CN110353680A - 经直肠探头、电阻抗断层成像系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种经直肠探头、电阻抗断层成像系统和方法。该经直肠探头包括：探头壳体、设置于探头壳体内部的控制电路以及压印在探头壳体上的用于采集前列腺电阻抗信号的电极阵列，其中，控制电路和电极阵列电连接，探头壳体呈圆柱形且直径小于直肠的直径，电极阵列呈开环排布。本发明实施例的技术方案中的经直肠探头因靠近前列腺而采集到信噪比较高的前列腺电阻抗信号，进而，基于图像重建后的电阻抗断层图像可以尽早发现前列腺组织内电阻抗的分布变化，以便直观显示并有效分析前列腺内的组织情况，操作简单且制造价格低廉，有利于临床应用中的实施及普及。
Description
技术领域
本发明实施例涉及生物医学信号检测技术领域，尤其涉及一种经直肠探头、电阻抗断层成像系统和方法。
背景技术
前列腺穿刺活检是前列腺癌(Prostate cancer,PCa)检测的金标准，目前，临床上较为常用的PCa检测技术是经直肠二维超声(Transrectal Ultrasound，TRUS)引导下的穿刺活检，其灵敏度约为27％-40.3％，漏诊率高达30％-50％。另外，PCa多灶性的病理学特征使得前列腺是目前临床上唯一没有统一穿刺标准的器官，而且，早期PCa临床症状多不明显，许多患者在就诊时往往是PCa晚期，贻误了施行根治手术的最佳时机。
针对临床PCa检测存在的问题，国内外学者们从影像技术的角度研究了三维超声、超声造影、超声弹性成像、TRUS与核磁共振融合成像等引导下的穿刺活检术。上述成像技术可以有效改善检出率，但它们也都存在各自的问题，比如，检出率低，漏诊率高；过度穿刺；发现确诊时往往是晚期；技术手段操作困难，不利于临床操作，增加了临床医生的负担；设备昂贵、诊疗价格高，患者往往难以承受，不易在临床普及；等等。因此，应当提出一种成像手段，在该成像手段引导下的前列腺穿刺活检可以适用于临床应用，由此实现PCa的检测以及早期筛查，给出疾病的早期预报或前瞻性信息。
发明内容
本发明实施例提供了一种经直肠探头、电阻抗断层成像系统和方法，以实现前列腺的电阻抗断层成像。
第一方面，本发明实施例提供了一种经直肠探头，该经直肠探头可以包括：
探头壳体、设置于探头壳体内部的控制电路以及压印在探头壳体上的用于采集前列腺电阻抗信号的电极阵列，其中，控制电路和电极阵列电连接，探头壳体呈圆柱形且直径小于直肠的直径，电极阵列呈开环排布。
可选的，电极阵列呈N行M列排布，每行中各个电极非均匀排布，其中，N为大于等于2的整数，M为大于等于3的整数。
可选的，电极阵列的表面设置有半渗透的薄膜。
可选的，探头壳体的材料可以包括高分子材料聚酰亚胺薄膜，其中，高分子材料聚酰亚胺薄膜属于生物医用材料。
可选的，控制电路可以包括模拟电路和数字电路，模拟电路和数字电路电连接，模拟电路中的开关阵列与电极阵列电连接。
可选的，控制电路可以包括用于发送前列腺电阻抗信号的无线通讯模块，其中，无线通讯模块包括Wi-Fi模块、LTE模块、蓝牙模块、红外模块以及紫峰模块中的至少一个。
第二方面，本发明实施例还提供了一种电阻抗断层成像系统，该系统可以包括上述任一技术方案所述的经直肠探头。
可选的，在此基础上，该电阻抗断层成像系统，还可以包括：信号处理装置，其中，信号处理装置用于对接收到的前列腺电阻抗信号进行图像重建。
可选的，若电极阵列呈N行M列排布，则信号处理装置用于对接收到的前列腺电阻抗信号进行三维图像重建，其中，N为大于等于2的整数，M为大于等于3的整数。
第三方面，本发明实施例还提供了一种电阻抗断层成像方法，可以包括：
基于直肠的尺寸，直肠和前列腺所在截面的尺寸，以及，直肠和前列腺的位置关系，确定初始成像场域边界，并根据初始成像场域边界确定目标成像场域边界；
