專利名稱：一種基于分層重構的腦部電阻抗斷層成像方法
技術領域：
本發明屬于電阻抗斷層成像技術領域，涉及一種基于分層重構的腦部電阻抗斷層成像方法。
背景技術：
電阻抗斷層成像(Electrical Impedance Tomography, EIT)技術是通過在待測體表面施加一微弱的交流電激勵，從相應的檢測電極中檢測被測區域邊界的電壓分布，通過算法重構，得到待測體被測區域內部的電阻抗分布圖像或者電阻抗變化的分布圖像。當待測體為生物體時,進而可反應生物體內部組織電阻抗特性改變及組織功能性改變。EIT技術具有成像設備小型，成本經濟，無害，重復可實時成像的優點，同時，將EIT技術應用在生物體上，可通過監測生物體內部的阻抗變化來反應生物體內組織的功能學改變,具有功能成像的特點。申請號為99115855. 5的中國專利，題為《一種電阻抗斷層成像方法》、申請號為03134598. 0的中國專利，題為《一種用于床旁圖像監護的電阻抗斷層成像方法及其裝置》，對于此種技術方案進行了詳細披露。中國專利號為ZL200910022777. 7，題為《一個結構信息融合的電阻抗斷層成像方法》，披露了一種通過提取成像目標內部結構信息，將其轉換成電阻抗斷層成像所需的先驗信息，結合所得先驗信息進行結構圖像與電阻抗圖像的融合成像的方法，該方法能夠提高電阻抗圖像作為功能圖像的準確性，改善圖像的分辨率，全文結合于此作為參考文獻。然而，現有技術方法在人體腦部成像應用時，仍存在兩個不足。首先，現有技術方法只是將顱骨先驗信息引入正向計算模型，并未針對顱骨做算法方面的改進工作，當顱腔內阻抗變化目標區域靠近顱骨區域時，通過已有融合成像方法可以看出沒有發生阻抗變化的顱骨層也會在阻抗圖像上有所錯誤的反映，形成顱骨偽影，影響圖像的正確判斷。此外，由于顱骨高電阻率的影響，頭皮區域的干擾非常容易淹沒顱腔內阻抗變化目標，導致無法重構出目標。目前在電阻抗斷層成像領域，還沒有一個有效解決上述兩個問題的重構方法披露。
發明內容
本發明解決的問題在于提供一種基于分層重構的腦部電阻抗斷層成像方法，可以去除顱骨偽影，并降低頭皮外層區域干擾，從而突出顯示顱腔內的電阻抗斷層成像。本發明是通過以下技術方案來實現—種基于分層重構的腦部電阻抗斷層成像方法，包括以下步驟I)根據空間分布先驗信息，將頭部模型分層處理為頭皮層Qsealp，顱骨層Qskull和顱腔層Qbrain，則要重構的電阻抗向量估計A合Ik分為三個向量頭皮盧頁骨、盧頁^Psco/p
腔其向量形式表示為沖二 Apjil( ;
^Pbraiti，brain _2)顱骨層Qskull沒有發生阻抗變化，則有先驗信息A p j=0, j G Qskull,然后引入約束矩陣D，則A Pj=O表述為DA p=h，其中h為零向量；電阻抗正問題方程為
SAp= ^ Ap= ，其中，S是敏感矩陣，Av是待重構的電阻抗測量數據；
Dh — 利用下式進行第一步重構，去除顱骨偽影Ap = (SrS + //D7D + my' SrAv = B,Av，其中，R 為正則化矩陣,u 為約束參
數，\為正則化參數，是分層重構矩陣；3)對于重構出的利用空間先驗信息，提取頭皮層的干擾41= AP『,。，其中Al為頭皮層干擾估計；采用下式進行第二步重構A& =B,(Av-SAA)，降低頭皮層干擾，重構結果表述為Apb = ，e為殘差。
brain —所述當顱腔內阻抗變化目標不靠近顱骨層時，忽略顱骨偽影，約束參數U為0，步驟3)則采用(STS+ A R) -1St重構獲得Al。所述當頭皮層沒有干擾或干擾較小時，忽略頭皮層干擾，Al為O。所述的待重構的電阻抗測量數據Av為各種激勵測量模式組合下測量而得到的數據。所述的重構包括各種正則化方法。所述的頭皮層的干擾包括頭皮干擾或者可等效于頭皮層的干擾。與現有技術相比，本發明具有以下有益的技術效果本發明提供的一種基于分層重構的腦部電阻抗斷層成像方法，根據空間分布先驗信息，將頭部分層處理為頭皮層Qsm1p，顱骨層Qskull和顱腔層Qbrain，然后通過引入約束矩陣D，去除顱骨偽影，再通過提取頭皮層的干擾，降低頭皮層區域干擾，突出顯示顱腔內的目標。當阻抗變化目標位于顱腔內靠近顱骨層時，現有技術重構結果中沒有發生阻抗變化的顱骨層靠近目標處出現了偽影，影響結果的判定，而本發明通過顱骨偽影去除解決了該問題；當頭皮層發生嚴重干擾時，現有技術重構結果中頭皮層干擾已經淹沒了顱腔內的目標，無法重構出目標圖像，而本發明通過去除頭皮層干擾解決了該問題。本發明提供的一種基于分層重構的腦部電阻抗斷層成像方法，可根據情況靈活應變對于顱腔內阻抗變化目標不靠近顱骨層的情況，可以忽略顱骨偽影，因此可以只采用第二步分層重構降低頭皮層的干擾(即約束參數U為0);對于頭皮層沒有干擾或干擾很小的情況，可以忽略頭皮層干擾(即At為0)，因此可以只采用第一步分層重構去除顱骨偽影。
