[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

说明书

本发明公开了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，包括：利用同一时刻、多种不同频率的边界测量电压构建频差EIT正问题数学描述；采用一步线性高斯牛顿方法求解频差EIT逆问题，获得频差EIT序列图像；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，从频差EIT序列图像中，提取不同类型组织在一个时刻的电阻抗图像及其电阻抗随频率变化特性；重复操作，分别重构N种具有代表性位置和大小的目标组织，采用机器学习方法，以获得的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。该方法能够依据多种频率的数据重构被测体内部选定目标在一个时刻的电阻抗分布图像。

技术领域

本发明属于电阻抗成像领域，涉及一种电阻抗成像方法，尤其是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。

背景技术

电阻抗成像技术(Electrical impedance tomography,EIT)是近年来发展的一种成像方法，其通过在被测体表面安防电极，并向被测目标有规律地施加电流激励，同时依次测量电极上的电压，最后利用测量的电压重构被测体内部的阻抗或者阻抗变化分布。根据成像方式，EIT分为静态成像、时差成像和频差成像。静态成像利用某一时刻的电压数据重构被测体内的阻抗分布，但其是一种病态性非常严重的成像方式，很难利用包含噪声等系统误差的实际测量数据重构出令人满意的图像，实用性差。但是，实际应用一直需求被测体内部特定目标(或者组织)在一个时刻的电阻抗分布。动态成像采用两个不同时刻电压数据的差分结果重构被测体内阻抗随时间的变化分布，由于其能够通过差分方式降低了噪声等系统误差的影响，所以实用性强，目前已被广泛应用；但根据成像原理可知，动态成像无法重构某一时刻的被测体内部的电阻抗分布，不能满足获得某一时刻被测体内部目标组织电阻抗分布的实际需求。频差成像利用同一时刻、多种频率的电压差分结果重构被测体内部的阻抗分布，是一种较为理想的成像方式，但成像方法一直未获得突破，仍无法重构出有效的电阻抗图像，更无法获得被测体内部目标组织的电阻抗分布，已经成为制约频差成像应用于实际的瓶颈。

因此，为了提高频差成像的实用性，需要一种能够重构被测体内部目标组织在一个时刻的电阻抗分布的成像方法。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供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，该方法能够依据多种频率的边界测量电压重构被测体内部目标组织在某一个时刻的电阻抗分布图像。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开了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，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。

优选地，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：