通过经直肠探头获取前列腺电阻抗信号，基于目标成像场域边界对前列腺电阻抗信号进行重建，得到前列腺的三维电阻抗断层图像，其中，经直肠探头包括探头壳体以及压印在探头壳体上的用于采集前列腺电阻抗信号的电极阵列，探头壳体呈圆柱形且直径小于直肠的直径，电极阵列呈开环排布。
本发明实施例的技术方案，通过设置为呈圆柱形且直径小于直肠的直径的探头壳体，可以将经直肠探头直接置入人体直肠内，此时，经直肠探头和前列腺非常接近，由此采集到的前列腺电阻抗信号的信噪比较高；设置于探头壳体内部的控制电路以及压印在探头壳体上的用于采集前列腺电阻抗信号的电极阵列的相互配合，实现了前列腺电阻抗信号的采集；而且，呈开环排布的电极阵列意味着只在靠近前列腺的探头壳体侧设置有电极阵列，这有助于增强前列腺电阻抗信号的强度且降低其余干扰信号的影响。在临床应用中，上述技术方案中的经直肠探头因靠近前列腺而采集到信噪比较高的前列腺电阻抗信号，进而，基于图像重建后的电阻抗断层图像可以尽早发现前列腺组织内电阻抗的分布变化，以便直观显示并有效分析前列腺内的组织情况，操作简单且制造价格低廉，有利于临床应用中的实施及普及。
附图说明
图1是本发明实施例一中的一种经直肠探头的结构示意图；
图2a是现有技术中的一种电极阵列的排布示意图；
图2b是本发明实施例一中的一种经直肠探头中电极阵列的排布示意图；
图3a是本发明实施例一中的一种经直肠探头的第一种电路示意图；
图3b是本发明实施例一中的一种经直肠探头的第二种电路示意图；
图4是本发明实施例二中的一种电阻抗断层成像系统的结构示意图；
图5是本发明实施例三中的一种电阻抗断层成像方法的流程图；
图6a是本发明实施例三中的一种电阻抗断层成像方法中场域建模示意图；
图6b是本发明实施例三中的一种电阻抗断层成像方法中三维电阻抗断层图像重建时有限元剖分的示意图；
图7是本发明实施例四中的一种电阻抗断层成像装置的结构框图；
图8是本发明实施例五中的一种设备的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
在介绍本发明实施例之前，先对本发明实施例的应用场景进行说明，人体内所有的生理功能和生化反应，都是在细胞及其产物的物质基础上进行的。人体的生理和病理状况，可以通过组织电特性或阻抗特性进行表达，其和发生在分子与细胞层次的生物学变化相对应。在疾病的潜伏期或早期，在结构性或器质性病变尚未出现之前，伴随疾病在分子与细胞层次的生物学变化，相应的电特性改变已经发生，甚至十分明显。以人体组织的电特性为检测目标的电阻抗断层成像(electrical impedance tomography,EIT)技术，是继形态、结构成像之后出现的新一代医学成像技术，具有功能成像、无损伤和医学图像监护三大突出优势，兼具价格低廉、操作方便等特性。EIT可以检测到组织与器官结构性改变之前，始于细胞水平发生的生理与病理事件的电特性或功能性变化，对于发生在疾病潜伏期或早期的变化信息十分敏感，有利于评价相关疾病的发生、发展进程，给出疾病的早期预报或前瞻性信息。
EIT的基本原理是：根据人体组织和器官的电特性，借助配置于人体的电极系统，提取与人体生理、病理状态相关的阻抗分布或阻抗变化信息，采用图像重建算法重构人体内部的电导率分布图像，给出反映组织、器官功能状态及其变化规律的图像结果。经过实验验证认为，前列腺肿瘤组织和前列腺正常组织间的电特性存在显著差异，在0.1kHz-100kHz的频率下，肿瘤组织比正常组织有更低的电导率。显著的电导率差异也同样在不同恶性程度的肿瘤组织间存在。由于EIT是对电导率分布成像，这种显著差异的电导率分布为EIT用于测量前列腺组织内的电特性提供了依据。由于肿瘤组织与正常组织的电导率有显著性差异，EIT可以用于PCa检测，其功能成像的优势对于及早发现前列腺结构病变之前的电特性改变更是具有积极的意义。EIT提供前列腺内部电导率分布的图像结果，可用于前列腺病灶或潜在病灶的定位。
