[发明专利]一种基于组织空间分布特征和阻抗随频率变化特性的电阻抗成像方法

权利要求书

1.一种基于组织空间分布特征和阻抗随频率变化特性的电阻抗成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)利用同一时刻、多种不同频率的边界测量电压，构建包含多种频率的频差EIT正问题数学描述；

2)采用一步线性高斯牛顿方法求解包含多种频率的频差EIT逆问题，获得某一个时刻的频差EIT序列图像；

3)根据成像区域内组织的空间独立分布特征，采用高阶统计量的信号提取方法，从步骤2)获得的频差EIT序列图像中，提取不同类型的目标组织在某一个时刻的电阻抗图像及其电阻抗随频率变化特性，并根据目标组织的位置、大小相关先验信息，确定目标组织的电阻抗图像及其电阻抗随频率变化特性；

4)重复步骤1)～3)的操作，分别重构成像区域内N种具有代表性位置和大小的目标组织，获得N种目标组织的电阻抗图像及其对应的电阻抗随频率变化特性，其中，N为大于等于2的正整数；

5)根据目标组织的电阻抗随频率变化特性的唯一性，采用机器学习方法，以步骤4)获得的N种目标组织的电阻抗随频率变化特性作为训练集，构建目标组织的电阻抗识别模型，用于识别目标组织的电阻抗特性，最终实现重构目标组织的电阻抗分布图像。

2.根据权利要求1所述的基于组织空间分布特征和阻抗随频率变化特性的电阻抗成像方法，步骤1)中，基于两种频率的频差EIT成像问题近似为一个线性欠定系统：

δV＝J·δγ (式1)

其中，J为雅克比矩阵或者敏感性矩阵；δγ为场域内两种频率的阻抗变化矩阵δγ＝γ(ω_i+1)-γ(ω_i)；δV为边界测量电压变化矩阵，两种频率的边界测量电压差分结果δV＝V(ω_i+1)-V(ω_i)；ω为频率，ω_i为第i个频率；

将成像区域内的阻抗分布改写为不同组织的阻抗之和的形式：

其中，γ(ω)表示当频率为ω时场域内的电阻抗分布；T表示成像区域内的组织成分总数；P表示成像模型的有限元剖分总数；f_t(ω)表示场域内所有组织的在频率ω处的阻抗；(δγ_t)_p表示当频率为ω时，第t种组织的阻抗在p处的阻抗比重；

因此，基于两种频率的频差EIT成像正问题改写为如下形式：

其中，P被称为空间位置矩阵，其描述的是各种组织在不同位置的比重，P＝[P₁,P₂,...P_t,...P_T]，

为了利用多种频率的电阻抗特性，采用多个频率进行成像，即ω_i＝ω₁,ω₂,,ω₃...,ω_F，所以，式(3)被改写为：

其中，F＝[F₁,F₂,...,F_t,...,F_T]^T，其元素F_t＝[...,f_t(ω_i+1)-f_t(ω_i),...]^T，F描述了组织的阻抗频谱特性，被称为频域矩阵。

3.根据权利要求2所述的基于组织空间分布特征和阻抗随频率变化特性的电阻抗成像方法，其特征在于，选择任一频率为参考频率ω_ref；其元素表征了所有频率处的成像区域内的阻抗分布信息。