电阻抗断层成像.doc

0707024101分类号学号密级公开 Electrical impedancect imaging studies 题 目电阻抗断层成像研究学校代码作者姓名指导教师学科门类提交论文日期专业名称成绩评定许开锦电子信息科学与技术张 辉电子医学类2011年5月3日摘 要电阻抗断层成像(Electrical Impedance TomographyEIT)是根据生物体内不同组织以及同一组织在不同状态下具有不同电导率的现象,通过在生物体表面施加安全电流(电压),测量表面电压(电流),重建生物体内部的电阻抗分布图的成像技术。详细分析了 EIT 成像中遇到的关键问题以及现有的主要应对方法, 列举EIT技术在临床医学上的应用现状 , 同时对 EIT 在技术和临床上的发展趋势进行了展望 。关键字：电阻抗断层成像技术、重建算法、硬件设计、临床应用21 AbstractElectrical Impedance Tomography (EIT) is an imaging technique that based on the phenomena that the electrical conduction within different kinds of tissue of organism or the same tissue in different states is different. The objective of EIT is to reconstruct the internal conductivity distribution of an object from voltage (or current) measurements made at body surface, by driving with current (or voltage) on its surface. After that the main questions of EIT and corresponding solutions is analyzed. Finally , the typical applications of EIT in medicine and the trend of EIT are demonstrated.Key words： Electrical Impedance Tomography、reconstruction algorithm、Hardware design、 clinical application 目 录摘 要1Abstract01绪 论21.1引言21.2电阻抗成像简介21.3.电阻抗成像技术国内外研究现状31.4.电阻抗成像的生物医学基础61.5 本文研究的内容和目的82.电阻抗成像的数学描述82. 1 电阻抗成像的数学描述83. EIT的图像重构算法研究93.1 等位线反投影算法93.2 Landweber 迭代法103.3 Tikhonov正则化算法104.电阻抗成像硬件设计114.1EIT测量系统关键功能模块的简单介绍114.1.1电流源114.1.2电极124.1.3电压检测124 . 2 图像重构与显像125.EIT研究的关键及难点125.1电场在体内的分布的研究135.2高精度、高信噪比的数据测量系统135.3新的驱动检测原理技术研究135.4 电阻抗成像研究的难点146.电阻抗成像的发展趋势146.1肺梗塞的诊断146.2 乳腺肿瘤的诊断156.3 中枢神经系统的诊断156.4 心血管系统的诊断156.5 肌肉骨骼系统的诊断156.6 呼吸系统的诊断156.7消化系统的诊断166.8无创体温测量166.9其他应用167.结论与展望168.参考文献189.致 谢191绪 论1.1引言电阻抗成像(EIT)技术是一项新的成像技术，它的实现一般是通过在物体表面设置一定数量的电极，在选定的电极上施加一定模式的电流，然后测量各电极的电压，再将这些测量的已知电压、电流数据，依据图像重建算法，构造出物体内部的未知阻抗图像。