目前的EIT常通过置于待测场域的表面的电极阵列，以一定的模式施加安全的激励电流并检测电极电压，获取重建图像。在这种成像方式下，如图2a所示，多个电极围成的整个截面作为成像区域，是封闭式的EIT。当前列腺作为EIT的检测目标时，一方面，若电极阵列排布在人体表面，前列腺较小的体积很可能使得前列腺的信号被其余无关信号淹没掉，进而无法被电极阵列采集到；另一方面，在很多临床应用中，对人体特定部位的完整断层成像并无必要，如果能够得到体表下一定深度的电阻抗分布信息，在医学上已经具有相当大的价值。在此基础上，结合前列腺的结构特点，比如，前列腺位于膀胱颈下方，包绕尿道的前列腺部；底部朝上，尖端朝下，外形似栗子，横切面多呈钝三角形，横径4cm左右，前后径2cm左右，纵径3cm左右；位置上非常接近直肠，手指进入直肠后可直接碰触到前列腺；等等，提出了一种可用于前列腺的开放式前列腺内电阻抗成像的经直肠探头、电阻抗断层成像系统和方法。
实施例一
图1是本发明实施例一中提供的一种经直肠探头的结构示意图。本实施例可适用于采集前列腺电阻抗信号的情况，尤其适用于将经直肠探头直接放置于直肠内来采集前列腺电阻抗信号的情况。参见图1，本发明实施例的经直肠探头，可以包括：探头壳体10、设置于探头壳体10内部的控制电路11以及压印在探头壳体10上的用于采集前列腺电阻抗信号的电极阵列12，其中，控制电路11和电极阵列12电连接，探头壳体10呈圆柱形且探头壳体10的直径D小于直肠的直径，电极阵列12呈开环排布。
其中，设置为圆柱形的探头壳体10的各个表面圆润无棱角，且该圆柱形的直径D小于直肠的直径，这样设置的探头壳体10使得经直肠探头置入人体直肠时，可以有效缓解因外物侵入而给人体带来的不适感。示例性的，上述直肠的直径可以是一个定值，也可以是一个数值范围，结合临床上直肠的直径数据，探头壳体10的直径D可以约为2cm；而且，由于前列腺的位置非常接近直肠，手指进入直肠后可直接碰触到前列腺，则探头壳体10的高度无需很高，比如在15cm以内即可，由此，整个探头壳体10的体积较小。
压印于探头壳体10表面的电极阵列12呈开环排布，这是因为在实际应用中，前列腺位于人体直肠的外侧，为了提高前列腺电阻抗信号的强度，经直肠探头可以放置于人体直肠内靠近前列腺的位置，这意味着经直肠探头只有一侧表面与前列腺靠近，由此，只需在该侧表面上设置有电极阵列12即可。示例性的，如图2b所示，呈开环排布的电极阵列12完全位于成像区域的一侧，即完全位于前列腺的一侧，由此构成的成像区域是一个无边界的开放式场域。
设置于探头壳体10内部的控制电路11和电极阵列12电连接，该控制电路11可以给电极阵列12供电，可以控制电极阵列12采集前列腺电阻抗信号，可以对采集到的前列腺电阻抗信号进行处理，比如信号放大处理、信号调理处理、信号滤波处理、模数转换处理、图像重建处理，还可以实现信号采集指令的接收以及前列腺电阻抗信号的传输等等。
本发明实施例的技术方案，通过设置为呈圆柱形且直径小于直肠的直径的探头壳体，可以将经直肠探头直接置入人体直肠内，此时，经直肠探头和前列腺非常接近，由此采集到的前列腺电阻抗信号的信噪比较高；设置于探头壳体内部的控制电路以及压印在探头壳体上的用于采集前列腺电阻抗信号的电极阵列的相互配合，实现了前列腺电阻抗信号的采集；而且，呈开环排布的电极阵列意味着只在靠近前列腺的探头壳体侧设置有电极阵列，这有助于增强前列腺电阻抗信号的强度且降低其余干扰信号的影响。在临床应用中，上述技术方案中的经直肠探头因靠近前列腺而采集到信噪比较高的前列腺电阻抗信号，进而，基于图像重建后的电阻抗断层图像可以尽早发现前列腺组织内电阻抗的分布变化，以便直观显示并有效分析前列腺内的组织情况，操作简单且制造价格低廉，有利于临床应用中的实施及普及。
