CN104783800A - 一种基于磁探测电阻抗成像的肺部呼吸监测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于磁探测电阻抗成像的肺部呼吸监测系统，激励源模块通过粘贴于被测成像体上的若干对激励电极向成像体胸腔引入激励信号；测量模块由一系列测量线圈组成，用于测量胸腔周围激励电流引起的感应磁场的磁感应强度；控制模块用于控制整个呼吸监测中的信号激励与磁场测量过程；图像重建模块根据电阻抗图像重建算法由磁场分布数据获得呼吸过程中胸腔的电阻抗分布的图像变化。本系统在成像体胸腔周围空间可放置任意数量的测量线圈，改善了传统电阻抗成像系统对测量信息的限制，不仅具有测量精度高、速度快、可靠性高、对人体无损伤等优点，更重要的是通过对磁场的测量方式丰富了信息量，从而改善了电阻抗重建的病态性，提高了电阻抗(或阻抗谱)成像的分辨率，提高了图像的重建质量。

Description

一种基于磁探测电阻抗成像的肺部呼吸监测系统
技术领域
本发明涉及生物医学成像领域，特别涉及一种基于磁探测电阻抗成像的肺部呼吸监测系统。
背景技术
电阻抗断层成像技术是一种无创的功能性成像方式，可用于呼吸过程的实时监测。专利[1]借助于PXI总线高度集成的硬件和软件工具套件构建的三维电阻抗成像系统，具有速度快、对人体无损伤、可实现连续实时床旁监护等优点。此外，由河北工业大学设计完成的一款用于呼吸监测的电阻抗成像系统[2]，利用直接数字合成器构建多频数字激励信号源，采用DSP作为系统的控制与处理的核心器件，并完善了系统的各功能模块。天津大学在肺部呼吸监测电阻抗系统的研究成果一EIT_TJU系统[3-4]采用新型的高速信号处理器DSP提高信号采集速度和处理速度，使采集速度达到32电极34.25幅/秒，16电极149.25幅/秒，推动了EIT技术在肺部呼吸检测等临床应用中的发展。但以上电阻抗成像系统及其成像方法均通过测量表面的电压分布获得电阻抗图像，由于测量电极只能分布于成像体表面，测量信息量相对较少，从而影响图像分辨率，精度较差。
磁探测电阻抗成像的概念是由Ahlfors等于1992年提出，命名为magnetic impedancetomography(MIT)。2004年Ireland等将此种方法重新命名为磁探测电阻抗成像(magneticdetection electrical impedance tomography，MDEIT)[5]。磁探测电阻抗成像的基本原理如图1所示，成像目标体内部的电导率分布为ζ，电流I0通过表面电极注入成像目标体，从而在其内部产生与电导率分布ζ相关的电流密度J，电流密度在成像目标体周围产生磁场B，测量外部磁场从而重建成像目标体内部的电导率分布。
参考文献
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发明内容
本发明的目的是提供一种基于磁探测电阻抗成像的肺部呼吸监测系统，解决了背景技术中存在的测量信息量较少、图像分辨率不高的问题，详见下文描述：
一种基于磁探测电阻抗成像的肺部呼吸监测系统，其特征在于：所述系统包括激励源模块、测量模块、计算机控制模块与图像重建模块，其中，
所述激励源模块将若干个电极固定于所述成像体上，通过所述电极向所述成像体注入一定强度的低频电流信号；所述测量模块主要由放置在所述成像体胸腔周围的测量线圈组成，所述测量线圈测量激励电流引起的所述成像体周围的磁场的磁感应强度；所述计算机控制模块用于控制所述激励模块激励电流的强度、频率等参数并控制磁场强度的采集过程，再将所述测量模块得到的磁感应强度的分布数据传送至所述图像重建模块；所述图像重建模块根据测量模块得到的所述磁感应强度的分布数据对所述成像体胸腔的电阻抗分布图像进行重建以检测所述成像体呼吸时肺部的电阻抗变化情况。
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。
所述系统具体为呼吸监测椅或呼吸监测床。
所述测量模块由一组排列在一个二维平面或三维空间的测量线圈组成。
