一種用于床旁圖像監護的電阻抗斷層成像方法及其裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術公開了一種用于床旁圖像監護的電阻抗斷層成像方法及其裝置，由整體的計算機控制數據采集系統和重構圖像的算法，提供界面，控制圖像監護的過程；裝置包括一計算機，計算機和一數據采集系統連接，計算機內設置有控制數據采集系統的程序和重構圖像的算法，數據采集系統還設置將激勵電流加到人體采集人體的信號的電極的控制模塊；本發明專利技術的突出的特點是，１）采用多對電極放在人體需要監護的部位的外周，將激勵電流加到人體，并將人體的信號傳到數據采集系統；２）由數據采集系統提供交流恒流激勵、高精度信號檢測、驅動測量模式程控設置功能；３）根據采集到的電壓信號，由計算機內設置的重構圖像的算法計算體內電阻率變化的分布，并顯示圖像。（*該技術在2023年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于醫療器械或儀器，涉及一種可用于床旁圖像監護的電阻抗斷層成像方法及其裝置。
技術介紹
現在臨床診斷和治療中有些發病率很高的疾病需要能用于床旁監護的成像技術腦卒中、顱腦損傷亞急性病變、慢性顱內出血，手術后腦部并發癥、新生兒顱內出血、腹部臟器延遲性內出血或局部缺血、器官移植等都需要床旁圖像監護技術。而現有的成像技術都不能用于床旁圖像監護如現有的CT、MRI、PET、超聲等不僅需要龐大的設備和高昂的費用，操作復雜，對人體有一定損害，而且都不可能做到床旁動態、實時圖像監護。在臨床應用領域，床旁圖像監護仍是一個空白，致使不少病人在臨床診斷和治療中喪失最佳搶救時機。電阻抗成像就是通過給人體施加安全電激勵、體外測量響應信號，來重建人體內部的電阻率或其變化分布的圖像。該技術在床旁功能圖像監護方面的優勢首先對功能變化的敏感性，它提取的是與組織功能變化相關的電特性，對那些影響電特性的因素，如血液的流動與分布，體液變化等非常敏感，形成的圖像是功能圖像，其次，不使用核素或射線，無毒無害，無損傷，能多次測量，重復使用，第三，設備小型，成本較低。電阻抗成像技術是基于人體的不同組織有不同電阻抗這一物理原理，給人體施加安全的電流(電壓)，從體表測量電壓(電流)，利用體表測量信號重建出反映人體內阻抗分布的圖像。在以人體阻抗分布的絕對值為成像目標的靜態成像方面，由于對系統要求苛刻，目前僅處于實驗室研究階段；在以人體阻抗分布的相對變化量為成像目標的動態成像方面，如今所報道的成像系統出自英國、美國、芬蘭、法國以及土耳其等國的幾十個研究組。他們在阻抗成像的臨床應用研究方面進行多方面的探索，在消化系統、呼吸系統、腦、心臟、乳腺等功能成像有這對性地做了大量工作，但是由于阻抗圖像的分辨率還不夠高，不能達到目前CT、MRI的分辨率的水平，不能像CT、MRI一樣用做臨床病變得精確檢測，至今沒有取得突破。國內目前的阻抗成像技術研究是以申請人為主進行的，此外還有天津大學、重慶大學、河北工業大學等，目前還都在基礎研究階段。
技術實現思路
本專利技術的目的在于，充分發揮申請人在阻抗成像在功能圖像監護研究方面的優勢，把阻抗成像技術的臨床應用定位于其他成像技術難以實現的、臨床又很需要的功能圖像監護。根據多年的研究結果，為臨床提供一種用于床旁圖像監護的電阻抗斷層成像方法及其裝置，并提出了用于床旁監護的阻抗成像的數據采集系統和圖像重構算法以及相應的軟件設計。實現上述專利技術目的的技術解決方案是用于床旁圖像監護的電阻抗斷層成像方法，由整體的計算機控制數據采集系統和重構圖像的算法，提供界面，控制圖像監護的過程；其特點是，至少包括以下步驟1)采用多對電極，將激勵電流加到人體，并將人體的信號傳到數據采集系統；2)由數據采集系統提供交流恒流激勵、高精度信號檢測、驅動測量模式程控設置功能；3)根據采集到的電壓信號，由計算機內設置的重構圖像的算法計算體內電阻率變化的分布，并顯示圖像。上述交流恒流激勵、高精度信號檢測、驅動測量模式程控設置功能分別為交流恒流激勵功能 采用模擬振蕩、鎖相環及直接數字合成技術，包括產生頻率在50KHz左右的正弦信號并實現恒流輸出，和產生與激勵信號同步的解調控制信號及A/D轉換的啟動控制信號；高精度信號檢測功能包括高精度信號放大、動態范圍調整、高精度解調及數據采集；驅動及測量模式程控設置功能包括①按需要的驅動模式將激勵信號加載到多對驅動電極中的一對電極上；②按需要的測量模式將多對個測量電極中的一對電極上的信號加載到信號放大電路的輸入端。