在此基础上，可选的，电极阵列12可以呈N行M列排布，每行中各个电极非均匀排布，其中，N为大于等于2的整数，M为大于等于3的整数。其中，N行M列排布的电极阵列12可以采集到三维的前列腺电阻抗信号，由此可以重建得到三维的电阻抗断层图像，这有助于从多个角度呈现出前列腺组织内的电阻抗变化，以便更加直观和立体地显示并有效分析前列腺内的组织情况，比如，如图1所示，该电极阵列12可以包括36个电极，呈6行6列排布。需要说明的是，由于前列腺位于电极阵列12的一侧，因此，电极阵列12中每行的各个电极可以非均匀排布。特别地，可以基于仿真计算出合适的电极间距和电极尺寸，从而控制电流的注入范围，该电流的注入范围即为数据的测量范围，也就是成像的主目标区。
在此基础上，可选的，对于探头壳体10和电极阵列12的材料，探头壳体10的材料可以包括高分子材料聚酰亚胺薄膜，这是因为高分子材料聚酰亚胺薄膜属于生物医用材料，而生物医用材料是可以直接置入人体体内的材料。当电极阵列12非等间距压印在探头壳体10上时，电极阵列12的表面可以设置有半渗透的薄膜；而且，电极阵列12中的每个电极可以通过镀金的方式保持良好的接触能力、抗腐蚀能力和抗氧化能力。
可选的，在探头壳体10的内部可以设置有控制电路11，该控制电路11可以包括模拟电路和数字电路。其中，该模拟电路可以包括与电极阵列12电连接的开关阵列，还可以包括正弦信号发生器、电压/电流转换器、激励电流源VCCS、前置放大电路、信号调理电路等等。具体的，对于激励电流源VCCS，可以采用电流反馈放大器AD844进行电压电流变换的方式构建激励电流源。激励测量选通模块可以采用24-48个电极的电极阵列，由于每个电极有4种状态，该4种状态可以是激励注入、激励输出、检测V+和检测V-，因此可以选用2-3片的16选1的模拟开关进行片选，由此可以实现任意两个电极进行激励或是测量。信号调理电路主要包括前置放大电路和二次放大电路，可以选用高性能差分放大器AD8129进行前置放大，放大倍数约为10倍左右，采用TI公司的可编程增益放大器(PGA)THS7002进行前置放大后的二次放大，由此充分利用A/D转换器的输入范围，滤除干扰信号，提取人体体表的感应电压信号，便于A/D采样。
该数字电路可以包括现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，FPGA)和D/A芯片，其中，FPGA可以与模拟电路上的开关阵列连接，D/A可以与模拟电路上的激励电流源VCCS连接。FPGA产生的数字电压信号经过D/A变换后可获得模拟信号，该模拟信号经过激励电流源VCCS产生模拟电流信号。通过FPGA控制开关阵列，将上述产生的模拟电流信号通过开关阵列和电极阵列12加载到前列腺上产生激励，同时测量不同电极上的响应信号。响应信号经过模拟电路中的信号调理电路转变为A/D芯片能识别出的信号。该信号经A/D芯片变换后送入FPGA完成解调，解调出前列腺的模量信息和相位信息，解调后的信号可用于电阻抗断层成像。需要说明的是，为了满足多频生物阻抗测量的需求，可以设置基于FPGA和直接数字频率合成(DDS)方式的多频激励电流源。比如，采用FPGA进行数字正交解调，同时获得调制在激励信号上的前列腺电阻抗信号的实部信息和虚部信息，由此实现复阻抗全信息的测量。
再可选的，该控制电路11还可以包括用于发送前列腺电阻抗信号的无线通讯模块，其中，无线通讯模块包括Wi-Fi模块、LTE模块、蓝牙模块、红外模块以及紫峰模块中的至少一个。此时，经直肠探头可以通过无线通讯模块与其余装置连接，以便实现更多的功能。当然，无线通讯模块只是一种可选的连接方式，其具有方便操作的优点。比如，该无线通讯模块可以基于蓝牙4.0通讯技术，采用TI公司的CC2540芯片作为核心芯片，该CC2540芯片体积小、通讯距离可达30米，且通讯效率高，非常适合于本发明实施例中的经直肠探头。该CC2540芯片采集的前列腺电阻抗信号可以全部存储于芯片内，在需要时取出分析即可，也可以直接发送给人体外的无线装备接收。本发明实施例中的经直肠探头的电路示意图可以如图3a和/或如图3b所示。