电阻抗成像技术具有x射线计算机断层(CT)、核磁共振(MRI)等无法比拟的优点，即对人体检测无创、成像设备简单、操作方便等。电阻抗成像已成为21世纪医学成像研究的热点，而且电阻抗成像在工业监测、无损探伤等方面也引起了工业界的极大关注。根据成像目标不同，电阻抗成像分动态电阻抗成像和静态电阻抗成像两种方式。动态电阻抗成像是对阻抗变化的相对值成像;静态电阻抗成像是对阻抗分布的绝对值成像。由于动态成像可以在测量过程中抑制其共同的噪声，而且人体阻抗的变化直接反映出人体生理过程和病理状况，因此对动态电阻抗成像的研究受到极大的关注。1.2电阻抗成像简介电阻抗成像技术( Electrical Impedance Tomograp hy ,EIT) 是一种较新的成像技术。EIT通过体表电极,检测外加驱动信号(一般为电流源)后想要成像区域的电压(电流)分布,从中提取与人体相关的组织或器官的电阻抗特性 ,以此进行断层成像 。与 X - CT超声成像等技术相比 , EIT获得的不是高质量的解剖图像 ,而是人体的结构与功能图像 。E IT是一种无损伤检测技术,可以实现临床上的长期监护和检测,且其价格低廉、成像设备简单、便于携带。因此 EIT是实现功能成像的一种前景十分好的成像技术。1978年Henderson和 Webser 首次获得电阻抗图像这种图像类似X线胸片的投射图像但这还不是断层图像。1983 -1984 年间,外加电位断层成像技术(Applied Potential To2 mograp hy,简称APT)诞生,并由此获得单一电导率分布图像,此后EIT以其无损伤低成 本的功能图像吸引了众多的研究者。1990-1993年间, Griffiths、Dijktra等人根据他们的研究对EIT成像技术、成像原理及临床应用前景作了综合评述,实时EIT系统的设计也开始起步,相断出现了一些精度高、速度快的EIT系统 。目前的EIT成像系统,按照其使用的电源数目分成APT和自适应电流断层成像技术(Adap tive Current To mograp hy ,简称ACT)两类。APT系统采用一个电流源 ,而 AC T 系统采用多个电流源。按照显像情况 EIT成像系统 ,正处于实验室仿真阶段。动态 E I T 反映人体内部电阻率分布的变化情况,相对于静态EIT ,动态EIT利用差值成像 ,可以减少一些测量误差 ,因而已使用在临床应用研究方面。EIT系统几乎可在应用于临床各个学科上,国内外研究人员已使用EIT在中枢神经系统、心血管系统、肌肉骨骼系统、呼吸系统、消化系统等领域进行了尝试性研究。尽管EIT的出现只有十几年的时间,且目前 EIT技术还处于实验室研究阶段还没有实现真正意义上的临床应用,但随着生物阻抗全信息检测技术的不但发展和完善, EIT技术在临床上的普及应用将不再是梦想。正因为如此电阻抗断层成像技术已成为当今生物医学工程学重大研究课题之一。1.3.电阻抗成像技术国内外研究现状EIT是一种新颖的图像重建技术,最早在二十世纪20-30年代。就有地质学家尝试把电流注入到地层,然后测量地表的电压,试图确定接近地表的不同地层的导电特性,进而确定矿藏的分布。EIT成像在医学领域的研究是在最近三十年才发展起来的。目前,国外阻抗图像重建工作主要研究以有效提高重建图像的空间分辨率和减小计算量。国内在生物阻抗图像重建方面的工作开展较晚, 现在还处于研究的初级阶段, 同时研究的重点一般放在血流图的改善与提高(中国医学科学院生物医学工程 研究所) 和阻抗测量中硬件系统的改进方面(第四军医大学生物 工程研究所)。其它研究机构在电阻抗成像方面的研究一般侧重 于理论方面, 如EIT成像重构算法的改进、生物阻抗测量原理及方法的基础性研究等。重庆医科大学生物医学工程研究室、清华 大学电机系生物工程研究所和北京航空航天大学电子工程系都 在此方面都取得了一些阶段性的研究成果。 