所述系统具体为呼吸监测椅情况下，在进行呼吸监测时，所述成像体端坐在椅子上，将所述激励电极置于所述成像体身上，将所述测量线圈通过一定形状的支架与监测椅连接，固定于所述成像体的胸腔周围，由所述控制模块对激励与测量过程进行控制，并由图像重建模块获得所述成像体在坐姿情况下的呼吸情况。
所述系统具体为呼吸监测床情况下，在进行呼吸监测时，所述成像体平卧与检测床上，将所述激励电极置于所述成像体身上，将所述测量线圈通过一定形状的支架与监测床连接，固定于所述成像体的胸腔周围，由所述控制模块对激励与测量过程进行控制，并由图像重建模块获得所述成像体在卧姿情况下的呼吸情况。
所述图像重建模块根据电阻抗图像的重建算法，对所述成像体呼吸时胸腔的电阻抗变化情况进行重建。
本发明提供的技术方案的有益效果是：
本发明提供了一种基于磁探测电阻抗成像的肺部呼吸监测系统，本发明以测量磁场方式替代了表面接触式的电场测量模式；本发明在成像体胸腔周围空间可放置任意数量的测量线圈，改善了传统电阻抗成像系统对测量信息的限制，丰富了测量信息量，从而改善了电阻抗重建的病态性，提高了电阻抗(或阻抗谱)成像的分辨率与图像的重建质量。本发明可用于对病人的呼吸进行实时动态监测，为临床诊断和治疗提供重要的科学依据。
附图说明
图1是磁探测电阻抗成像的原理示意图；
图2是本发明的系统结构图；
图3是本发明的恒流源激励的磁探测电阻抗成像的肺部呼吸监测椅系统结构图；
图4是本发明的恒压源激励的磁探测电阻抗成像的肺部呼吸监测床系统结构图。
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。
为了提高肺部呼吸电阻抗(或阻抗谱)成像的分辨率，本发明实施例提供了一种基于磁探测电阻抗成像的肺部呼吸监测系统，参见图2，详见下文描述：
一种基于磁探测电阻抗成像的肺部呼吸监测系统，其特征在于：所述系统包括激励源模块、测量模块、计算机控制模块与图像重建模块，其中，
激励源模块将若干个电极固定于所述成像体上，通过所述电极向所述成像体注入一定强度的低频电流信号；测量模块主要由放置在所述成像体胸腔周围的测量线圈组成，测量线圈测量激励电流引起的所述成像体周围的磁场的磁感应强度；计算机控制模块用于控制所述激励模块激励电流的强度、频率等参数并控制磁场强度的采集过程，再将所述测量模块得到的磁感应强度的分布数据传送至所述图像重建模块；所述图像重建模块根据测量模块得到的所述磁感应强度的分布数据对所述成像体胸腔的电阻抗分布图像进行重建以监测所述成像体呼吸时肺部的电阻抗变化情况。
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优选为电压源或电流源。
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优选为单一频率或多个频率的电压源。
进一步地，为了满足实际应用中的多种需要，本发明实施例中的具体系统优选为呼吸监测椅，在进行呼吸监测时，所述成像体端坐在椅子上，将所述激励电极置于所述成像体身上，将所述测量线圈通过一定形状的支架与监测椅连接，固定于所述成像体的胸腔周围，由所述控制模块对激励与测量过程进行控制，并由图像重建模块获得所述成像体在坐姿情况下的呼吸情况。
进一步地，为了满足实际应用中的多种需要，本发明实施例中的具体系统优选为呼吸监测床，在进行呼吸监测时，所述成像体平卧于监测床上，将所述激励电极置于所述成像体身上，将所述测量线圈通过一定形状的支架与监测床连接，固定于所述成像体的胸腔周围，由所述控制模块对激励与测量过程进行控制，并由图像重建模块获得所述成像体在卧姿情况下的呼吸情况。
进一步地，测量模块由一组排列在一个二维平面或三维空间的测量线圈组成。
进一步地，根据电阻抗图像的重建算法，对所述成像体呼吸时胸腔的电阻抗变化情况进行重建。
下面以几个具体的实施例来说明本发明实施例提供的一种基于磁探测电阻抗成像的肺部呼吸监测系统的可行性，详见下文描述：
实施例1
参见图3，呼吸监测系统中激励源为某一频率和强度的电流源。将电流激励信号通过粘贴在人体胸部周围的电极阵列刺激到被测对象上，胸腔周围会产生磁场；通过放置在被测对象周围的线圈可以获得不同位置的磁场信息；最后利用图像重建算法在计算机上获得呼吸过程中胸腔内部电阻抗敏感区域的分布图像。在进行呼吸监测时，被测试者端坐在椅子上，将激励电极置于所述成像体身上，将所述测量线圈通过一定形状的支架与监测椅连接，固定于所述成像体的胸腔周围，由所述控制模块对激励与测量过程进行控制，并由图像重建模块获得所述成像体在坐姿情况下的呼吸情况。