实施例二
本发明实施例二提供的电阻抗断层成像系统可以包括上述各技术方案所述的任一经直肠探头，即本实施例是在上述实施例的基础上进行优化，未在本实施例中详尽描述的细节可参见上述实施例。本实施例的技术方案，电阻抗断层成像系统中的经直肠探头因靠近前列腺而采集到较强的前列腺电阻抗信号，进而，基于图像重建后的电阻抗断层图像可以尽早发现前列腺组织内电阻抗的分布变化，以便直观地显示并有效分析前列腺内的组织情况，操作简单且制造价格低廉，有利于临床应用中的实施及普及。
在上述技术方案的基础上，参见图4，该电阻抗断层成像系统还可以包括信号处理装置2，该信号处理装置2用于对接收到的前列腺电阻抗信号进行图像重建。具体的，如果经直肠探头中的控制电路11包括通讯模块111，该信号处理装置2可以与该通讯模块111连接，由此接收经由通讯模块111传输出的前列腺电阻抗信号。当然，该通讯模块111可以是无线通讯模块，也可以是有线通讯模块。当信号处理装置2和经直肠探头配合使用时，该经直肠探头可以用于实现前列腺电阻抗信号的采集和传输，该信号处理装置2可以用于实现信号采集指令的发送、前列腺电阻抗信号的接收和图像重建。具体的，当经直肠探头置入人体直肠后，信号处理装置2发送信号采集指令；经直肠探头根据接收到的信号采集指令采集前列腺电阻抗信号，并将采集到的信号发送至信号处理装置2；信号处理装置2根据接收到的前列腺电阻抗信号完成图像重建。需要说明的是，如果电极阵列12呈N行M列排布，其中，N为大于等于2的整数，M为大于等于3的整数，则信号处理装置2接收到的是三维的前列腺电阻抗信号，则信号处理装置2重建后的可以是三维的电阻抗断层图像，这样可以从多个角度呈现出前列腺组织内的电阻抗变化。
实施例三
图5是本发明实施例三中提供的一种电阻抗断层成像方法。本实施例可适用于对采集到的前列腺电阻抗信号进行断层成像的情况，尤其适用于对采集到的三维前列腺电阻抗信号进行三维断层成像的情况。该方法可以由本发明实施例提供的电阻抗断层成像装置来执行，该装置可以由软件和/或硬件的方式实现，该装置可以集成在设备上。参见图5，本实施例的方法具体可包括如下步骤：
S310、基于直肠的尺寸，直肠和前列腺所在截面的尺寸，以及，直肠和前列腺的位置关系，确定初始成像场域边界，并根据初始成像场域边界确定目标成像场域边界。
其中，在基于前列腺电阻抗信号的图像重建方面，存在一个开放场域的局部边值。比如，可以在开放场域内认定一条边界，假定在该边界上的电流法相分量为零，则此边界可以定义为虚拟边界，由此，将实际的开放型电磁场边界问题转化为近似的封闭型电磁场边值问题来求解。在此基础上，上述前列腺电阻抗信号的图像重建的主要思想是：寻求开放场域的虚拟边界，建立以对前列腺灵敏度最高的激励测量方式为约束条件、结合前列腺特点的开放式的三维EIT图像重建算法。示例性的，EIT成像场域建模的等效示意图如图6a所示，三维EIT图像重建有限元剖分图如图6b所示。建模过程主要包括边界确定、求解正问题和求解逆问题。这是因为，三维EIT图像重建算法主要包括两部分内容，设定场域边界和电阻抗分布。采用剖分方法求解边界电压是正问题，正问题求解获得测量边界电压以后，通过测量电压求解场域内各个位置的电阻抗分布即是开放式前列腺三维EIT图像重建逆问题。