电阻抗断层成像是国外近些年的一个研究热点，欧洲、北美、前苏联等地区有许多研究小组在进行这方面的工作.欧洲已建立了欧洲EIT统一行动组织（CAIT）来组织和协调EIT研究工作.目前，根据成像的区别电阻抗断层成像技术主要可分为两种，一种以电阻抗分布的绝对值为成像目标，称为静态EIT；另一种是以电阻抗分布的相对值（差别）为成像目标，被称为动态EIT.从激励频率上可将EIT分为单频及多频EIT，单频EIT只采用单一频率激励成像目标，而多频EIT采用多个激励频率（10 kHz1 MHz），充分提取了成像目标内组织的阻抗频率特性，在此基础上还可得到组织的特征参数图像，为进一步鉴别和区分组织打下了基础，因而多频及参数成像越来越受到人们的重视.从激励方式上可将EIT分为注入电流式(Injected Current EIT )和感应电流式（Induced Current EIT). 前者就是采用驱动及测量电极从成像目标表面激励及获取信息，而后者是近三年才提出的采用激励线圈及体表测量电极获取成像目标内感应电流场的分布信息，这种技术因成像精度相对不高，目前仅处于实验阶段.英国Sheffield大学Brown等1987年建立了第一个完整的DMS（Mark I System），有16个激励及测量电极，采用相邻电极5 mA p-p 51 kHz恒流激励. 该系统有51 dB的信噪比，及每秒10幅图像数据获取速度.1995年Smith等13在Mark I的基础上建立了第一个实时的供临床基础研究用的Mark 系统，有16个电极，使用20 kHz 5 mA p-p恒流激励，采用16通道并行测量、数字相敏检测（Digital Phase Sensitivity Detector，DPSD）等技术，使成像速度达到25帧/s，测量电路CMRR60 dB, SNR60 dB，所测阻抗数据信噪比达到68 dB，该系统用于人体胸腔得到了初步成像结果，并已用于临床基础研究.美国Wisconsin-Madison大学的SaKamoto等1987年建立了基于物理模型的测量系统. 该系统采用16个条形电极、50 kHz 1 mA(峰峰值)的恒流激励及模拟解调技术，测量最大误差3%，放大器CMRR80 dB、输入阻抗大于1 M、噪声水平10 V(50 kHz时）. 该系统基于12 cm12 cm的方形物理模型得到了初步成像结果. 1991年Hua等,基于直径30 cm圆柱形物理模型建立了32通道优化电流激励测量系统17，采用32个外圈电流驱动、内部电压测量的不锈钢复合电极（Stainless current/voltage compound electrode)，激励频率50 kHz，32通道激励电流在每次图像迭代重构后都重新计算及校正，以得到最优电流激励模式（Optimal Current Pattern)，测量系统有12 bit的幅值分辨率.该系统对位于模型中心、直径6 cm的绝缘体等进行了成像，经10次迭代后得到了较清楚的图像.上述研究小组的数据测量系统大部分仅限于对物理模型的测量，只有Sheffield大学的Smith等在Mark 测量系统的基础上结合等位线反投影图像重构算法，在英国皇家Hallamshire医院建立了第一个供临床基础研究用的动态EIT实时系统，用于人体肺、胃、大脑、食管等不同部位的成像，证明其具有功能成像的特点. 近三年来，电阻抗成像在二维和单频的基础上向三维及多频成像方面发展，也有学者从事感应电流（induced current）EIT的研究. 美国纽约Rensselaer Polytechnic Institute的Cook等于1988年建立了基于物理模型的自适应电流激励成像系（Adaptive Current Tomograph, ACT2). 该系统采用32电极并行自适应电流15 kHz激励，单通道电压测量，电流幅值及电压测量有12 bit分辨率，30 s获取一组测量数据. 