专利名称：一种用于电阻抗断层成像系统的定标装置的制作方法
技术领域：
本发明属于电阻抗断层成像技术领域，涉及一种用于电阻抗断层成像系统的定标
装直。
背景技术：
电阻抗断层成像技术是一种新型医学成像技术，该技术基于不同的生物组织具有不同的电阻率特性、病理生理功能的改变也会显著改变组织电阻抗特性这一特 点，通过在人体目标区域贴放一圈体表电极，并通过这些电极向体内注入弱的、对人体完全无创的交流电流，再测量各电极上的响应电压信号，最后经特定的图像重构算法实现某一截面或区域内组织电阻抗特性的二维或三维分布状况的成像。由于该技术对人体无创无害，且相对现有成像设备而言，该技术具有结构简单、操作简便、设备便携、成像速度快、系统造价低等优点，能够满足长时间、动态观察病变部位的演变过程的特殊需求，因而有望弥补现有医学成像技术的不足，是当前相关领域的研究热点。在电阻抗断层成像技术研究中，高精度数据采集和高性能图像重构是这一技术研究的关键性问题。而在这些研究中，制作一个适于电阻抗断层成像系统应用的定标装置，用以产生一个标准的电阻抗分布场域并能模拟相关伤、病或生理状态引起的电阻抗扰动，从而进行电阻抗信号的检测与图像重构，对于数据采集系统的采集精度、图像重构算法的成像质量评价都有着极其重要的应用价值。为达到对数据采集系统或成像算法的有效评价，国内外的研究团队在电阻抗断层成像技术研究中，均构建了相应的成像定标模型。其中最为常见的是电阻抗分布数值模型，即通过数学仿真的方式构建一个圆形平面模型，对该模型进行有限元剖分并填充上相应的电阻率，再在其四周按等间隔的方式布置16个(个别小组选用32个)电极点以进行激励信号的注入和响应电压的提取。这种模型虽然具有应用灵活，结果精确度高的特点，可较好地评价图像重构的效果，但因其为完全数学仿真计算得到，无法用于对电阻抗断层成像数据采集系统性能的检验与评估。为此，一些研究小组采用在盐水槽中放置玻璃棒、金属块、琼脂块、香蕉块等物品的方法构建电阻抗断层成像物理模型，并通过贴放于盐水槽壁的电极进行信号采集。这种模型虽然可以在一定程度上满足数据采集系统与图像重构算法的性能检验要求，但也存在着模型的电阻抗特性与人体组织相差较大且难以准确设定、扰动位置也难以精确定位的不足，难以达到对成像系统性能精确评价与衡量的目的。针对以上问题，Griffiths在1995年报导了一个采用192个电阻、128个电容共同构成的轮辐状阻容网络装置以用于电阻抗断层成像研究。但由于该装置结构过于简单，无法实现扰动位置的径向定位，因而也难以满足应用要求。此外，在电阻抗断层成像数据采集中，激励信号的施加与响应信号的测量均需通过与皮肤相连接的电极才能实现，而电极与皮肤之间的电信号转换过程是一种复杂的电化学过程，并会对电阻抗信号测量的准确性产生不可忽视的影响。然而，现有的模型均无法对这一过程进行模拟或控制，因而无法用于评价电极性能对成像的影响。
发明内容
本发明解决的问题在于提供一种用于电阻抗断层成像系统的定标装置，该装置具有与人体组织相近的电阻抗特性分布，且能够相对准确地模拟出成像区域内不同位置、不同程度的电阻抗扰动，并能模拟电极/皮肤接触界面的影响。本发明是通过以下技术方案来实现一种用于电阻抗断层成像系统的定标装置，包括模拟电阻抗分布或其扰动变化的基本电阻抗单元，和模拟电极/皮肤接触特性的电极/皮肤接触单元； 所述的基本电阻抗单元分布构成一个电导率已知的定标网络，从定标网络的中心点到其边缘至少设有四层基本电阻抗单元；所述的电极/皮肤接触单元等间隔分布在定标网络的四周，与定标网络的最外层的基本电阻抗单元相连接；所述的基本电阻抗单元的电阻抗与Cole公式所表述的组织电阻抗等效；所述的电极/皮肤接触单元包括电极/皮肤接触阻抗模块和电极极化电位模拟模块。所述的电导率已知的定标网络中，改变相应位置的基本电阻抗单元到中心点的等效电阻抗产生电阻率扰动。所述的基本电阻抗单元依据Laplace方程相互连接构成所需外形的定标网络。所述的电导率已知的定标网络中，围绕定标网络的中心点的第n层的基本电阻抗单元的个数为4n个，每层电阻抗单元以中心点为中心均匀分布；从定标网络的中心点到其边缘至少设有四层基本电阻抗单元，最外层的电阻抗单元构成圆形区域。所述的基本电阻抗单元的构成为将电阻Rp与电容Cp并联之后，再与电阻Rs串
联，并设置
权利要求
