肠道病症在早期无症状或无明显症状,且现有诊断方法局限性较大,不能进行准确判断。由于病变区域与正常区域的电导率等信息不同,可利用电阻抗成像技术(Electrical Impedance Tomography,EIT)来确定病变部位的位置,并且在一定情况下获取病变组织大小、深度等信息,从而为诊断提供辅助。本文利用该技术对腔道组织(如结直肠、食管)进行研究,其主要工作内容如下:1.根据肠腔常见结构形态构建对应模型,并进行仿真分析。首先通过EIT正、逆问题的联系介绍了正问题的数学模型,并用四面体剖分单元对求解电压分布进行了公式推导,之后利用COMSOL软件根据结直肠相关数据和结构建立了三种形态的腔道模型。通过对腔道有限元模型的压力仿真,表明了传感器能够检测电极是否与腔道内壁紧密接触,其后通过在腔道模型上设置不同电导率的部分表征病变区域,并与正常腔道模型进行电流激励仿真。结果表明本文应用EIT技术对肠道进行检测及对于不同肠道结构建立不同结构形态模型的思路是正确的。2.采用萤火虫算法优化的BP神经网络进行图像重建。本文对一些非智能EIT重建算法和智能EIT重建算法进行了分析对比,提出适用于本研究图像重建的萤火虫算法优化的BP神经网络。阐述了萤火虫算法优化BP神经网络的原理及其隐藏层节点数的确定,得到了27最佳隐藏层节点数。再利用本文算法、传统BP神经网络、3个隐层的DNN进行图像重建,将结果进行比较,得到结果:本文算法在病变区域边界、大小等方面优于传统BP神经网络及3个隐层的DNN。由于本文要确定病变区域位置等信息,需要在三维图像中观测,故在三种算法的重建结果上进行三维重建,并对结果进行分析。分析表明:在本文算法基础上得到的三维重建图像,能够从中观测到病变区域信息,且与腔道模型中病变区域位置、大小基本一致。3.为了验证本文思路和算法,设计了腔道模型实验和琼脂模型实验。腔道模型实验测量结果表明,结直肠腔道模型的阻值与电流频率呈负相关关系,其最大阻值在50Hz处,最小阻值出现在5MHz处;当电流频率小于2.7 k Hz时,阻值随着频率先缓慢变化再剧烈变化;当电流频率大于2.7 k Hz时,阻值随着频率变化的曲线逐渐变缓,与利用离体肠道组织测量的结果相近。故在后续实验测量中,可将激励信号的频率范围设置为2.7k Hz～5MHz。为了对本文算法进行实物验证,首先介绍了本文腔道空间检测系统的硬件设计与总体控制流程,再制作了带有异物的琼脂模型进行琼脂模型实验。利用阻抗检测系统在采集到响应电压序列后,送入本文已训练好的网络中训练进而重建图像,得到5个截面重建图像后再利用MATLAB重建得到三维重建图像,该三维重建图像能够明确反映异物所在位置。通过本文研究证明EIT技术能用于腔道组织异常部位的检测。