1991年Saulnier等在ACT2的基础上建立了32电极并行激励、并行测量、并行校正及补偿的高精度、高速度DMS（ACT3），激励频率30 kHz，系统精度可达16 bit，在此精度下获取一幅图像数据需133 ms，若将测量精度降为13 bit，则获取一幅图像数据只需2 ms. 该系统对一直径8 mm的铜摆进行动态连续成像（铜摆在盛盐水的直径30 cm的容器中摆动），成像结果较好，能对铜摆在不同时相的位置定位，但铜摆图像模糊，且明显大于实际尺寸.我国在EIT领域的研究起步较晚，重庆大学、中国医学科学院、第四军医大学有研究小组在进行电阻抗成像系统的研究，这方面的工作才刚刚起步，目前完整的EIT数据测量系统国内未见报道.几年来，该技术又有了许多新的发展，出现了以人体三维阻抗分布为成像目标的三维EIT技术，以外围线圈激励的感应EIT以及多频激励测量进行复阻抗成像的多频EIT，这些研究都得到了初步的实验结果.1.4.电阻抗成像的生物医学基础医学研究表明,生物组织是由大量不同形状的细胞和细胞之间的液体组成的,其中细胞又由细胞膜和细胞质组成,不同的组织与器官有不同的阻抗特性,人体不同的组织器官具有不同的电特性,且对于同一组织,电流沿不同的方向流入时,电阻值也有很大的差别。所以由体表测得的生物电信号包含与组织和器官功能相关的信息。那么由测得的电信号,可以进一步了解组织细胞的生理、病理状态。表1给出了部分人体组织的电导率: 表 1 部分人体组织的电导率从上表也可以看出, 组织含水量越大, 电导率就越高。另一方面, 一些病理和生理现象也会引起组织电特性的变化。E IT 提取的 就是与组织和器官的功能变化相关的电特性信息, 并对携带丰 富生理和病理信息的生物组织阻抗进行图像重建。由于人体就是一个大的生物导电体, 其组织和器官对电流均有一定的阻抗, 而且这种阻抗因组织与器官的部位和生理活性的不同而不同。EIT成像方法就是通过在被测体表面布置一定数量的电极, 并施加一定的电流, 然后通过电压电极测量被测体内部各组织、器官在电流场作用下所呈现的电压分布, 由测量到的电压,根据一定的图像重建算法可以得到被测体内部的阻抗分布。其成像的实质是利用边界电压测量求解物体内部的阻抗分布函数。1.5 本文研究的内容和目的本文通过系统的介绍电阻抗成像的概念、电阻抗成像的生物医学基础、物理基础、图像重建算法及成像系统等让我们对电阻抗成像技术有一个深入的理解和全面的认识。 2.电阻抗成像的数学描述2. 1 电阻抗成像的数学描述E IT 图象重建的过程, 实际上就是利用边界测量数据求解 物体内部电阻率分布函数 的过程。 其数学模型可由下述椭圆 方程边值问题进行描述: 其中,V 边界电压分布;J 边界电流密度分布;为待求电阻率分布函数;方程 (1) 是一个非常复杂的微分方程,对任意的边界条件一般不可能获得解析解、(1)、(3)式为熟知的Neuman问题,(1)、(2)为熟知的Dirichlet问题, 在已知的情况下他们的解都是适定的,两者都为EIT的正问题;当已知电压分布求则称为EIT的逆问题, 它是不适定的,求解难度较大。EIT逆问题就可以归结为一个非线性最小二乘问题3. EIT的图像重构算法研究EIT的图像重构算法是EIT成像系统的重要环节. EIT图像重建中的正问题和逆问题是其图像重建中两个关键性过程. 由模型的阻抗分布及驱动信号，求其内部的电压和电流分布，这在电磁场分析中被称为正问题，即由求；阻抗成像被认为是一个逆问题，被定义为：给出边界电流和边界电压的测量值，求模型内的阻抗分布，即，由和v求.正问题的求解可以利用求解拉普拉斯方程得出区域内部节点电压，进而利用给定边界条件和阻抗分布模型计算其内部电流密度达到全面分析这一电场的目的.逆问题求解比正问题要复杂的多，就目前来说可借助于数值方法通过多次迭代修正阻抗分布的估计值来实现.在迭代过程中要调用正问题求解过程， 利用正问题的解不断修正阻抗分布模型，以使之最接近真实阻抗分布.