1）中的所述按照预设步长移动所述第一激励电极和/或所述第二激励电极，改变成像体内电场分布具体为：

按照所述预设步长移动所述第一激励电极，或，

按照所述预设步长移动所述第二激励电极，或，

所述第一激励电极和所述第二激励电极向同一方向移动所述预设步长。

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