电阻抗测量数据修正方法及设备与流程

本发明涉及电阻抗成像领域，具体涉及一种电阻抗测量数据修正方法及设备。

背景技术：

电阻抗断层成像(electricalimpedancetomography，eit)是一种利用被测生物体的电阻抗特性进行成像的非侵入式生物医学成像技术。由于生物体内各组织器官的电阻抗特性差异显著，因此利用电阻抗成像技术重建出的图像对比度较高。另外，一些器官或组织(如肺、心脏)在生理活动过程中电阻抗特性也会发生明显变化，因此该技术可用于对生物体生理状态的长时间监测。生物医学电阻抗成像具有分辨率高、成本低、设备轻便、无辐射和实时监测等优点，具有广泛的应用前景。

为了进行生物医学电阻抗成像，需要在被测生物体表面布置一定数量的电极(如16个)。在一次测量过程中，电阻抗成像装置轮流激励所述多个电极中的两个，并测量所述多个电极中的其他电极上的电位差，以得到一帧测量数据。电阻抗成像装置使用该测量数据根据电阻抗成像方法重建相应的电阻抗断层图像。上述激励电极对和测量电极对的选择方法包括相邻电极法、相对电极法等。根据激励-测量方式的不同，一帧测量数据的数据点个数也不相同。

测量数据的准确性高度依赖于电极的可靠性。通常情况下，当布置在生物体表面的个别电极发生脱落或故障等情况而无法正常工作时，使用所述异常电极激励和测量产生的测量数据点也将产生较大的误差，从而导致成像质量出现明显恶化。在实际应用中，当使用电阻抗成像装置对生物体进行长时间生理状况监测时，个别电极在正常工作一段时间后可能因为各种原因而无法正常工作，从而出现上述成像质量明显恶化的情况。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种电阻抗测量数据修正方法，包括：

获取电极处于异常状态下采集的异常电阻抗测量数据，以及电极处于正常状态下采集的至少一帧正常电阻抗测量数据；

在所述至少一帧正常电阻抗测量数据中搜索与所述异常电阻抗测量数据相似性最高的电阻抗测量数据；

利用所述相似性最高的电阻抗测量数据修正所述异常电阻抗测量数据。

可选地，所述异常电阻抗测量数据和所述至少一帧正常电阻抗测量数据是同一次电阻抗测量过程中采集的数据，且所述至少一帧正常电阻抗测量数据在所述异常电阻抗测量数据之前。

可选地，在所述至少一帧正常电阻抗测量数据中搜索与所述异常电阻抗测量数据相似性最高的电阻抗测量数据具体包括：

根据异常电极的电极序号确定异常电阻抗测量数据中的异常数据点的数据点序号；

从所述异常电阻抗测量数据和所述至少一帧正常电阻抗测量数据中删除所述数据点序号对应的测量数据；

在删除处理后的至少一帧正常电阻抗测量数据中搜索与删除处理后的所述异常电阻抗测量数据相似性最高的至少一帧正常电阻抗测量数据。

可选地，在根据异常电极的电极序号确定异常电阻抗测量数据中的异常数据点的数据点序号具体包括：

获取预先根据激励方式和电极数量建立的电极与测量数据点之间对应关系的查找表，所述查找表中包括各个电极的电极序号，以及与各个电极序号相关的数据点序号；

基于所述查找表确定所述异常数据点的数据点序号。

可选地，利用所述相似性最高的电阻抗测量数据修正所述异常电阻抗测量数据具体包括：

获取所述至少一帧正常电阻抗测量数据中的最后一帧；

将所述最后一帧中的所述数据点序号对应的测量数据作为所述异常电阻抗测量数据中被删除的测量数据。

可选地，所述异常电阻抗测量数据是一帧或者连续的多帧数据。

可选地，所述相似性的度量包括平方欧氏距离、欧式距离、曼哈顿距离以及对称kl距离中的任意一种。

本发明还提供一种电阻断层成像方法，包括：

采集电阻抗测量数据；

监测电极是否异常，当电极异常时，实时利用上述修正方法对电极处于异常状态下采集的异常电阻抗测量数据进行修正；

利用修正后的数据生成电阻断层图像。

相应地，本发明提供一种电阻抗测量数据修正设备，包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行上述电阻抗测量数据修正方法。