首先设定边界，由于开放场域的边界不完备导致直接求解三维EIT图像重建问题非常困难，逆问题的不适定性加大。然而，严格求解整个开放场域的电磁场边界其实并非必要。由于前列腺相对经直肠探头位置是位于浅表面的，且电极注入电流主要还是分布在靠近经直肠探头的局部浅层区域，离电极越远电流密度越小，则可以在开放场域内认定一条虚拟边界，假定该虚拟边界上电流的法相分量为零。确定虚拟边界是基于硬先验知识，即通过扫描临床上相关前列腺图像和参考临床数据资料建模完成，对多个作为参考的图像进行标准化处理，基于直肠的尺寸，直肠和前列腺所在截面的尺寸，以及，直肠和前列腺的位置关系取定一个边界，该边界即为初始成像场域边界。初始成像场域边界是距离经直肠探头稍远的边界，由此保证电流的法相分量为0，而后设立判据进行迭代对这个初始成像场域边界重新界定。
当初始成像场域边界确定后，求解正问题。采用三维有限元分析方法，根据初始成像场域边界和经直肠探头的尺寸及位置关系近似等效一个被测场域的圆柱模型，如图6a所示。然后，将图6a所示的场域等效模型经离散剖分为如图6b所示的有限元剖分模型，剖分单元可以为正方体。对于一个正方体单元，对其八个顶点按照从下至上、由外及里、逆时针方向编码，记录每个正方体剖分单元的所有顶点在三维场域中的坐标并对单元编码，而后根据顶点的坐标和编码推导单元方程并组合成方程组并进行求解。单元的编码按照由内而外的层数来进行，内层编码完成以后再对外层进行编码，这样设置的目的在于以层数为参数可以很容易地控制灵敏度系数矩阵的大小，而后设立判据进行迭代对初始成像场域重新界定，即，经过上述正则化处理完成初始成像场域边界的重新界定，由此得到目标成像场域边界。
接下来进行仿真，选定一种电流能到达预设的初始成像场域边界且对前列腺的灵敏度最高的激励测量方式。根据正问题求解中编码特性，在每层剖分单元边长固定的情况下控制剖分单元层数这一参数，不断缩小边界范围，改变灵敏度系数矩阵，比如从灵敏度矩阵中不断删除最外层单元对应的单元方程来重新成像。如果边界可以缩小，成像质量应该朝着更优的方向进行，否则矩阵的病态性将导致成像质量变差或是无法成像。预设灵敏度最高为重建条件对阻抗变化的空间略加限制和判断。获取最优的剖分层数和灵敏度系数矩阵作为目标成像场域边界。
S320、通过经直肠探头获取前列腺电阻抗信号，基于目标成像场域边界对前列腺电阻抗信号进行重建，得到前列腺的三维电阻抗断层图像，其中，经直肠探头包括探头壳体以及压印在探头壳体上的用于采集前列腺电阻抗信号的电极阵列，探头壳体呈圆柱形且直径小于直肠的直径，电极阵列呈开环排布。
其中，由于各向异性的正则化算法可作为软先验知识对边界起到一定的约束效果，因此采用三维正则化算法。EIT最常用的正则化矩阵是单位矩阵和对角矩阵。Tikhonov正则化采用单位矩阵进行正则化，可以很好地去除噪声，但是由于给系数矩阵加入了单位矩阵容易产生伪像。采用对角矩阵的NOSER类正则化可提供正确的目标位置，但重建时噪声过大。因此，可以结合两种正则化的优缺点，采用组合正则化算法，正则化方程如下：
g＝(STS+εT×I+εN×diag(STS))-1STz
其中，εN代表Noser类正则化参数而εT代表Tikhonov正则化参数。‘S’代表系数矩阵而‘I’代表单位矩阵,diag(STS)表示由正定阵STS生成的对角矩阵。优化正则化参数可以提高软先验效果。
因此，通过经直肠探头获取前列腺电阻抗信号，以激励-测量方式灵敏度始终最高作为重建条件，通过迭代缩小边界的结果即目标成像场域边界对前列腺电阻抗信号进行重建，由此得到前列腺的三维电阻抗断层图像。
本发明实施例的技术方案，通过基于直肠的尺寸，直肠和前列腺所在截面的尺寸，以及，直肠和前列腺的位置关系，确定初始成像场域边界，并根据初始成像场域边界确定目标成像场域边界；通过经直肠探头获取前列腺电阻抗信号，基于目标成像场域边界对前列腺电阻抗信号进行重建，得到前列腺的三维电阻抗断层图像。上述技术方案实现了从前列腺电阻抗信号到三维电阻抗断层图像的图像重建，重建后的三维电阻抗断层图像可以较好地呈现出前列腺组织内电阻抗的分布变化，由此可以直观显示并有效分析前列腺内的组织情况。
