CN102579043B - 一种开放扫描电极模式的电阻抗成像*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种开放扫描电极模式的电阻抗成像***，激励电极将激励源发出的激励信号引入成像体；第一测量电极和第二测量电极沿成像体的表面在激励电极之间进行一维或二维的扫描；测量装置通过第一测量电极和第二测量电极采集成像体的测量信息，并将测量信息传输至微处理器，微处理器对测量信息进行处理，重建成像体的电阻抗分布图像。本发明克服了成像体表面面积对第一测量电极和第二测量电极安置数量的限制，通过对第一测量电极和第二测量电极的设置极大程度的提高了排布测量电极的密度，增加有用信息，改善了电阻抗重建的病态性，提高了电阻抗(或阻抗谱)成像分辨率，提高了图像的重建质量。
Description
技术领域
本发明涉及生物医学成像领域，特别涉及一种开放扫描电极模式的电阻抗成像***。
背景技术
生物组织的电特性能够反映生物体的生理病理信息，表现为：不同生物组织具有不同的电阻抗特性；生物组织的阻抗随着生理活动而变化；病变生物组织的阻抗与正常组织之间存在较大差异。以生物组织的电阻抗分布为成像目标的电阻抗成像在对于病变组织的定位和疾病的早期诊断方面具有重要的临床价值。其原理是向成像目标施加一定的安全激励电流(或电压)，通过测量目标组织表面的电压(或电流)信号，根据图像重建方法来获得被测组织体内部的电阻抗分布图像。
近年来，电阻抗成像***因其对人体检测无创、成像设备简单和操作方便等优点受到广泛关注。国内外许多研究者对电阻抗成像***做了深入的研究。既有固定安置点电极的装置，例如：徐桂芝等[1]设计的128通道的生物电阻抗成像装置；陈香才等[2]设计的多电极电阻抗断层成像数据采集***；也有阵列式电极设计，例如：沙洪等[3]设计的一种用于电阻抗成像的电极阵列传感器；何为等[4]设计的用于电阻抗成像的增量放大式信号测量装置；德国特福特大学[5]提出的一种两组电极阵列方式用于进行电阻抗成像的设备和方法等。然而，目前的电阻抗成像***仍面临成像分辨率较低和成像准确度不高的现状，不能够满足临床诊断的需要。这是因为电阻抗图像重建的实质是通过表面电位(或表面电位差)求解一个非线性的、欠定的和病态性逆问题；目前的电阻抗成像***大多都是采用固定电极的信号激励和采集模式，参见图1，以16电极为例，测量时以相邻或相对电极为激励电极，其他电极为测量电极，获得其他14个位置点的电压(或电流)信息，该***受成像体表面积所限，能够安置的电极数量有限，这就使得欠定性问题难以得到改善；而且由于测量电极大多采用均匀安置方式，不能在电位变化较大的有效区域内获得更多的有用信息。
参考文献：
[1]一种128通道的生物电阻抗成像装置，公开号：CN201341881Y，公开日：2009.11.11；
[2]多电极电阻抗断层成像数据采集***，公开(公告)号：CN102274025A，公开(公告)日：2011.12.14；
[3]一种用于电阻抗成像的电极阵列传感器，公开(公告)号：CN2902191Y，公开(公告)日：2007.05.23；
[4]一种用于电阻抗成像的增量放大式信号测量装置，公开号：CN101125080A，公开日：2008.02.20；
[5]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
本发明提出了一种开放扫描电极模式的电阻抗成像***，本发明实现了在有效的区域内更大限度的提取更多测量信息，从而提高成像分辨率与成像精度，详见下文描述：
一种开放扫描电极模式的电阻抗成像***，包括：一对激励电极、第一测量电极、第二测量电极、激励源、测量装置和微处理器，其中，
所述激励电极固定设置在所述成像体上，所述激励电极将所述激励源发出的激励信号引入所述成像体；所述第一测量电极和所述第二测量电极沿所述成像体的表面在所述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第一测量电极和所述第二测量电极采集所述成像体的测量信息，并将所述测量信息传输至所述微处理器，所述微处理器对所述测量信息进行处理，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。
所述第一测量电极和所述第二测量电极都为活动端。
所述第二测量电极固定于成像体表面的任意位置，作为参考电极，所述第一测量电极为活动端，其中所述第一测量电极和所述第二测量电极地位等同。
所述第一测量电极和所述第二测量电极沿所述成像体的表面在所述激励电极之间进行一维或二维的扫描具体为：
所述第一测量电极和所述第二测量电极沿所述成像体的表面在所述激励电极之间进行一维或二维的等间距扫描。
所述第一测量电极和所述第二测量电极沿所述成像体的表面在所述激励电极之间进行一维或二维的扫描具体为：