有限元方法（FEM）是常用的求解电磁场的数值方法，在EIT中这一方法被广泛用于正问题过程的求解，其基本思想是通过泛函求极值来为非线性方程求解. 为EIT构造FEM模型，其主要目的是通过将这一特殊边界条件的电场或场域边界作线性化近似，以解决人体外加电场在人体内引起的电流分布的非线性和非均匀性，其实质上是利用数值方法求解具有特殊定解条件的一组偏微分方程.图像重构算法也是EIT研究的热点，目前研究的算法主要有扰动法(Perturbation Method)、修正的Newton-Raphson方法、双限定方法(Double Constraint Method)、敏感性方法（Sensitivity Method）、等位线反投影算法、 谱展开法M.Zadehkoochak算法基于神经网络的重构算法、广义逆法等.在这里我们主要对等位线反投影算法，landweber预迭代算法、Tikhonov 正则化算法的原理及成像结果进行分析讨论3.1 等位线反投影算法等位线反投影算法是目前应用最为广泛的EIT图像重建算法。它建立在硬场假设的基础上，即假设电导率变化很小时，敏感场分布的变化比较小，可以按照硬场特性沿着投影域把测量结果反投影回去，是一种定性的图像重建算法。它借鉴了 X-CT 的重建原理，虽然没有严格的理论推导，但以其计算量小、计算时间短、适应性强和抗噪性强等优势在EIT图像重建，尤其是实测数据的重建中得到广泛应用。 等位线逆投影法是较多采用的方法，它利用阻抗变化的相对值成像，速度快、抗噪声能力强，实现简单，但成像精度不高。等位线反投影法在反投影过程中只涉及一个矩阵的算法,所以尽管在理论上不如其 它算法完善 ,但它的成像速度是最快的。然而由于得到的只是电阻率分布的变化值,所以它不能实现静态成像。3.2 Landweber 迭代法目前有很多的EIT图像重建算法都是基于灵敏度理论的Landweber 迭代法便是其中一种。从原理上讲，Landweber 迭代法是最速下降法的一种变形、由于灵敏度系数矩阵S往往不是方阵且具有病态性，求解通常很困难，需要对S矩阵进 行改进。Landweber 法以迭代的方法逼近S的逆阵S-1，采用最速下降方向作为其搜索方向，较好地解决了S矩阵病态性问题。预迭代算法是为了提高图像重建的实时性而对 Landwe- ber迭代法进行的一种改进，它能够减少迭代次数，获得更高 的收敛速度。3.3 Tikhonov正则化算法由于EIT逆问题的求解具有不适定性，为得到逆问题的有效解， 经常需要一些额外的先验知识以及对解的一些附加约束条件，从而将不适定性问题转化为适定性问题，获得稳定的近似解。求解逆问题的稳定近似解的过程称为正则化。Tikhonov正则化是一种应用最普遍的解决病态问题的方法。它的基本思想是将目标函数最小化，它的特点是重建的速度快。正则化因子的选择反映正则化的质量，在理论上我们可以看到存在最优的最则因子，但就现在研究水平而言我们还是主要通过经验来选择，随着目标的不同，选取不同的正则因子。所以我们说Tikhonov正则化具有一定的主观性。4.电阻抗成像硬件设计E I T 系统的硬件部分包括三个单元 ,各单元之间由微机控制处理 。其基本关系有下图所示：测量系统图像重构显 像4.1EIT测量系统关键功能模块的简单介绍EIT系统主要由电流源、电极 、电压检测(电压源、电极、电流检测)组成 ,并辅以多路传输器、D/A 、A/D转换、调制/ 解调器等。完成数据采集功能 。4.1.1电流源A PT系统工作时使用一个电流源 。先将电流源加在一对相邻电极上 ,然后测量其它 电极对上的电压。测完后再将它加到另外一对相邻电极上 ,再测电压 ,直到所有电极都加完一次电流源为止。独立测量次数由电极数目决定。A PT使用的电流源波形多为余弦和正弦,电流值为1.8 mA。ACT系统同时将多个电流源加到每一个电极上并测量所有电极上的电压。