[发明专利]一种用于电阻抗断层成像系统的定标装置

说明书

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置。

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。