三维脑组织电阻抗成像技术仿真研究

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生物电阻抗成像技术是一种新型的、非接触式的无创成像技术,已成为当今生物医学工程领域重要研究课题之一,也在工业监控、无损检测等行业引起了极大关注。组织的电特性是细胞生命活动的基本特征。根据生物组织的电现象来分析特定组织细胞的结构生理、病理状态,有助于对细胞生物电现象的形成机制、生理意义的了解,也为医学疾病的诊断提供有价值的信息。本论文研究工作主要包括以下四部分:首先简单介绍了选题的意义和背景、传统电阻抗成像(Electrical Impedance Tomography,EIT)和新型磁共振电阻抗成像(Magnetic Resonance Electrical Impedance Tomography,MREIT)的发展现状等。其次在传统EIT的算法研究中,将已经成熟的理论算法--微分进化算法(Differential Evolution,DE)首次应用于三维模型进行阻抗成像,通过在三维球头模型和真实头模型上进行仿真实验,重建结果有效定位到阻抗突变区域,检测病变组织部位,验证了该算法的可行性。再次介绍了新型磁共振电阻抗成像技术,即MREIT。MREIT研究分为两部分:正问题的求解和逆问题的重构。在正问题研究中,运用模型对电磁关系进行仿真实验研究,得出了磁场比电场具有更强的稳定性的结论;关于逆问题的重构,本论文基于微分进化思想提出了一种三维MREIT算法,该算法仅利用单方向磁感应强度测量值,就可以精确地对病变的真实头模型进行阻抗图像重构,有效地检测到病变组织的位置和大小,具有较高的成像精度和空间分辨率。最后,在满足误差精度基础上对所提出算法进行改进,对参数因子进行动态调整使其去适应算法,将改进后的算法在真实头模型进行实验验证,减小图像重构时间,加快成像速度,图像分辨率明显得到提高,在临床医学的应用上具有一定可行性。
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