电阻抗断层成像技术研究进展

电阻抗断层成像(EIT)是一种重要的医学成像方法,通过对物体表面的分布电测量来获知物体内部的电特性图像,有着良好的应用前景.本文对EIT的硬件系统和成像算法的研究进展作了全面的描述.首先对硬件部分的信号源和驱动模式进行了介绍,并对目前使用的EIT系统作了简要的分析;然后介绍了成像算法,从二维和三维成像两个方面对目前EIT的重建算法进行阐述.最后,对EIT进行了讨论和总结.     

头部组织三维核磁共振电阻抗成像算法的仿真研究

文章给出了一种基于核磁共振技术的三维阻抗成像（电导率分布）重构算法,并将该方法应用于人体头部组织电导率分布重构上。该代数重构方法是利用高分辨率的核磁共振成像系统对成像物体进行三维构建和不同组织的边界区分,根据核磁共振系统中测量得到的磁感应强度Bx和By分量并结合有限元数值计算得到的电流密度分布J组成非线性矩阵,通过迭代求解此非线性矩阵,来解决三维电导率分布的重构问题。在三层球头模型（包括头皮、颅骨和大脑）上分别进行的仿真实验结果表明,该算法具有较强的抗噪声能力和较好的收敛性,重构的头部电导率分布图像具有较高的精确性。     

基于径向基函数神经网络的肺部加权频差电阻抗成像方法

目的 对肺通气过程进行床旁实时连续图像监控，是机械通气患者和临床医生的迫切需求。肺部电阻抗成像（EIT）可反映呼吸引起的胸腔电特性变化分布，在肺通气监测方面具有天然的优势。本文目的在于建立基于径向基函数神经网络（RBFNN）的肺部加权频差电阻抗成像（wfd-EIT）方法，实现对肺通气的高空间分辨率成像。方法 利用肺部wfd-EIT成像方法实时描绘胸腔电导率分布状况，再通过RBFNN将目标区域可视化并精准识别其边界信息。首先通过数值分析模拟，在各个激励频率利用COMSOL与MATLAB软件建立2 028个仿真样本，分为训练样本集和测试样本集，验证所提出成像方法的可行性和有效性。其次，为了验证仿真结果，建立肺部物理模型，选用具有低电导特性的生物组织模拟肺部通气区域，对其进行成像实验，并采用图像相关系数（ICC）和肺区域比（LRR）定量数据衡量成像方法的准确性。结果 wfd-EIT方法可以在任意时刻进行图像重建，并能够准确反映出目标区域的电特性分布；利用基于RBFNN的算法能够增强目标区域的成像精度，ICC可达0.94以上，更好地凸显其边界轮廓信息。结论 通过wfd-EIT成像方法，利用多频阻抗谱同步测量实现目标区域的快速可视化，并结合RBFNN网络逼近任意非线性函数的优点，实现对目标区域电特性变化的精准识别，为下一步进行临床肺通气的EIT图像监测奠定了理论和技术基础。     

电阻抗断层成像技术进展

电阻抗断层成像技术分为:静态EIT(以电阻抗分布的绝对值为成像目标)和动态EIT(以电阻抗分布的相对值为成像目标),它是近年来国内外生物医学工程研究的比较热门的一种成像技术。因为与已有的X射线成像、计算机断层扫描成像(CT)、核磁共振成像(MRI)及超声成像相比,这种新的成像技术不仅具有解剖学的特征信息,还有功能性成像的性质。又因为它的无创、简单、便宜、容易应用等特点,在临床有着很好的应用前景。本文通过数学、物理以及应用上的论述并结合了最新的国内外科研动态。介绍了电阻抗断层成像技术的数学计算(包括算法和算法分析),物理基础(激励方式,激励频率,驱动模式),揭示了电阻抗断层成像技术的基本原理,并展示了此项技术的临床应用情况。     

电阻抗技术在银杏树干健康评估中的应用研究

为评估银杏行道树树干健康程度,降低树干断折倒伏风险,本研究采用PiCUS Tree Tronic树木电阻抗断层成像仪分别对健康、干旱、腐烂银杏树干进行检测,并与树干的目测结果进行比较.树干的断层扫描结果显示,健康树干的电阻率为中间高四周低,中部电阻率达1 000Ω·m,四周电阻率约300Ω·m;干旱的银杏树干整体呈现高电阻率,平均电阻率达1 000Ω·m以上;腐烂树干的电阻率差异与腐烂区域相关,腐烂面积占比普遍高于目测结果,说明电阻抗技术能够更准确地探测树干内部的健康状况,该结果可为银杏树干健康评估提供指导.     