所述第一测量电极和所述第二测量电极沿所述成像体的表面在所述激励电极之间进行一维或二维的非等间距扫描。
本发明提供的技术方案的有益效果是：
本发明提供了一种开放扫描电极模式的电阻抗成像***，本发明通过以开放式局部测量代替传统的封闭测量，以扫描电极测量方式代替固定电极模式，本发明设计的电阻抗成像***结构简单、易于实现；本发明克服了成像体表面面积对第一测量电极和第二测量电极安置数量的限制，并且通过对第一测量电极和第二测量电极的设置极大程度的提高了排布测量电极的密度，增加有用信息，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；并且通过第一测量电极和第二测量电极沿成像体的表面在激励电极之间进行一维或二维的等间距扫描，或非等间距扫描，提高了信号的采集效率和微处理器的求解效率，提高了图像的重建质量。
附图说明
图1为传统的电阻抗成像电极安置方式示意图；
图2为本发明提供的第一测量电极和第二测量电极都为活动端的扫描测量示意图。
图3为本发明提供的第二测量电极固定于某个位置作为参考电极，第一测量电极为活动端的扫描测量示意图；
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1：成像体； 2，3：激励电极；
4：第一测量电极； 5：第二测量电极；
6：激励源； 7：测量装置；
8：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。
为了实现在有效的区域内更大限度的提取更多测量信息，从而提高成像分辨率与成像精度，本发明实施例提供了一种开放扫描电极模式的电阻抗成像***，详见下文描述：
参见图2和图3，一种开放扫描电极模式的电阻抗成像***，包括：一对激励电极2，3、第一测量电极4、第二测量电极5、激励源6、测量装置7和微处理器8，其中，
一对激励电极2，3固定设置在成像体1上，一对激励电极2，3将激励源6发出的激励信号引入成像体1；第一测量电极4和第二测量电极5沿成像体1的表面在激励电极2，3之间进行一维或二维的扫描；测量装置7通过第一测量电极4和第二测量电极5采集成像体1的测量信息，并将测量信息传输至微处理器8，微处理器8对测量信息进行处理，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6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。激励电极2，3将激励源6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，第一测量电极4和第二测量电极5沿成像体1表面在两激励电极2，3之间进行一维或二维移动扫描，可对成像体1表面激励电极2，3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6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6优选为单一频率或多个频率的电压源。
其中，若激励源6为单一频率的信号，通过图像重建方法可获得成像体1的电阻抗分布；若激励源6为多频率的信号，则通过测量得到的不同频率下的电压(或电流)分布可以获得不同频率下的阻抗谱分布图像。
进一步地，为了有效提高排布第一测量电极4和第二测量电极5的密度，增加有用信息(数据)，从而提高电阻抗(谱)成像的空间分辨率，参见图2，本发明实施例优选为第一测量电极4和第二测量电极5设置在激励电极2，3之间，第一测量电极4和第二测量电极5都为活动端，沿成像体1的表面在两激励电极2，3之间进行一维或二维的扫描。
进一步地，为了有效提高排布测量电极4的密度，增加有用信息(数据)，从而提高电阻抗(谱)成像的空间分辨率，参见图3，本发明实施例优选为第一测量电极4设置在激励电极2，3之间，第二测量电极5固定于成像体1任意位置作为参考电极，第一测量电极4为活动端，沿成像体1的表面在激励电极2，3之间进行一维或二维的扫描。
同理，本发明实施例优选为第二测量电极5设置在激励电极2，3之间，第一测量电极4固定于成像体1任意位置作为参考电极，第二测量电极5为活动端，沿成像体1的表面在激励电极2，3之间进行一维或二维的扫描。
进一步地，为了提高信号的采集效率和微处理器的求解效率，提高图像的重建质量，第一测量电极4和第二测量电极5沿成像体1的表面在激励电极2，3之间进行一维或二维的等间距扫描。
进一步地，为了提高信号的采集效率和微处理器的求解效率，提高图像的重建质量，第一测量电极4和第二测量电极5沿成像体1的表面在激励电极2，3之间进行一维或二维的非等间距扫描，即可在激励电极2，3附近采用细密间距扫描，远离激励电极2，3处采用粗大间距扫描。
其中，微处理器8对测量信息进行处理，重建成像体1的电阻抗分布图像的操作可以采用改进的牛顿拉夫逊方法和滤波反投影方法等，具体实现时，本发明实施例对此不做限制。