实施例四
图7为本发明实施例四提供的电阻抗断层成像装置的结构框图，该装置用于执行上述任意实施例所提供的电阻抗断层成像方法。该装置与上述各实施例的电阻抗断层成像方法属于同一个发明构思，在电阻抗断层成像装置的实施例中未详尽描述的细节内容，可以参考上述电阻抗断层成像方法的实施例。参见图7，该装置具体可包括：场域边界确定模块410和图像重建模块420。
其中，场域边界确定模块410，用于基于直肠的尺寸，直肠和前列腺所在截面的尺寸，以及，直肠和前列腺的位置关系，确定初始成像场域边界，并根据初始成像场域边界确定目标成像场域边界；
图像重建模块420，用于通过经直肠探头获取前列腺电阻抗信号，基于目标成像场域边界对前列腺电阻抗信号进行重建，得到前列腺的三维电阻抗断层图像，其中，经直肠探头包括探头壳体以及压印在探头壳体上的用于采集前列腺电阻抗信号的电极阵列，探头壳体呈圆柱形且直径小于直肠的直径，电极阵列呈开环排布。
本发明实施例四提供的电阻抗断层成像装置，通过场域边界确定模块和图像重建模块相互配合，实现了从前列腺电阻抗信号到三维电阻抗断层图像的图像重建，重建后的三维电阻抗断层图像可以较好地呈现出前列腺组织内电阻抗的分布变化，由此可以直观显示并有效分析前列腺内的组织情况。
本发明实施例所提供的电阻抗断层成像装置可执行本发明任意实施例所提供的电阻抗断层成像方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
值得注意的是，上述电阻抗断层成像装置的实施例中，所包括的各个单元和模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。
实施例五
图8为本发明实施例五提供的一种设备的结构示意图，如图8所示，该设备包括存储器510、处理器520、输入装置530和输出装置540。设备中的处理器520的数量可以是一个或多个，图8中以一个处理器520为例；设备中的存储器510、处理器520、输入装置530和输出装置540可以通过总线或其它方式连接，图8中以通过总线550连接为例。
存储器510作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的电阻抗断层成像方法对应的程序指令/模块(如电阻抗断层成像装置中场域边界确定模块410和图像重建模块420)。处理器520通过运行存储在存储器510中的软件程序、指令以及模块，从而执行设备的各种功能应用以及数据处理，即实现上述的电阻抗断层成像方法。
存储器510可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据设备的使用所创建的数据等。此外，存储器510可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实例中，存储器510可进一步包括相对于处理器520远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
输入装置530可用于接收输入的数字或字符信息，以及产生与装置的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置540可包括显示屏等显示设备。
实施例六
本发明实施例六提供一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行一种电阻抗断层成像方法，该方法可以包括：
基于直肠的尺寸，直肠和前列腺所在截面的尺寸，以及，直肠和前列腺的位置关系，确定初始成像场域边界，并根据初始成像场域边界确定目标成像场域边界；
