一種基于磁探測(cè)電阻抗成像的肺部呼吸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及生物醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域，特別涉及一種基于磁探測(cè)電阻抗成像的肺部呼吸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]電阻抗斷層成像技術(shù)是一種無創(chuàng)的功能性成像方式，可用于呼吸過程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。專利[1]借助于PXI總線高度集成的硬件和軟件工具套件構(gòu)建的三維電阻抗成像系統(tǒng)，具有速度快、對(duì)人體無損傷、可實(shí)現(xiàn)連續(xù)實(shí)時(shí)床旁監(jiān)護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。此外，由河北工業(yè)大學(xué)設(shè)計(jì)完成的一款用于呼吸監(jiān)測(cè)的電阻抗成像系統(tǒng)[2]，利用直接數(shù)字合成器構(gòu)建多頻數(shù)字激勵(lì)信號(hào)源，采用DSP作為系統(tǒng)的控制與處理的核心器件，并完善了系統(tǒng)的各功能模塊。天津大學(xué)在肺部呼吸監(jiān)測(cè)電阻抗系統(tǒng)的研宄成果一 EIT_TJU系統(tǒng)[3_4]采用新型的高速信號(hào)處理器DSP提高信號(hào)采集速度和處理速度，使采集速度達(dá)到32電極34.25幅/秒，16電極149.25幅/秒，推動(dòng)了 EIT技術(shù)在肺部呼吸檢測(cè)等臨床應(yīng)用中的發(fā)展。但以上電阻抗成像系統(tǒng)及其成像方法均通過測(cè)量表面的電壓分布獲得電阻抗圖像，由于測(cè)量電極只能分布于成像體表面，測(cè)量信息量相對(duì)較少，從而影響圖像分辨率，精度較差。
[0003]磁探測(cè)電阻抗成像的概念是由Ahlfors等于1992年提出，命名為magneticimpedance tomography (MIT)。2004年Ireland等將此種方法重新命名為磁探測(cè)電阻抗成像(magnetic detect1n electrical impedance tomography，MDEIT)[5]。磁探測(cè)電阻抗成像的基本原理如圖1所示，成像目標(biāo)體內(nèi)部的電導(dǎo)率分布為ζ，電流Itl通過表面電極注入成像目標(biāo)體，從而在其內(nèi)部產(chǎn)生與電導(dǎo)率分布ζ相關(guān)的電流密度J，電流密度在成像目標(biāo)體周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)B，測(cè)量外部磁場(chǎng)從而重建成像目標(biāo)體內(nèi)部的電導(dǎo)率分布。
[0004]參考文獻(xiàn)
[0005][I] 一種基于PXI總線的呼吸過程三維電阻抗成像系統(tǒng)及其成像方法，公開(公告)號(hào):CN103690166A,公開(公告)日:2014.4.2.
[0006][2]張帥，徐桂芝，顏威利，張雪瑩.一種用于胸腔監(jiān)測(cè)的電阻抗成像系統(tǒng)[J].微計(jì)算機(jī)信息，2008，24:284-286.
[0007][3]王春艷.應(yīng)用于肺部檢測(cè)的電阻抗成像系統(tǒng)[D].天津大學(xué)，2007.
[0008][4]何永勃.電阻抗(ECT/ERT)雙模態(tài)層析成像技術(shù)研宄[D].天津大學(xué)，2006.
[0009][5] Ireland R.H.，Tozer J.C.，Barber D.C.，et al.Towards magneticdetect1n electrical impedance tomography:data acquisit1n and imagereconstruct1n of current density in phantoms and in vivo, Phys1logicalMeasurement，2004，25(3):775-796.