相应地，本发明提供一种电阻断层成像设备，包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行上述电阻断层成像方法。

根据本发明提供的电阻抗测量数据修正方法及设备，有效利用剩余正常工作的电极产生的测量数据点，以及所有电极正常工作时的测量数据，对异常测量数据进行了修正，使成像质量在个别电极异常的情况下基本保持不变，并且本方案具有较高的修正效率，能够满足实时成像的需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中的人体胸腔表面电极分布示意图；

图2为本发明实施例所使用的相邻电极法激励-测量方式示意图；

图3为本发明实施例中的电阻抗测量数据修正方法的流程图；

图4为本发明实施例中利用正常测量数据的成像结果；

图5为本发明实施例中利用修正的合成测量数据的成像结果；

图6为图4与图5的误差图像。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

为了进行生物医学电阻抗成像，需要在被测生物体表面布置一定数量的电极。在一次测量过程中，电阻抗成像装置轮流激励多个电极中的两个，并测量其他电极上的电位差，以得到一帧测量数据。

本发明实施例以人体胸腔作为电阻抗成像目标，使用16个电极均匀分布在胸腔表面。图1为本发明实施例所使用的人体胸腔表面电极分布示意图。本发明实施例采用相邻电极法作为激励-测量方式，图2为本发明实施例所使用的相邻电极法激励-测量方式示意图。根据电极模型与激励-测量方式，本实施例的一帧测量数据共有104个数据点，可记为向量m。

图3为根据本发明实施例的电阻抗测量数据修正方法，该方法由计算机或者电阻抗成像终端等具有处理器和存储器的电子设备执行，包括如下步骤：

s1，获取电极处于异常状态下采集的异常电阻抗测量数据，以及电极处于正常状态下采集的至少一帧正常电阻抗测量数据。这两种状态下的测量数据是针对同一被测者且是同一次测量过程中获得的数据。本方案不需要限定正常与异常电阻抗测量数据的采集时间顺序，但是在实时成像过程中应用本方案时，需要所有电极均正常工作一段时间后个别电极出现异常时才能保持实时地修正并成像。也即在实时成像的实施例中，正常电阻抗测量数据在前，异常电阻抗测量数据在后。

确定电极状态的方式有多种，例如可以根据采集的电阻抗测量数据的值来判断其状态，也可以采用其它辅助设备或算法来监测电极是否脱落或损坏，或者人工观察电极佩戴状态等等。

s2，在至少一帧正常电阻抗测量数据中搜索与异常电阻抗测量数据相似性最高的电阻抗测量数据。异常电阻抗测量数据可以是一帧数据或者多帧数据，以一帧数据为例，一帧异常电阻抗测量数据记为至少一帧正常电阻抗测量数据记为其中lh是帧数，lh≥1。

对两向量相似度的度量可使用多种距离函数，比如平方欧氏距离、欧式距离、曼哈顿距离以及对称kl距离(kullback-leibler)等。通过遍历lh帧正常电阻抗测量数据，得到与异常电阻抗测量数据m相似距离最小的正常电阻抗测量数据，记为可以是一帧或者多帧数据。

s3，利用相似性最高的电阻抗测量数据修正所述异常电阻抗测量数据。即利用x*修正异常电阻抗测量数据m。具体的修正方式有多种，比如直接使用正常测量数据中的正常数据点替换异常数据中的异常数据点，或者还可以对多帧正常测量数据中的正常数据点进行计算，比如取平均值等等，使用计算后的数据点替换异常数据点等等。

