EIT系统驱动模式的研究(2)

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4 EIT系统的驱动模式的研究 16

4.1 注入式驱动模式 18

4.2 临近驱动和对向驱动 20

结论 23

致谢 24

参考文献 25

1 绪论

1.1 EIT的发展背景和历史

1.2 EIT特点

RIT技术利用在物体表面放置电极阵，通过电极在物体表面施加电流或者电压来进行测量，获取物体内部导电参数的分布，根据物体内不同的物质的导电参数（电阻率、电容率等）不同，采用特定的算法重建出能够反映物体内部结构的图。对人体的研究表明，人体的不同组织及处于不同状态的组织均具有不同的阻抗特性，如发生病变的人体器官，病变器官阻抗必然与其周围组织的阻抗不同。利用EIT技术获得病变组织及其周围组织的阻抗图像，能够实现对病变组织的快速诊断[4]。论文网

EIT技术还具有其他的成像技术所不具有的优点[5][6]:

（1）具有无创无害成像，EIT通过注入小电流所形成的电流场来提取人体内部组织的阻抗信息，电流值控制在人体能够承受的范围内，一般为1mA（p-p）到5mA（p-p）。

（2）具有功能成像的特点，功能成像与组织的电特性及组织的生理活动关系密切，不仅能够反映组织的内部结构，而且更能够从功能上反映出病变组织的功能性信息，有可能在组织的形态和结构均为发生明显变化时探测出早期发生病变的部位和性质。

（3）EIT设备操作使用方便，设备价格低廉，体积小，携带方便，医生和病人易于接受。

（4）在灾难、事故急救，往往由于没有有效的连续监护手段，以至错过抢救的最佳时机，而导致患者的死亡。EIT的出现恰好可以弥补这一技术缺陷，该技术可以对患者进行连续、长时间的图像监护，为患者赢得更多的抢救与治疗时间，这是其他CT设备所不具备的。

（5）不使用核素和射线，是一种无电离辐射成像技术，对工作环境无特殊要求。

1.3 EIT研究中存在的问题

近些年，EIT已由基础研究逐步走向基础研究和临床应用同时进行，随着对EIT的研究日益深化，临床应用的研究得到明显的加快。如前所述，最早商用的EIT系统是MK1系统，该系统采用四电极配置，其中两个电极负责激励信号的注入，另外两个电极负责对测量数据进行采集。这样的配置方式能够使得皮肤和电极间测量在物理上的相互独立性，当被测对象注入恒定电流后，此时接触阻抗边界电流的影响基本上可以忽略。EIT主要面临以下五个问题。第一是正问题，即已知物体内部的阻抗分布，求解目标体的节点电位，分析物体内部的阻抗分布变化对边界电位产生的影响。可以利用拉普拉斯方程对正问题进行求解，求出区域内部的节点电压，进而通过给定的边界条件和阻抗分布模型进行求解其内部的电流密度，达到全面分析电厂的目的，并为逆问题的求解和测量提供参考依据。正问题求解过程中常用的数值计算方法主要有边界元法（BEM）、有限元法（FEM）、有限体元法（FVM）等。在正问题求解过程中得到广泛应用的数值计算方法为有限元法。第二是逆问题，即已知物体边界的电位分布，从而确定物体内部的阻抗分布。逆问题具有病态性，边界电压数据的微小扰动会引起解的巨大变化，使重建的图像产生很大的失真，求解逆问题时必须客服这个问题[7]。第三是进行数据采集的硬件系统，主要对测量精度的要求。第四是图像的重构算法，可以分为静态成像算法和动态成像算法。静态成像算法主要有迭代法、敏感矩阵法、双限定法、扰动法，动态算法主要包括等位线反投影算法、谱展开法、基于神经网络的重构算法、滤波反投影重构算法。各种算法的探讨多停留在仿真，真正能应用的不多。目前静态成像算法使用的是迭代法，动态成像多使用的是等位线反投影算法。第五是临床的应用研究，任何生物医学工程都应该以生物医学的需求为出发点，以医学的应用为最终的目的。推动EIT研究首先必须明确其在临床应用的定位目标是什么，针对什么样的要求来研究EIT的分辨率。EIT的研究目标不应该以代替目前的CT、PET、超声等成像技术，而应该以弥补现有成像技术的不足。在动物实验模型EIT成像的试验基础上，使EIT过渡到真正临床应用最关键、最重要的一个环节就是进入对临床病人的研究。仅仅依靠动物模型的研究是不可能获得与人体疾病有关的EIT成像所需的各种参数。目前对腹部出血检测、乳腺肿瘤的检测、胸部阻抗成像、脑部阻抗成像的研究已取得一定的成果[8]。国内也有不少的EIT研究小组，包括第四军医大学、天津大学、重庆大学等，其中第四军医大学处于领先水平，并已取得了可喜的研究成果。本论文基于前几届师兄师姐的研究成果，重点在于EIT的驱动电路的研究设计，为以后的进一步研究打下一定的基础。文献综述