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的是提供一種基于磁探測(cè)電阻抗成像的肺部呼吸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，解決了【背景技術(shù)】中存在的測(cè)量信息量較少、圖像分辨率不高的問題，詳見下文描述:
[0011]一種基于磁探測(cè)電阻抗成像的肺部呼吸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述系統(tǒng)包括激勵(lì)源模塊、測(cè)量模塊、計(jì)算機(jī)控制模塊與圖像重建模塊，其中，
[0012]所述激勵(lì)源模塊將若干個(gè)電極固定于所述成像體上，通過所述電極向所述成像體注入一定強(qiáng)度的低頻電流信號(hào)；所述測(cè)量模塊主要由放置在所述成像體胸腔周圍的測(cè)量線圈組成，所述測(cè)量線圈測(cè)量激勵(lì)電流引起的所述成像體周圍的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度；所述計(jì)算機(jī)控制模塊用于控制所述激勵(lì)模塊激勵(lì)電流的強(qiáng)度、頻率等參數(shù)并控制磁場(chǎng)強(qiáng)度的采集過程，再將所述測(cè)量模塊得到的磁感應(yīng)強(qiáng)度的分布數(shù)據(jù)傳送至所述圖像重建模塊；所述圖像重建模塊根據(jù)測(cè)量模塊得到的所述磁感應(yīng)強(qiáng)度的分布數(shù)據(jù)對(duì)所述成像體胸腔的電阻抗分布圖像進(jìn)行重建以檢測(cè)所述成像體呼吸時(shí)肺部的電阻抗變化情況。
[0013]所述激勵(lì)源具體為:電壓源或電流源。
[0014]所述激勵(lì)源具體為:單一頻率或多個(gè)頻率的電流源。
[0015]所述激勵(lì)源具體為:單一頻率或多個(gè)頻率的電壓源。
[0016]所述系統(tǒng)具體為呼吸監(jiān)測(cè)椅或呼吸監(jiān)測(cè)床。
[0017]所述測(cè)量模塊由一組排列在一個(gè)二維平面或三維空間的測(cè)量線圈組成。
[0018]所述系統(tǒng)具體為呼吸監(jiān)測(cè)椅情況下，在進(jìn)行呼吸監(jiān)測(cè)時(shí)，所述成像體端坐在椅子上，將所述激勵(lì)電極置于所述成像體身上，將所述測(cè)量線圈通過一定形狀的支架與監(jiān)測(cè)椅連接，固定于所述成像體的胸腔周圍，由所述控制模塊對(duì)激勵(lì)與測(cè)量過程進(jìn)行控制，并由圖像重建模塊獲得所述成像體在坐姿情況下的呼吸情況。
[0019]所述系統(tǒng)具體為呼吸監(jiān)測(cè)床情況下，在進(jìn)行呼吸監(jiān)測(cè)時(shí)，所述成像體平臥與檢測(cè)床上，將所述激勵(lì)電極置于所述成像體身上，將所述測(cè)量線圈通過一定形狀的支架與監(jiān)測(cè)床連接，固定于所述成像體的胸腔周圍，由所述控制模塊對(duì)激勵(lì)與測(cè)量過程進(jìn)行控制，并由圖像重建模塊獲得所述成像體在臥姿情況下的呼吸情況。
[0020]所述圖像重建模塊根據(jù)電阻抗圖像的重建算法，對(duì)所述成像體呼吸時(shí)胸腔的電阻抗變化情況進(jìn)行重建。
[0021]本發(fā)明提供的技術(shù)方案的有益效果是:
[0022]本發(fā)明提供了一種基于磁探測(cè)電阻抗成像的肺部呼吸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，本發(fā)明以測(cè)量磁場(chǎng)方式替代了表面接觸式的電場(chǎng)測(cè)量模式；本發(fā)明在成像體胸腔周圍空間可放置任意數(shù)量的測(cè)量線圈，改善了傳統(tǒng)電阻抗成像系統(tǒng)對(duì)測(cè)量信息的限制，豐富了測(cè)量信息量，從而改善了電阻抗重建的病態(tài)性，提高了電阻抗(或阻抗譜)成像的分辨率與圖像的重建質(zhì)量。本發(fā)明可用于對(duì)病人的呼吸進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，為臨床診斷和治療提供重要的科學(xué)依據(jù)。
【附圖說明】
[0023]圖1是磁探測(cè)電阻抗成像的原理示意圖；
[0024]圖2是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0025]圖3是本發(fā)明的恒流源激勵(lì)的磁探測(cè)電阻抗成像的肺部呼吸監(jiān)測(cè)椅系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0026]圖4是本發(fā)明的恒壓源激勵(lì)的磁探測(cè)電阻抗成像的肺部呼吸監(jiān)測(cè)床系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0028]為了提高肺部呼吸電阻抗(或阻抗譜)成像的分辨率，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于磁探測(cè)電阻抗成像的肺部呼吸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，參見圖2，詳見下文描述:
[0029]一種基于磁探測(cè)電阻抗成像的肺部呼吸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述系統(tǒng)包括激勵(lì)源模塊、測(cè)量模塊、計(jì)算機(jī)控制模塊與圖像重建模塊，其中，
[0030]激勵(lì)源模塊將若干個(gè)電極固定于所述成像體上，通過所述電極向所述成像體注入一定強(qiáng)度的低頻電流信號(hào)；測(cè)量模塊主要由放置在所述成像體胸腔周圍的測(cè)量線圈組成，測(cè)量線圈測(cè)量激勵(lì)電流引起的所述成像體周圍的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度；計(jì)算機(jī)控制模塊用于控制所述激勵(lì)模塊激勵(lì)電流的強(qiáng)度、頻率等參數(shù)并控制磁場(chǎng)強(qiáng)度的采集過程，再將所述測(cè)量模塊得到的磁感應(yīng)強(qiáng)度的分布數(shù)據(jù)傳送至所述圖像重建模塊；所述圖像重建模塊根據(jù)測(cè)量模塊得到的所述磁感應(yīng)強(qiáng)度的分布數(shù)據(jù)對(duì)所述成像體胸腔的電阻抗分布圖像進(jìn)行重建以監(jiān)測(cè)所述成像體呼吸時(shí)肺部的電阻抗變化情況。
[0031]進(jìn)一步地，為了滿足實(shí)際應(yīng)用中的