每一个电流源的电流值常为0.5 mA ,电流波形没有限制。E I T成像的频率范围在10-1000 KH ,目前成像多采用单一频率。未来 EIT的发展方向是同时采用多种频率进行测量,一个同时采用 8 种频率的 A PT系统的研制已近尾声 。4.1.2电极在EIT系统中，电极是提取信号的关键器件，其性能的优劣直接影响采集数据的精度，关系到重建图像的成败。它 必须具备如下的特点：(1)有利于电流的注入和电压的提取，其灵敏度要高；(2)与皮肤表面的接触阻抗要小； (3)电极的形状要规格化，易于匹配； (4)对皮肤无毒性。E I T系统使用的电极数目多在 16 - 64 之间 。A P T 系统一般是 16个电极 ,AC T 系统 多为 32个电极 ,也有少数 A PT用32个电极 ,AC T 用 64 个电极 。电极设计方面 ,有由电流电极和电压检测电极共同构成的组合电极 ,有根据身体特殊部位对电极进行不同的排列而设计的特殊形状的电极等 。此外 ,在电极的宽窄 、材料等方面也需做进一步研究 。4.1.3电压检测EIT系统将获得的模拟信号稍作处理 ,进行 A/ D 转换 ,并在 A/ D 转换前设有增益选择以保证 电压检测的分辨力 。然后将数据放大 、解调送往图像重构单元 。A TP 、AC T 系统都带有 匹配滤波器以获得高速 、灵敏 、窄带的解调结果 。为保证成像质量 ,要求测量系统采集数据的时间短 ,在精度方面 ,动态 EIT 是差动成像 ,对精度的要求低于静态 EIT 。4 . 2 图像重构与显像采用何种重构算法对数据进行处理直接影响到成像的质量。尽管目前理论上提出的算法很多 ,但多数 A P T 系统 (动态) 只能采用速度快的等位线反投影法 。有些 AC T 系统 (静态) 部分地采用了牛顿 - 拉菲逊算法 。等位线反投影法理论上不太精确 ,图像分辨力 不太高影响了 E I T 系统在临床的普及 ,但它毕竟有速度快等优势 ,故能实现实际成像 。5.EIT研究的关键及难点和其他学科的研究一样，EIT的研究也是一门综合性很强的研究，它不仅有涉及电场分布问题、算法研究、硬件设计，驱动检测、软件编程，因此研究EIT我们要着重研究以下几点:5.1电场在体内的分布的研究电场在人体内的分布是非线性的，而人体的结构又是非常复杂的，对其进行深刻的研究掌握其在各种组织各种体液中的分布规律对研究驱动测量技术、图象重构算法有重大意义.因此电场在人体内发布的研究直接关系到EIT成像水平的发展。是EIT成像研究关键所在。5.2高精度、高信噪比的数据测量系统的研究目前EIT因采用体表弱电流激励及体表测量技术，使内部阻抗信息在体表测量中表现为弱信号、大动态范围. 有文献报道，在一个心动周期中血流入肺而导致肺组织的阻抗变化为3%，从体表仅能测量到这种变化的1/20，即内部3%的阻抗变化在体表只能得到0.15%的改变. 由此看出，由生理特性决定EIT技术对DMS提出了具有高精度、高信噪比的要求.另外，阻抗图像重构的算法中有大量矩阵运算或多次迭代运算，经测量系统得到的数据的信噪比大小将直接影响成像质量. 因此，为得到质量较好的重构图像，也要求DMS必须有高精度、高信噪比的基本特性.5.3新的驱动检测原理技术研究由于测量电极的限制，每次只能得到非常有限的独立测量数据（N个电极能得到N（N-1）/2个数据），因此需对驱动检测方法做进一步的研究探讨，驱动检测技术包括向人体施加电能的原理（电流或电压等）研究；施加电能的方式（接触或感应等）研究；电极的尺寸、个数和排列方法研究等；电极的尺寸与断层截面的厚度、电极的数量与信息量的矛盾、电极固定位置与测量的稳定性的矛盾等问题的研究. 这些问题需有新的突破才能使阻抗断层成像技术上一个新台阶.5.4 电阻抗成像研究的难点关于重构算法问题由于EIT是非线性问题，在求解算法方面存在很多困难，虽然在动态及静态EIT技术都提出很多种算法，但是图像重构效果都不能令人满意. 