其中，本发明实施例对测量装置7和微处理器8的型号不做限制，根据实际应用中的需要进行选择。
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开放扫描电极模式的电阻抗成像***的可行性，详见下文描述：
实施例1
当第一测量电极4和第二测量电极5为双端扫描时，参见图2，激励信号为低频电流源，通过激励电极2和3施加于成像体1。第一测量电极4和第二测量电极5位于两个激励电极2和3之间，均为活动端。测量时，第二测量电极5沿成像体1表面自起始位置3向终止位置2每移动一个单位，第一测量电极4都沿成像体1表面自起始位置2至终止位置3(例如：第一测量电极4从激励电极2所在的位置为起始位置开始移动，移动到激励电极3所在的位置为终止位置)进行一次扫描，得到此扫描路线上的测量电极4和测量电极5之间的电压分布，直至第二测量电极5移动到达终止位置2，测量装置7通过第一测量电极4和第二测量电极5扫描测得的电压分布传输至微处理器8，微处理器8根据电阻抗成像方法重建成像体1的电阻抗分布图像。
实施例2
当第一测量电极4单端扫描时，参见图3，激励信号为低频电流源，通过激励电极2和3施加于成像体1。第一测量电极4位于两个激励电极2和3之间，第一测量电极4为活动端，第二测量电极5固定于成像体某个位置，作为零电势参考点。测量时，测量装置7通过第一测量电极4沿成像体1表面自起始位置2至终止位置3进行扫描(例如：第一测量电极4从激励电极2所在的位置为起始位置开始移动，移动到激励电极3所在的位置为终止位置)，得到此扫描路线上的电压分布，测量装置7将电压分布传输至微处理器8，微处理器8根据电阻抗成像方法重建成像体1的电阻抗分布图像。
综上所述，本发明实施例提供了一种开放扫描电极模式的电阻抗成像***，本发明实施例通过以开放式局部测量代替传统的封闭测量，以扫描电极测量方式代替固定电极模式，本发明实施例设计的电阻抗成像***结构简单、易于实现；本发明实施例克服了成像体表面面积对第一测量电极和第二测量电极安置数量的限制，并且通过对第一测量电极和第二测量电极的设置极大程度的提高了排布测量电极的密度，增加有用信息，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；并且通过第一测量电极和第二测量电极沿成像体的表面在激励电极之间进行一维或二维的等间距扫描，或非等间距扫描，提高了信号的采集效率和微处理器的求解效率，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 (5)
1.一种开放扫描电极模式的电阻抗成像***，其特征在于，包括：一对激励电极、第一测量电极、第二测量电极、激励源、测量装置和微处理器，其中，
所述激励电极固定设置在成像体上，所述激励电极将所述激励源发出的激励信号引入所述成像体；所述第一测量电极和所述第二测量电极沿所述成像体的表面在所述激励电极之间进行一维或二维的扫描；
所述第二测量电极固定于成像体表面的任意位置，作为参考电极，所述第一测量电极为活动端，其中所述第一测量电极和所述第二测量电极地位等同；所述测量装置通过所述第一测量电极沿所述成像体表面自起始位置至终止位置进行扫描，得到此扫描路线上的电压分布，所述测量装置将电压分布传输至所述微处理器，所述微处理器根据电阻抗成像方法重建所述成像体的电阻抗分布图像。
2.根据权利要求1所述的一种开放扫描电极模式的电阻抗成像***，其特征在于，所述激励源为电压源或电流源。
3.根据权利要求2所述的一种开放扫描电极模式的电阻抗成像***，其特征在于，所述激励源为单一频率或多个频率的电流源。
4.根据权利要求2所述的一种开放扫描电极模式的电阻抗成像***，其特征在于，所述激励源为单一频率或多个频率的电压源。
5.一种开放扫描电极模式的电阻抗成像***，其特征在于，包括：一对激励电极、第一测量电极、第二测量电极、激励源、测量装置和微处理器，其中，
所述激励电极固定设置在成像体上，所述激励电极将所述激励源发出的激励信号引入所述成像体；所述第一测量电极和所述第二测量电极沿所述成像体的表面在所述激励电极之间进行一维或二维的扫描；
所述第一测量电极和所述第二测量电极都为活动端；所述第二测量电极沿所述成像体表面自起始位置向终止位置每移动一个单位，所述第一测量电极都沿所述成像体表面自起始位置至终止位置进行一次扫描，得到此扫描路线上的所述第一测量电极和所述第二测量电极之间的电压分布，直至所述第二测量电极移动到达终止位置，所述测量装置通过所述第一测量电极和所述第二测量电极扫描测得的电压分布传输至所述微处理器，所述微处理器根据电阻抗成像方法重建所述成像体的电阻抗分布图像。
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