通过经直肠探头获取前列腺电阻抗信号，基于目标成像场域边界对前列腺电阻抗信号进行重建，得到前列腺的三维电阻抗断层图像，其中，经直肠探头包括探头壳体以及压印在探头壳体上的用于采集前列腺电阻抗信号的电极阵列，探头壳体呈圆柱形且直径小于直肠的直径，电极阵列呈开环排布。
当然，本发明实施例所提供的一种包含计算机可执行指令的存储介质，其计算机可执行指令不限于如上所述的方法操作，还可以执行本发明任意实施例所提供的电阻抗断层成像方法中的相关操作。
通过以上关于实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，本发明可借助软件及必需的通用硬件来实现，当然也可以通过硬件实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。依据这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如计算机的软盘、只读存储器(Read-Only Memory,ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory,RAM)、闪存(FLASH)、硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种经直肠探头，其特征在于，包括：探头壳体、设置于所述探头壳体内部的控制电路以及压印在所述探头壳体上的用于采集前列腺电阻抗信号的电极阵列，其中，所述控制电路和所述电极阵列电连接，所述探头壳体呈圆柱形且直径小于直肠的直径，所述电极阵列呈开环排布。
2.根据权利要求1所述的经直肠探头，其特征在于，所述电极阵列呈N行M列排布，每行中各个电极非均匀排布，其中，N为大于等于2的整数，M为大于等于3的整数。
3.根据权利要求1所述的经直肠探头，其特征在于，所述电极阵列的表面设置有半渗透的薄膜。
4.根据权利要求1所述的经直肠探头，其特征在于，所述探头壳体的材料包括高分子材料聚酰亚胺薄膜，其中，所述高分子材料聚酰亚胺薄膜属于生物医用材料。
5.根据权利要求1所述的经直肠探头，其特征在于，所述控制电路包括模拟电路和数字电路，所述模拟电路和所述数字电路电连接，所述模拟电路中的开关阵列与所述电极阵列电连接。
6.根据权利要求1所述的经直肠探头，其特征在于，所述控制电路包括用于发送所述前列腺电阻抗信号的无线通讯模块，其中，所述无线通讯模块包括Wi-Fi模块、LTE模块、蓝牙模块、红外模块以及紫峰模块中的至少一个。
7.一种电阻抗断层成像系统，其特征在于，包括权利要求1-6任一所述的经直肠探头。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，还包括：信号处理装置，其中，所述信号处理装置用于对接收到的所述前列腺电阻抗信号进行图像重建。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，若所述电极阵列呈N行M列排布，则所述信号处理装置用于对接收到的所述前列腺电阻抗信号进行三维图像重建，其中，N为大于等于2的整数，M为大于等于3的整数。
10.一种电阻抗断层成像方法，其特征在于，包括：
基于直肠的尺寸，所述直肠和前列腺所在截面的尺寸，以及，所述直肠和所述前列腺的位置关系，确定初始成像场域边界，并根据所述初始成像场域边界确定目标成像场域边界；
通过经直肠探头获取前列腺电阻抗信号，基于所述目标成像场域边界对所述前列腺电阻抗信号进行重建，得到所述前列腺的三维电阻抗断层图像；
其中，所述经直肠探头包括探头壳体以及压印在所述探头壳体上的用于采集所述前列腺电阻抗信号的电极阵列，所述探头壳体呈圆柱形且直径小于所述直肠的直径，所述电极阵列呈开环排布。
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