圖I為本發明的頭部模型分層示意圖；圖2為本發明的仿真重構模型；圖3為本發明的仿真目標及本發明與現有技術所得結果對比；圖4為本發明結合現有融合成像結果與單獨融合成像結果對比。
具體實施例方式為了使本領域技術人員可以更容易理解本發明，以及更清楚的理解本發明的目 的，下面結合附圖及實施例對本發明作進一步詳細說明，所述是對本發明的解釋而不是限定。實施例I參照圖I、圖2和圖3，以計算機仿真圖像為例對本發明做進一步詳細說明。本實施例首先需要對頭部模型進行分層處理，頭部模型分層示意圖如圖I所示，分為頭皮層Qsm1p，顱骨層Qskull,顱腔層Qbrain。因此對應區域的要重構的電阻抗向量AP也分為三個向
從 scalp
量頭皮顱骨顱腔向量形式表示為A^=。
^Pidr/p ' Apsfafl、 ^Pbiam >_^Pbrain _在本實施例中，假設整個頭部為一半徑為12cm的圓域,頡腔為一半徑為9cm的圓域，盧頁骨為一內徑為9cm外徑為Ilcm的環狀區域,頭皮為一個內徑為Ilcm外徑為12cm的環狀區域，頭皮、顱骨和顱腔的電導率分別為0. 44S/m、0. 01 S/m和0. 2S/m，此為已知的先驗信息。圖2為用于重構計算的仿真重構模型，對頭部區域進行12層有限元剖分，由已知先驗信息對頭部模型進行分層處理，深色區域為仿真顱骨層，顱骨外區域為仿真頭皮層，顱骨內區域為仿真顱腔層，所示網格為規則有限元剖分網格。圖3中301為顱腔內阻抗變化目標區域靠近顱骨區域時的仿真模型，用來生成仿真數據。仿真模型采用24層有限元剖分，其中頭皮層、顱骨層和顱腔層的電導率設置分別為0. 44S/m、0. 01 S/m和0. 2S/m，顱腔內正右側靠近顱骨層設置一阻抗變化目標，其電導率設置為0. 67S/m。圖3中305所示另一仿真模型是在301仿真模型基礎上增加了一個頭皮干擾，其位置位于顱腔內目標的右上方，電導率設置為0. 67S/m。仿真模型設置完成后，根據電阻抗斷層成像原理，模擬真實噪聲水平，根據各自模型分布生成各自包含一定噪聲的仿真數據A V。圖3中302為301仿真數據參考《一個結構信息融合的電阻抗斷層成像方法》重構結果圖，從圖中可以看出沒有發生阻抗變化的顱骨層靠近目標處出現了偽影。圖3中306為305仿真數據現有技術重構結果圖，從圖中可以看出頭皮層干擾已經淹沒了顱腔內的目標，無法重構出目標圖像。本發明提出的基于分層重構的腦部電阻抗斷層成像方法，包括以下步驟考慮顱骨層Q skull沒有發生阻抗變化，因此先驗信息有A p J=Oj G Q skull，引入約束矩陣D，上述先驗信息可寫為D A p =h，其中h為零向量，因此電阻抗正問題方程可寫為
權利要求
1.一種基于分層重構的腦部電阻抗斷層成像方法，其特征在于，包括以下步驟 1)根據空間分布先驗信息，將頭部模型分層處理為頭皮層Ω_1Ρ，顱骨層Qskull和顱腔層Qb_，則要重構的電阻抗向量估計Aptk分為三個向量頭皮邳一、頓骨ΔβΛΜ 、盧頁腔其向量形式表示為
2.根據權利要求I所述的基于分層重構的腦部電阻抗斷層成像方法，其特征在于，當顱腔內阻抗變化目標不靠近顱骨層時，忽略顱骨偽影，約束參數μ為0，步驟3)則采用Bl= (StS+ λ R) ^1St 重構獲得ΔβΑ c
3.根據權利要求I所述的基于分層重構的腦部電阻抗斷層成像方法，其特征在于，當頭皮層沒有干擾或干擾較小時，忽略頭皮層干擾，緣為O。
4.根據權利要求I所述的基于分層重構的腦部電阻抗斷層成像方法，其特征在于，所述的待重構的電阻抗測量數據Av為各種激勵測量模式組合下測量而得到的數據。
5.根據權利要求I所述的基于分層重構的腦部電阻抗斷層成像方法，其特征在于，所述的重構包括各種正則化方法。
6.根據權利要求I所述的分層腦部電阻抗斷層成像方法，其特征在于，所述的頭皮層的干擾包括頭皮干擾或者可等效于頭皮層的干擾。
全文摘要
本發明公開了一種基于分層重構的腦部電阻抗斷層成像方法，該方法通過將頭部模型進行分層處理，根據空間分布先驗信息，將頭部分層處理為頭皮層Ωscalp，顱骨層Ωskull和顱腔層Ωbrain，引入約束矩陣D進行第一步分層重構降低顱骨層偽影，對重構出的進行第二步分層重構進一步降低頭皮層干擾，突出顯示顱腔內的目標。本發明利用分層圖像重構的思想，能夠取得降低顱骨偽影，降低頭皮層干擾，提高成像質量的有益效果。
文檔編號A61B5/053GK102961137SQ201210507460
公開日2013年3月13日 申請日期2012年11月29日 優先權日2012年11月29日
發明者董秀珍, 徐燦華, 付峰, 史學濤, 尤富生, 楊濱, 代萌 申請人:中國人民解放軍第四軍醫大學