CaCl2对金叶女贞茎抗寒性和电阻抗图谱参数的影响

为探明CaC l2处理对金叶女贞（Ligustrum vicaryi）茎抗寒性和电阻抗图谱参数的影响,找出抗寒性和电阻抗图谱参数的关系,2006年9月15日开始对金叶女贞当年生扦插苗进行CaC l2处理,对照为清水;分别用电阻抗图谱法和电导法估测其抗寒性,并进行比较分析。结果表明：CaC l2处理能在抗寒锻炼初期使金叶女贞茎的抗寒性提高3.5℃,金叶女贞茎的抗寒性与未冷冻处理茎的弛豫时间τ、冷冻处理后茎的胞外电阻率re、含水量之间均存在较高的相关性。     

皮肤肿瘤早期筛查的快速无创电阻抗检测方法

目的 随着环境问题和臭氧层空洞化的加剧,皮肤肿瘤的患病率也大幅增加,但是皮肤肿瘤前期隐蔽性高、症状不明显,导致大部分病例都是在中晚期发现的。因此,本文基于生物阻抗谱(bioimpedance spectroscopy,BIS)技术,提出一种皮肤肿瘤早期筛查的快速无创电阻抗检测方法。方法 首先,建立四层皮肤模型,采用数值分析方法研究角质层对BIS测量的阻碍作用。其次,使用去除角质层的皮肤模型研究混有不同半径和浸润深度的皮肤肿瘤组织电学特性。最后,使用凝胶处理后的猪皮组织实验验证肿瘤浸润深度(h)的影响。结果 角质层仿真结果表明,去除角质层的皮肤对激励信号的响应更明显。皮肤肿瘤模型仿真表明,当肿瘤半径(R_tumor)及h>1.5 mm时能够区分肿瘤组织与正常组织。同时根据实验结果中正常组织与肿瘤组织虚部弛豫阻抗(Z_imag-relax)定义了组织病变度(ε_worse,为肿瘤组织虚部阻抗相对于正常组织虚部阻抗变化的百分比),并绘制了肿瘤组织浸润深度(Depth)与Z_imag-relax的拟合曲线。当...     

声电成像在生物电流检测中的应用

心电、头皮脑电、表面肌电等传统无创生物电检测方法可为相关疾病诊断提供电学依据。由于生物电信号是机体细胞群共同放电的混叠集合结果,上述生物电检测方法空间分辨率相对有限。近些年兴起的声电成像利用无创聚焦超声空间编码生物电流,靶向获得精确聚焦位置的电信号,可实现毫米级空间分辨率、毫秒级时间分辨率的无创生物电信号检测,有望成为精准检测生命体深层电活动的新型成像技术。本文首先简述声电成像原理与声电信号特征,进而从声电耦合机理、声电成像方法、声电脑成像及声电心脏成像等方面详细介绍声电成像的典型研究,最后围绕声电成像关键技术环节所面临的挑战,对未来研究方向进行探讨,以期为建立完善的声电成像技术体系和实现其临床转化提供依据与启发。     

外源水杨酸对高温胁迫下金莲花幼苗生理及电阻抗参数的影响

为解决金莲花幼苗在北方低海拔地区越夏过程中生长不良的问题，研究喷施水杨酸对高温胁迫下金莲花幼苗生理及电阻抗参数的影响，为提高金莲花的耐热性提供理论依据。以金莲花幼苗为试验材料，外源水杨酸（SA）设置4个浓度梯度（0.5、1.0、1.5、2.0 mmol·L^-1），喷施处理后置于人工气候箱内进行昼38℃/夜30℃的高温胁迫试验。结果表明：喷施0.5~1.0 mmol·L^-1水杨酸能有效降低金莲花幼苗的热害指数、相对电导率和丙二醛（MDA）含量，缓解叶绿素降解、显著提高可溶性糖含量、游离脯氨酸含量以及超氧化物歧化酶（SOD）活性，其中以1.0 mmol·L^-1的水杨酸（SA）处理效果最好，说明喷施适宜浓度的SA可以提高金莲花的耐热性，从而缓解高温伤害。相关性分析表明，热害指数与相对电导率呈极显著正相关（P<0.01），与叶绿素总量、可溶性糖含量胞外电阻率（r_e）呈显著负相关（P<0.05），胞内电阻率（r_i）与Pro含量呈显著正相关，弛豫时间（τ）与Pro含量和SOD活性呈极显著正相关，因此胞外电阻率、胞内电阻率和弛豫时间等电阻抗参数可作为金莲花对高温逆境反应的评价指标。     