所述重構圖像的算法是采用動態的等位線反投影法，該等位線反投影法基于對所成像目標所作的如下假設①被成像目標阻抗分布為二維；②區域邊界為圓；③電極在邊界上為等間隔分布；④目標區域內電阻抗分布的擾動與阻抗分布的絕對值相比很小，從而使邊界電壓的擾動與阻抗分布擾動成近似線性關系；等電位線阻抗成像實際上是對目標區域阻抗分布擾動的成像若在阻抗分布為σ(x，y)的目標區域周圍加載一組驅動電流，得到一組響應電壓為V0，阻抗分布發生一個較小變化(擾動)后，σ(x，y)→σ(x，y)+Δσ(x，y)，測得響應電壓為V1，將兩組電壓差規則化后進行反投影，即可得到阻抗分布的擾動。一種實現上述用于床旁圖像監護的電阻抗斷層成像方法的裝置，包括一計算機，計算機和一數據采集系統連接，其特征在于，計算機內設置有控制數據采集系統的程序和重構圖像的算法，數據采集系統還設置有多對將激勵電流加到人體采集人體的信號的電極系統(目前采用心電或腦電電極)；上述數據采集系統包括一激勵源模塊，用于產生頻率在50KHz左右的正弦信號并實現恒流輸出，和產生與激勵信號同步的解調控制信號及A/D轉換的啟動控制信號；一信號檢測模塊，用于信號放大、動態范圍調整、高精度解調及數據采集；一D/A轉換模塊，用于D/A的選擇及波形發生電路的實現；一激勵模式設置模塊，用于按需要的驅動模式將激勵信號加載到多對驅動電極中的一對電極上；一測量模式設置模塊，用于按需要的測量模式將多對個測量電極中的一對電極上的信號加載到信號放大電路的輸入端。上述所說的電極為32個。附圖說明圖1是本專利技術的電阻抗斷層成像裝置的總體框圖，其中a)是框圖，b)是裝置示意圖；圖2是32電極數據采集系統框圖；圖3是激勵源框圖；圖4是三運放結構的壓控電流源電路圖；圖5是同相并聯差動放大器電路圖；圖6-1是32電極驅動時的鄰近測量信號大小示意圖；圖6-2是16級增益大小示意圖；圖6-3是經PGA后輸出信號大小示意圖，(Max/Min＝2.40)單位mV；圖6-4是16級增益時輸出對輸入的延遲時間(μs)示意圖，信號頻率47KHz；圖7是具有相位校正及動態范圍調整的信號檢測模塊框圖；圖8是具有相位補償和直流PGA的信號檢測模塊電路圖；圖9是32電極硬件系統中信號波形及時序示意圖；圖10是MAX306多路開關結構示意圖；圖11是測量模式設置原理圖； 圖12是實時成像系統電極分布示意圖；圖13是反投影區示意圖，其中D1為等效電偶極子，陰影部分為反投影區，P為投影區內一像素；圖14是反投影權值的求取圖示；圖15是反投影過程示意圖；圖16是成像系統工作流程圖；圖17是軟件系統基本功能圖；圖18是軟件的初始化流程圖；圖19是軟件的參考數據幀采集流程圖；圖20是軟件的成像數據幀采集流程圖。具體實施例方式以下結合附圖和專利技術人依本技術方案完成的實施例對本專利技術作進一步的詳細描述。1、總體結構本專利技術的總體結構如圖1所示，圖中a)是框圖，b)是裝置示意圖。整體的計算機控制控制數據采集系統和重構圖像的算法，給使用者提供界面，使工作人員能夠控制圖像監護的過程。電極采用心電電極或腦電電極，將激勵電流加到人體，并將人體的信號傳到數據采集系統。數據采集系統提供交流恒流激勵、高精度信號檢測、驅動測量模式程控設置等功能。圖像重構的算法根據采集到的電壓信號，計算體內電阻率變化的分布，并顯示圖像。2、數據采集系統結構2.1數據采集系統及整體的計算機控制2.1.1激勵源模塊(圖2中1) 一個完整的采用DDS技術的激勵源模塊結構框圖如圖3所示。1)本模塊完成的功能a)產生頻率在50KHz左右的正弦信號；b)實現恒流輸出；c)產生與激勵信號同步的解調控制信號及A/D轉換本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于床旁圖像監護的電阻抗斷層成像方法，由整體的計算機控制數據采集系統和重構圖像的算法，提供界面，控制圖像監護的過程；其特征在于，至少包括以下步驟：１）采用多對電極放在人體需要監護的部位的外周，將激勵電流加到人體，并將人體的信號傳 到數據采集系統；２）由數據采集系統提供交流恒流激勵、高精度信號檢測、驅動測量模式程控設置功能；３）根據采集到的電壓信號，由計算機內設置的重構圖像的算法計算體內電阻率變化的分布，并顯示圖像。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：董秀珍，付峰，尤富生，劉銳崗，史學濤，
申請(專利權)人：中國人民解放軍第四軍醫大學，
類型：發明
國別省市：87[中國|西安]