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信噪比对不同EIT图像重建算法的影响研究及评价
探索不同位置单目标和多目标电阻抗断层成像(EIT)中,信噪比对不同EIT图像重建算法应用效果的影响.针对16电极系统,通过仿真获取EIT场域理想边界电压作为理想EIT系统的采集信号,对理想系统所有通道采集的数据整体添加高斯白噪声,模拟信噪比为40、60、80 dB的EIT检测系统的测量电压.采用等位线反投影(LBP)、基于Newton-Raphson算法的Tikhonov正则化(NR Tikhonov)和Tikhonov-Noser组合正则化(NR TikhonovNoser)、Landweber迭代以及Newton-Raphson 5种算法,重建EIT图像.引入重建误差ER和结构相似度函数SSIM,定量评价成像效果.结果表明,当单目标由场域中心向场域边界移动时,5种算法的SSIM都增大；当目标位置靠近边界但个数增加时,5种算法的ER都增大.LBP和NR Tikhonov-Noser在3种信噪比的系统中均可对5种目标模型成像,5种算法中NR Tikhonov-Noser成像质量好.对场域中心的目标A,Newton-Raphson算法在40 dB信噪比时无法成像,NR Tikhonov、Landweber在40和60 dB时均不能获得有效图像.在80 dB系统中,LBP成像效果不及另4种算法.不同算法成像对EIT检测系统信噪比的要求不一致,应依据构建的EIT检测系统信噪比指标和具体应用目标择优选取成像算法.NR Tikhonov-Noser可作为一般情况下的首选算法,信噪比低于60 dB的系统建议选择LBP,80 dB以上的系统不建议选择LBP.60 dB左右的系统还建议可选择Newton-Raphson算法成像.
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测量分辨率对不同EIT算法影响的仿真研究
目的 探索电阻抗断层成像(electrical impedance tomography,EIT)中检测系统测量分辨率(measurement resolution,MR)对图像重建算法应用效果发挥的影响.方法 基于对EIT均匀场理想边界电压数据结构的分析,仿真模拟MR为0.1、0.01和0.001 mV的实用化EIT系统,探索其对等位线反投影(LBP),Landweber二阶迭代和Tikhonov-Noser组合正则化算法的影响,引入重建误差ER和结构相似度SSIM定量评价成像效果.结果 相同条件下Tikhonov-Noser算法以小ER和大SSIM成像质量高,LBP低.0.1 mV的MR下Landweber无法对A成像.0.01和0.001 mV的MR下,LBP和Landweber算法对单目标成像质量与目标和场域边界的距离成反比,Tikhonov-Noser对B的成像质量低.3种算法ER随目标个数增加(B、D,C、E、F两组)都呈现出增大的趋势.结论 不同MR对3种EIT算法应用效果的影响不同,各算法对不同目标成像时要求的MR也不一致.系统构建时MR应根据应用对象和算法设计.Tikhonov-Noser在0.1 mV的MR系统中可工作,0.01 mV时可获取高质量图像.Landweber算法建议根据应用目标位置选择0.01或0.001 mV的系统;LBP在0.1 mV的MR系统中可工作,MR足够时因成像质量低不建议选择.
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三种EIT算法重建图像评价的仿真研究
目的:针对不同的电阻抗断层成像(EIT)图像重建算法,建立客观有效的评价方法.方法:采用等位线反投影法、Landweber预迭代法和Tikhonov正则化算法,对不同深度位置的目标仿真成像.引入图像重建质量函数D和结构偏离度SSIM,评价3种算法.结果:成像目标由场域中心向边缘移动时,3种算法的图像重建质量函数D的数值随着目标的移动而减小,结构偏离度SSIM的值逐渐增大.结论:图像重建质量和结构偏离度函数是适合ETT图像特征且客观、有效的ETT图像效果评价工具,能很好地反映出图像信息和不同成像算法的差异.
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基于数字相敏检波的恒流源输出阻抗检测及补偿技术实现
目的:为了提高电阻抗成像系统(EIT)的图像重构精度,研究并实现了恒流源输出阻抗值的检测以及补偿技术.方法:在EIT系统上设计了恒流源输出阻抗检测电路,用高速AD采回检测电路的输出电压值,并在数字信号处理器(DSP)实现数字相敏检波(DPSD)后得到恒流源输出阻抗.之后在恒流源输出端并联负电客补偿恒流源输出电容,以增大恒流源输出阻抗,提高EIT系统图像重构精度.结果:由实验结果发现,负电容补偿技术虽然无法使恒流源输出阻抗值趋于无穷,但是可使其阻抗值明显增大.结论:该阻抗检测方法及补偿电路独立于恒流源设计,是恒流源设计之外的测量和进一步提高其输出阻抗的方法,不仅可以很好地应用于EIT系统,也可以应用于其他对恒流源输出阻抗有较高要求的系统.
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创伤性脑水肿甘露醇脱水治疗电阻抗断层成像
目的 探讨甘露醇对脑组织脱水过程中脑部电阻抗的变化规律,研究电阻抗断层成像监护技术对甘露醇脱水功效的监护作用.方法 使用电阻抗断层成像技术,实时监测12例保守治疗的颅脑损伤伤员甘露醇脱水过程中相应的电阻抗一维指标与二维图像变化,每人选取干扰较少的4次脱水过程进行分析,并记录相应的排尿量和液体摄入量,分析在甘露醇的脱水过程中电阻抗指标变化.结果 48次甘露醇脱水过程中,颅内液体量变化时相应组织的电阻抗一维指标也发生变化,当液体量减少时阻抗值升高,液体量回升时阻抗值降低,对应的EIT二维图像也发生相应的变化.结论 连续实时EIT动态图像监护即可动态监护脑水含量改变,判别甘露醇的效果和指导拟定治疗方案,也有可能成为一种颅内病变脑含水量改变监测的有效方法.
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超声造影和超声弹性成像诊断甲状腺良恶性结节的价值分析
目的 探究超声造影(UC)和超声弹性成像(EIT)对甲状腺良恶性结节诊断中特异性和灵敏度.方法 对2016年6月至2018年6月期间来我院急诊的甲状腺良恶性结节患者73例实施手术病理、常规超声、UC、EIT以及UC与EIT两者联合检查.结果 常规超声诊断灵敏度、特异性、阳性预测值和阴性预测值分别为72.58％、65.38％、71.43％和66.67％,明显低于其他诊断方法,UC诊断灵敏度、特异性、阳性预测值和阴性预测值分别为96.77％、94.23％、95.24％和96.08％,均高于EIT,同时UC和EIT两者联合诊断灵敏度、特异性、阳性预测值和阴性预测值分别为98.39％、96.15％、96.83％和98.04％,高于UC诊断(P>0.05).结论 甲状腺良恶性结节诊断过程中应用UC和EIT,两种技术各有优点,两者联合具有较高灵敏度、特异性、阳性预测值和阴性预测值.
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EIT图像重建算法的进展研究
介绍近年来在EIT图像重建算法方面的一些新进展.包括处理电极位置不确定或移动的影响;测量边界形状变化影响的算法;手持平批面阵列探头3D重建算法;EIT测量电路建模及优化;组织参数动态多频EIT在体重建;减小皮肤层边界效应的EIT算法等.