1.一种用于电阻抗断层成像系统的定标装置，其特征在于，包括 模拟电阻抗分布或其扰动变化的基本电阻抗单元，和模拟电极/皮肤接触特性的电极/皮肤接触单元； 所述的基本电阻抗单元分布构成一个电导率已知的定标网络； 所述的电极/皮肤接触单元等间隔分布在定标网络的四周，与定标网络的最外层的基本电阻抗单元相连接； 所述的基本电阻抗单元的电阻抗与Cole公式所表述的组织电阻抗等效； 所述的电极/皮肤接触单元包括电极/皮肤接触阻抗模块和电极极化电位模拟模块。
2.如权利要求I所述的用于电阻抗断层成像系统的定标装置，其特征在于，所述的电导率已知的定标网络中，改变相应位置的基本电阻抗单元的等效电阻抗产生电阻率扰动。
3.如权利要求I所述的用于电阻抗断层成像系统的定标装置，其特征在于，所述的基本电阻抗单元依据Laplace方程相互连接构成所需外形的定标网络。
4.如权利要求3所述的用于电阻抗断层成像系统的定标装置，其特征在于，所述的电导率已知的定标网络中，围绕定标网络的中心点的第η层的基本电阻抗单元的个数为4η个，每层电阻抗单元以中心点为中心均匀分布；从定标网络的中心点到其边缘至少设有四层基本电阻抗单元，最外层的电阻抗单元构成圆形区域。
5.如权利要求I所述的用于电阻抗断层成像系统的定标装置，其特征在于，所述的基本电阻抗单元的构成为将电阻Rp与电容Cp并联之后，再与电阻Rs串联，并设置Rs=R00,
6.如权利要求5所述的用于电阻抗断层成像系统的定标装置，其特征在于，所述的基本电阻抗单元的电阻抗频谱特性与所模拟的生物组织相近，改变电阻RP、电容CP、电阻Rs的参数以产生电阻抗扰动。
7.如权利要求I所述的用于电阻抗断层成像系统的定标装置，其特征在于，所述的电极/皮肤接触阻抗模块的构成为电极双电层等效电容Ce与双电层等效漏电阻Re相并联后，再与电极材料等效电阻Res相串联。
8.如权利要求I所述的用于电阻抗断层成像系统的定标装置，其特征在于，所述的电极极化电位模拟模块由模数转换器、运算放大器、电阻和选通开关构成，利用模数转换器产生所需的输出电压Ve，通过由运算放大器和电阻构成的缓冲或加法器电路进行调理，再依据当前电极所处的状态，选通相应开关。
9.如权利要求8所述的用于电阻抗断层成像系统的定标装置，其特征在于，当电阻抗断层成像系统采用交流恒压激励-边界电压测量工作模式时，基于图5所示的电极/皮肤接触单元的控制为 · I.O当电极处于激励信号注入状态时，开关Ki导通，其余开关断开，激励电压经运算放大器Al缓冲后，再通过由运算放大器A2构成的加法器与电极极化电位Ve相加，最后经电极/皮肤接触阻抗模块注入定标网络； I. 2)当电极处于边界电压检测状态时，开关K4导通，其余开关断开；经电极/皮肤接触阻抗模块传递过来的边界电压经运算放大器A4缓冲后，再通过由运算放大器A3构成的加法器与电极极化电位Ve相加，最后送给测量电路； .1.3)当电极处于激励信号流出状态时，开关K2、K5同时导通，其余开关断开；流经整个定标网络的激励电流经电极/皮肤接触阻抗模块流入运算放大器Α5的反相输入端，而电极极化电位Ve接Α5的同相端，激励电流将全部通过运算放大器Α5的反馈电阻流出，其输出电压与激励电流成正比。
10.如权利要求8所述的用于电阻抗断层成像系统的定标装置，其特征在于，当电阻抗断层成像系统采用交流恒流激励-边界电压测量工作模式时，基于图5所示的电极/皮肤接触单元的控制为 . 2.I)当电极处于激励源注入或流出状态时，开关Κ3导通，其余开关断开；激励电流直接流入或流出电极/皮肤接触阻抗模块； . 2.2)当电极处于边界电压检测状态时，开关Κ4导通，其余开关断开；经电极/皮肤接触阻抗模块传递过来的边界电压经运算放大器Α4缓冲后，再通过由运算放大器A3构成的加法器与电极极化电位Ve相加，送给测量电路。
全文摘要
本发明公开了一种用于电阻抗断层成像系统的定标装置，包括模拟电阻抗分布或其扰动变化的基本电阻抗单元和模拟电极/皮肤接触特性的电极/皮肤接触单元；所述的基本电阻抗单元分布构成一个电导率已知的定标网络，从定标网络的中心点到其边缘至少设有四层基本电阻抗单元；所述的电极/皮肤接触单元由电极/皮肤接触阻抗模块和电极极化电位模拟模块共同构成，且等间距分布在定标网络的四周，与定标网络的最外层的基本电阻抗单元相连接。本发明提供的装置可满足电阻抗断层成像数据采集系统性能与图像重构效果的评价需求。
文档编号A61B5/053GK102961136SQ201210507459
公开日2013年3月13日 申请日期2012年11月29日 优先权日2012年11月29日
发明者史学涛, 董秀珍, 尤富生, 季振宇, 付峰, 刘锐岗, 徐灿华, 杨滨, 代萌, 漆家学, 蔡占秀 申请人:中国人民解放军第四军医大学