根据本发明实施例提供的电阻抗测量数据修正方法，有效利用剩余正常工作的电极产生的测量数据点，以及所有电极正常工作时的测量数据，对异常测量数据进行了修正，使成像质量在个别电极异常的情况下基本保持不变，并且本方案具有较高的修正效率，能够满足实时成像的需求。

在一个应用于实时成像的实施例中，为了进一步提高修正效率，预先根据激励方式和电极数量建立了电极与测量数据点之间对应关系的查找表：

上表所示的是采用16个电极并采用相邻电极法作为激励-测量方式时的查找表，采用其它方法测量时的查找表与此类似，此处不再赘述。

具体地，该表体现出电极序号i^e∈{1,…,16}与测量数据点序号i^m∈{1,…,104}之间的关系，其中每个电极均对应26个测量数据点。本实施例的修正方法包括如下步骤：

s21，获取预先根据激励方式和电极数量建立的电极与测量数据点之间对应关系的查找表；

s22，基于该查找表确定异常数据点的数据点序号。作为举例，假设已知2号电极发生异常，根据上述查找表可以确定异常测量数据点序号为i^a∈{1,…,26}。需要说明的是，异常电极可以是所有电极中任意电极，异常电极的数量可以不止1个，对应的异常测量数据点也不止26个。

s23，选取以当前帧为结尾的连续ls帧异常电阻抗测量数据，删去异常数据点序号对应的数据。

本实施例将从异常电阻抗测量数据和前lh帧正常电阻抗测量数据中删除异常数据点序号对应的测量数据。具体地，异常电阻抗测量数据假设电阻抗成像装置的采样间隔为ts秒，选取ls等于1，选取lh等于min(100/ts,lt)，其中lt为正常测量数据序列的总长度。将当前帧测量数据m删去异常数据点对应的测量数据，得到用于相似性搜索的样本测量数据将lh帧正常测量数据删去异常数据点序号对应的数据点，得到待搜索的历史测量数据

s24，在删除处理后的正常电阻抗测量数据中搜索与删除处理后的所述异常电阻抗测量数据相似性最高的至少一帧正常电阻抗测量数据。本发明实施例采用对称kl距离度量两向量间的相似性，则m′与一帧历史测量数据的相似距离为

通过遍历lh帧历史测量数据序列x′，得到与样本测量数据m′相似距离最小的历史测量数据，记为其在历史测量数据序列中的数据点序号为n^*。

s25，提取匹配的ls帧正常测量数据序列的最后一帧，将其异常数据点序号对应的数据作为当前帧异常数据点的数据，得到修正后的合成测量数据。

具体地，根据相似距离最小的历史测量数据x′*所对应的序号n^*，在正常测量数据中找到对应数据提取正常测量数据x*中异常数据点序号i^a∈{1,…,26}对应的数据{x1,x2,…,x26},作为当前帧异常数据点的数据，得到修正的合成测量数据即

ms＝(x1,…,x26,m27,…,m104)^t。

本发明还提供了一种电阻断层成像方法，该方法由计算机或者电阻抗成像终端等具有处理器和存储器的电子设备执行，包括如下步骤：

s31，采集电阻抗测量数据。

s32，实时对电极处于异常状态下采集的异常电阻抗测量数据进行修正。当监测到电极状态异常时，采用上述实施例中的修正方法对异常电阻抗测量数据进行修正，得到修正后的数据。

s33，利用修正后的数据生成电阻断层图像。修正后的合成测量数据可使用任意电阻抗成像算法进行电阻抗断层成像。

为验证修正的合成测量数据对成像质量的影响，对一帧原本正常的测量数据进行修正，得到合成的测量数据，并分别使用上述两组数据进行了差分成像。图4示出了正常测量数据的成像结果，图5示出了修正的合成测量数据的成像结果，图6示出了图4与图5的误差图像。根据图6可以看出修正后测量数据的成像质量与正常测量数据相比基本保持不变。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。