这些算法基本上都是基于有限元方法，目前各种算法的主要问题在于收敛性能、抗噪能力较差，而且随着抛分规摸的增加计算量也大幅度增加,病态性程度也增加等.6.电阻抗成像的发展趋势电阻抗成像技术在医学方面有广泛的应用。在临床上,EIT成像可以用于肿瘤的早期发现、癌组织定征及胃功能监测、癫痫等多种疾病的早期发现及诊断, 实现心、肺、脑及循环系统的功能检测;实现血液动力学和流变学的在体动 态研究, 形成一系列新型的可综合评价血液动力学和流变学行为的在体无创测量方法; 进行人体成分的测定, 其结果可用于营养状况的评价、指导运动员训练、健美锻炼以及相关疾病的诊断 等。所以在生物医学领域, 由于E IT 技术具有无创、廉价、安全、无毒副作用、操作简单和信丰富等特点, 易于被医者和患者所接受, 因而具有非常广泛的应用前景。6.1肺梗塞的诊断肺梗塞产生的原因是肺部血管的阻塞 。目前对肺梗塞 的诊断主要是先让病人吸进带有放射性的气体 ,以此来检测肺部的通气状况 。然后再将不透明的放射性染料或是可 溶性的放射性物质注入待测人的血管 ,用此来观测肺部血 流的图像 。最后将肺部血流图与肺部气体流向图加以比较 , 那些气体可以通过但血流通不过的地方暗示了梗塞的区域 。更简单地定位梗塞区域的方法是电阻抗成像技术 。因 为气体 、体组织 、血液的电特性有很大的差别 , 所以用 EIT 技术对肺部进行电导率和电容率的连续成像 ( 勾画出随时 间变化的电特性图) 可以检测出梗塞区域 。通过电特性图 来诊断梗塞区域较现有技术有许多明显优点 : EIT 成像不 要求待测人暴露在 X 射线或放射性材料下 , 同时成像成本 相对较低 ,可以实现对人体的连续临床监护 。6.2 乳腺肿瘤的诊断恶性乳腺肿瘤有着明显不同于它周围健康体组织的电特性 ,基于此特征可以用 EIT 成像诊断出肿瘤的位置 ,而且用 EIT 技术有着以下四个优点 : 检测过程安全 ; 可以揭示生物组织电特性与生理学状态的联系 ; 简洁廉价的设备 , 成像成本低 ; 简单的检测程序 。 6.3 中枢神经系统的诊断 脑室内脑脊髓的电阻率低于血液的电阻率 ,因此 EIT 可用来检测新生儿脑室内出血。神经细胞的活动、心动周期也会导致脑内电阻率的变化 ,故在成人脑显像中EIT图像可望在脑损伤、周期性偏头痛、脑供血的研究方面作出贡献 。6.4 心血管系统的诊断 由于人体血液的电阻率低于多数组织 ,因而可通过动态EIT图像反映出血液在器官的灌注情况 , EIT可显示深部静脉电阻抗变化以用来帮助诊断静脉拴塞 ,并在测量每博输出量、心输出量等心脏参数方面发挥作用。通过比较体位变化过程中妇女骨盆区电阻抗化 ,可望在骨盆充血诊断方面提供依据。6.5 肌肉骨骼系统的诊断 骨折处的血液变化情况可由EIT图像反映 ,所有EIT可用于显示骨折的早期愈合过程 。6.6 呼吸系统的诊断 由于人体肺部阻抗变化与吸入气体量有关, EIT可用于肺通气的研究,阻抗变化能够反映连续呼吸情况,并由此能识别肺拴塞、肺大泡和左下叶肺不张等的病理情况。6.7消化系统的诊断人体的胃部电阻率在摄入导电性较好的食物后将会降低 ,可反映在EIT图像上并能够识别肥厚性幽门狭窄,反映流质食物的胃排空及胃酸的分泌情况。6.8无创体温测量 组织的电导率随温度的变化可以反映在动态EIT中 ,因此EIT系统可记录高温热疗过程中人体某区域的热流图 。总之, EIT技术可望应用于人体各领域的临床实验。但当前的临床应用仅处于探索阶段,只有EIT技术的深入发展和完善,才会实现其在临床的普及。6.9其他应用除了医学成像,电阻抗成像技术在其他领域也展现了广阔的应用前景, 如多相流体流动成像、检测与定位地球上的矿床、跟踪地球上污染源的扩散,以及对机器器件的检测。7.结论与展望电阻抗成像技术在医学方面有广泛的应用。关于 EIT 在检测中风、肺气肿、心肌萎缩、膀胱疾病、乳腺癌等方面均有医学报导。目前EIT技术的研究集中在快速重组算 法和对电导率、电容率的精确重组。速度和精