啮齿类动物视觉电生理检测方法

作为合适的分子遗传操作哺乳动物模型,啮齿类动物凭借其多方面的优点,已被广泛应用于眼病的实验模型中。近年来在先前定性评估视觉方法的基础上,学者又提出了多种量化动物视觉的新方法。本文将探讨动物视觉电生理检测方法及其在啮齿类实验动物模型中的应用。     

Alterations in Electrolyte and Trace-Element Concentrations During Simulated Extracorporeal Blood Circulation

In our studies with simulated extracorporeal blood circulation we observe damaging effects on blood cells, especially under oxygenating conditions. In order to characterize these effects we also analysed electrolyte and trace-element concentrations in plasma during and after simulated extracorporeal blood circulation. Highest resorption effects for magnesium and highest desorption effects for calcium, copper and iron are found with oxygen gas flow in the system. Membrane permeability for electrolytes seems to be induced as well. Cellular damage due only to mechanical stress within the perfusion system can be neglected.     

基于光学相干层析成像技术的小鼠表皮厚度的无损测量及分析

光学相干层析成像技术(optical coherence tomography,OCT)在研究活体皮肤的表皮和真皮上层方面是一种很有潜力的手段.本文以小白鼠为研究对象,脱毛后,采用OCT系统对同一部位的小鼠皮肤在制作切片过程中(活体、离体、固定24 h后)进行成像跟踪,分别获得OCT强度图中第一强度峰到第一个波谷,以及第一、二强度峰之间的距离,比较两种结果和组织学的对应情况,并分析其原因,同时关注切片过程中各种物理、化学因素对皮肤各层厚度的影响,研究了OCT图像的各个反射峰与实际皮肤的结构之间联系.     

干旱胁迫下小麦叶片的电阻抗图谱参数与生理参数的关系

通过盆栽实验,在适宜水分、中度干旱和严重干旱水分条件下,分别测定了3个不同抗旱类型的7个小麦品种叶片的电阻和电抗以及保护酶活性、MDA含量、细胞膜相对透性、脯氨酸和含水量等生理参数,并拟合了胞外电阻、胞内电阻、驰豫时间以及驰豫时间的分布系数等电阻抗图谱参数,分析了叶片的电阻抗图谱参数与生理参数之间的相关性。结果表明,在受到水分胁迫后,小麦叶片的CAT、POD活性较适宜水分条件下降低,MDA含量、细胞膜相对透性和脯氨酸含量增加,含水量减小;胞外电阻、胞内电阻、驰豫时间以及驰豫时间的分布系数在品种间差异均极显著(P<0.01),而仅胞内电阻在水分处理间差异显著(P<0.05);在适宜水分条件下,胞外电阻与细胞膜透性有显著负相关,驰豫时间与丙二醛、含水量之间有显著正相关,而在严重干旱条件下,驰豫时间分布系数与丙二醛含量之间有显著正相关,胞内电阻与含水量之间有显著负相关。可见,胞内电阻和驰豫时间分布系数在一定程度上反映了小麦叶片受水分胁迫的程度。     

胃容积及胃食道液体状态变化的电学特性研究

目的 三维电阻抗成像(3D-EIT)结合二维电阻抗成像(2D-EIT)研究胃容积及胃食道液体状态变化的电学特性响应,旨在探究EIT技术应用于胃食道反流病监测的可能性。方法 8名受试者被要求在实验前4 h禁食,保证实验开始时胃部处于排空状态,实验开始后受试者被要求分两次喝下400 ml经口补水液,在摄入200 ml状态下和摄入400 ml状态下分别应用3D-EIT检测腹腔3D空间的电导率分布。为了定量说明不同状态下电学特性的变化,使用配对样本t检验分析3D-EIT重建3D图像的空间平均电导率(■)。采用数值仿真工具,建立两种尺寸胃容积模型验证,实验结果中胃容积变化是引起受试者腹腔3D空间内电导率变化的原因,并研究胃腔被不同比例补水液填充状态下电学特性的变化趋势,应用2D-EIT数值仿真进行电导率分布图像重建。结果 8名受试者腹腔3D-EIT实验中空间平均电导率■的配对样本t检验结果表明,空间平均电导率从C^{200 ml}状态下的■增加到C^{400 ml}状态下的■(n=8,P<0.05)。因此,受试者腹腔胃部区域空间平均电导率随胃容积增加而显著增...     

