适用于脑部电阻抗断层成像的单源驱动电流模式论文

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1、适用于脑部电阻抗断层成像的单源驱动电流模式论文史学涛，董秀珍，帅万钧，尤富生，付峰，刘锐岗【关键词】脑部Singlesourcedrivepatternsforbrainelectricalimpedancetomography【Abstract】AIM:Toseekasinglesourcedrivepatternoresuitableforbrainelectricalimpedancetomography(EIT).METHODS:Inaccordance,icrange,numberofindependentmeasurement,totalmarginalvoltagec

2、hangesandantinoiseperformanceinanequivalentcircuitmodelofthebrainresistivitydistributionconsistingof7300oddresistors.RESULTS:Thequasipolardrivepatternalinallaspectsexceptthedynamicrange.PolarandcrossdrivepatternsandadjacentdrivepatternfolloostsuitablepatternforbrainEIT.【Keypedancetomography;eq

3、uivalentcircuit;drivepattern;brainresistivitydistribution【摘要】目的:寻求一种更适合于脑部电阻抗断层成像技术（EIT）的单源驱动模式．方法:针对脑部电阻率分布的特点和数据采集系统的实际情况，在一个由7300多个电阻构成的脑部电阻率分布等效电路模型上，对比了邻近、交叉、对向和新提出的准对向这四种驱动模式在动态范围、独立测量数、边界电压变化量和抗噪性能等方面的差异．结果:除动态范围外.freelpedancetomography,EIT）通过求解Laplace方程逆问题来重构图像［1］．由于导体内电流分布的非线性特性，该逆问题具

4、有严重的病态性．为在某些方面提高重构图像的性能，研究者们依据不同的判据，提出了多种电流驱动模式［2-3］.其中Demidenko等［3］所用的自适应最优电流模式中需要同时采用多个电极驱动并在这些电极上测量边界电压，各电流源需精确匹配，使系统实现起来难度很大，目前只有很少系统能够做到．因而，从低成本、易于实现的角度出发，我们将目标锁定在单源激励模式上．鉴于脑部电阻率分布的严重不均匀性及其对颅内深层组织电特性变化信息的提取的影响，考虑到EIT测量的实际情况，我们在脑电阻率分布等效电路模型上对比了邻近、交叉、对向和我们提出的准对向这四种单电流源驱动模式的性能．1方法1.1脑EIT1.1.

5、1脑部的电阻率分布在进行脑部EIT时，一方面，我们必须考虑到高电阻率的颅骨与低电阻率的脑脊液(cerebrospinalfluid,CSF)对注入电流的影响．由于颅骨的电阻率远高于头皮，大量的电流会经头皮分流．其余穿透颅骨的电流又会被颅骨下的CSF进一步分流．因此只有非常少的电流会穿透大脑深层，造成内部组织电特性的变化信息更难被检测出来．1.1.2数据测量本质实际数据采集过程中，单次测量的可靠性主要由信号强度（EIT中的边界电压）和噪声的有效值这两个因素决定．多数情况下，噪声由测量系统自身决定，不会随输入信号大小的改变而改变．同时，由于多数动态EIT图像是基于边界电压的相对变化得来

6、的，边界电压越小，等量的噪声对成像结果的影响就越显著．也就是说重构图像的精度取决于那些较小的而非较大的边界电压．因而，脑EIT成像时应取所有的边界电压都尽可能大即动态范围应尽可能的小的驱动模式．1.1.3独立测量数独立测量数是特定驱动模式下所得到的有效边界电压的个数．例如当采用电极对(1，2)驱动时，电极对(3，4)上的电压差与电极对(3，4)驱动时电极对(1，2)上的电压差相等，因而它们只能看成是一次独立测量．增加独立测量个数，将会获得更多的内部阻抗信息，相应的成像效果也应更好．虽然增加电极的数目会增加独立测量数，但同时会导致边界电压的动态范围和电极间串扰的增大．在电极数目一定的

7、情况下，独立测量数主要由驱动模式决定．值得注意的是，由于电极与皮肤的接触阻抗会在驱动电极上产生较大且不稳定的分压，边界电压测量时往往要避开驱动电极，因而计算独立测量数时应排除这些测量点．1.1.4安全限制由于EIT作用的目标是人，驱动电流的强度必须处在医用电器安全标准中所规定的范围之内以确保人身安全．基于以上考虑，我们认为判断一个驱动模式是否更适于脑EIT时应关注以下指标：①边界电压的动态范围尽可能小；②电极个数相同时独立测量个数尽可能多；③相等的激励电流下，颅内电阻