实施例2
参见图4，呼吸监测系统中激励源为某一频率和强度的电压源。将电压激励信号通过粘贴在人体胸部周围的电极阵列刺激到被测对象上，胸腔周围会产生磁场；通过放置在被测对象周围的线圈可以获得不同位置的磁场信息；最后利用图像重建算法在计算机上获得呼吸过程中胸腔内部电阻抗敏感区域的分布图像。在进行呼吸监测时，被测试者平卧与检测床上，将激励电极安置于被测者身上，将测量线圈通过一定形状的支架与监测床连接，固定于被测试者的胸腔周围，由控制模块对激励与测量过程进行控制，并由图像重建模块获得所述成像体在卧姿情况下的呼吸情况。
综上所述，本发明实施例提供了一种基于磁探测电阻抗成像的肺部呼吸监测系统，本发明实施例通过以测量磁场方式替代电压测量模式，在成像体胸腔周围空间可放置任意数量的测量线圈，改善了传统电阻抗成像系统对测量信息的限制，丰富测量信息量，从而改善了电阻抗重建的病态性，提高了电阻抗(或阻抗谱)成像的分辨率，提高了图像的重建质量。
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 (9)

1.一种基于磁探测电阻抗成像的肺部呼吸监测系统，其特征在于：所述系统包括激励源模块、测量模块、计算机控制模块与图像重建模块，其中，
所述激励源模块将若干个电极固定于所述成像体上，通过所述电极向所述成像体注入一定强度的低频电流信号；所述测量模块主要由放置在所述成像体胸腔周围的测量线圈组成，所述测量线圈测量激励电流引起的所述成像体周围的磁场的磁感应强度；所述计算机控制模块用于控制所述激励模块激励电流的强度、频率等参数并控制磁场强度的采集过程，再将所述测量模块得到的磁感应强度的分布数据传送至所述图像重建模块；所述图像重建模块根据测量模块得到的磁感应强度的分布数据对所述成像体胸腔的电阻抗分布图像进行重建以检测所述成像体呼吸时肺部的电阻抗变化情况。
2.根据权利要求1所述的一种基于磁探测电阻抗成像的肺部呼吸监测系统，其特征在于，所述激励源模块具体为电压源或电流源。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于磁探测电阻抗成像的肺部呼吸监测系统，其特征在于，所述激励源模块具体为单一频率或多频率的电压源。
4.根据权利要求1或2所述的一种基于磁探测电阻抗成像的肺部呼吸监测系统，其特征在于，所述激励源模块具体为单一频率或多频率的电流源。
5.根据权利要求1所述的一种基于磁探测电阻抗成像的肺部呼吸监测系统，其特征在于：所述系统具体为呼吸监测椅或呼吸监测床。
6.根据权利要求1所述的一种基于磁探测电阻抗成像的肺部呼吸监测系统，其特征在于：所述测量模块由一组排列在一个二维平面或三维空间的测量线圈组成。
7.根据权利要求7所述的一种基于磁探测电阻抗成像的肺部呼吸监测系统，其特征在于：所述系统具体为呼吸监测椅情况下，在进行呼吸监测时，所述成像体端坐在椅子上，将所述激励电极置于所述成像体身上，将所述测量线圈通过一定形状的支架与监测椅连接，固定于所述成像体的胸腔周围，由所述控制模块对激励与测量过程进行控制，并由图像重建模块获得所述成像体在坐姿情况下的呼吸情况。
8.根据权利要求7所述的一种基于磁探测电阻抗成像的肺部呼吸监测系统，其特征在于：所述系统具体为呼吸监测床情况下，在进行呼吸监测时，所述成像体平卧与检测床上，将所述激励电极置于所述成像体身上，将所述测量线圈通过一定形状的支架与监测床连接，固定于所述成像体的胸腔周围，由所述控制模块对激励与测量过程进行控制，并由图像重建模块获得所述成像体在卧姿情况下的呼吸情况。
9.根据权利要求7所述的一种基于磁探测电阻抗成像的肺部呼吸监测系统，其特征在于：所述图像重建模块根据电阻抗图像的重建算法，重建所述成像体呼吸时胸腔的电阻抗变化。
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