CaCl2对金叶女贞茎抗寒性和电阻抗图谱参数的影响

为探明CaCl₂处理对金叶女贞(Ligustrum vicaryi)茎抗寒性和电阻抗图谱参数的影响,找出抗寒性和电阻抗图谱参数的关系,2006年9月15日开始对金叶女贞当年生扦插苗进行CaCl₂处理,对照为清水;分别用电阻抗图谱法和电导法估测其抗寒性,并进行比较分析。结果表明：CaCl₂处理能在抗寒锻炼初期使金叶女贞茎的抗寒性提高3.5℃,金叶女贞茎的抗寒性与未冷冻处理茎的弛豫时间τ、冷冻处理后茎的胞外电阻率r_e、含水量之间均存在较高的相关性。     

人类小腿肌肉对运动训练生理响应的电学特性研究

目的 运动训练已被证明能够改善许多慢性肌肉功能疾病,被用于治疗衰老型肌萎缩。本文采用电阻抗成像(electrical impedance tomography,EIT)研究人类小腿肌肉对运动训练生理响应的电学特性,旨在使用EIT方法可视化运动训练对人类小腿响应肌肉隔室内肌肉纤维体积增加的效果。方法 实验对象被要求在连续5个实验日进行左、右腿单侧提踵训练,应用EIT检测每日运动训练前和运动训练后小腿肌肉的电导率分布。为了定量分析运动训练对响应肌肉隔室的作用,使用配对样本t检验分析EIT重建图像的空间平均电导率<σ>。结果 运动训练后,由小腿腓肠肌组成的M₁肌肉隔室空间平均电导率<σ>_M1显著增加。此外,连续5个实验日的EIT测量结果显示,运动训练前的空间平均电导率<σ^pre>_M1呈上升趋势。所有实验对象在实验日1早晨进行实验前的腿部瘦体重与<σ>_M1呈线性关系,即<σ>_M1随腿部瘦体重增加而增加;运...     

涝胁迫下白桦叶和茎含水量的电阻抗图谱估测

通过人工模拟涝胁迫, 在不同时期测定涝胁迫下白桦(Betula platyphylla)叶和茎的电阻抗图谱(electrical impedance spectroscopy, EIS)和相应叶和茎的含水量及细胞膜透性。对叶和茎EIS参数与其含水量以及细胞膜透性数据分别进行相关分析, 采用单变量线性和非线性回归技术, 选取部分样本数据建立涝胁迫下白桦叶和茎的含水量估测模型, 并利用其余的样本对模型进行检验。用EIS法和电导法估测其耐涝时间。取得如下结果。(1) 随着涝胁迫时间的延长, 涝处理中白桦叶和茎的含水量均呈下降趋势。(2) 涝胁迫下叶的EIS中弧顶电抗值呈降低的趋势, 而茎的EIS中弧顶电抗值呈先升高, 后降低的趋势。(3) 涝胁迫下白桦叶和茎的含水量及细胞膜透性与部分EIS参数显著相关, 并通过选取相关性最佳的EIS参数, 构建了涝胁迫下叶和茎含水量的估算模型。其中, 高频电阻率(r)对叶和茎含水量的估算效果最好, 最佳估算模型分别为y_叶=1.066 8e^−0.11x和y_茎=0.000 7x²+0.003 7x+0.525 4。对以上模型进行测试和检验, 均取得了较为理想的预测精度, 分别为84.30%和94.34%。表明可以用EIS信息估测涝胁迫下白桦叶和茎的含水量, 其估算模型有较高的可靠性与普适性。(4) 白桦实生苗可忍受30天以上涝害胁迫。该研究结果对利用EIS技术监测逆境下林木生理状况及生长趋势具有实用价值。