文 献 综 述
1.1 EIT简介
电阻抗成像(全称Electrical Impedance Tomography,简称为EIT)是医学成像技术的一个新方向,它的基本原理[1]是根据人体内不同组织在不同的生理、病理状态下具有不同的电阻/电导率,采用各种方法给人体施加小的安全驱动电流/电压,通过驱动电流或电压在人体的测量响应信息,重建人体内部的电阻率分布或其变化的图像。
电阻抗成像有诸多优势[2],其重要的一点就是功能成像,在生物体内电解质、膜通透性、血供、局部温度等发生变化时能及时反馈,相对于通常在组织或器官发生器质性病变和其他临床症状时才能检查出来的CT(电子计算机断层扫描,英文全称Computed Tomography)、MRI(磁共振成像,英文全称Magnetic Resonance Imaging)、PET(正电子发射计算机断层显像,英文全称Positron Emission Tomography)等医学成像,EIT成像作为一种功能性成像技术能在疾病潜伏期或组织和器官发生功能性变化时就可以及时地检查与诊断出来,使疾病地防治与治疗不易错过最佳时机[3]。同时,EIT系统相对于CT、MRI、PET等成像技术,它具有对人体检测不存在损伤、可以实现动态功能性成像与医学图像监护的特点。且EIT测量系统结构简单、操作简单方便、成像成本较低。所以,EIT成像技术成为国内外临床医学研究的一个热点。
1.2 发展历程
1.2.1 国外
(1)上世纪20年代,地质学家给地层注入电流,通过观察不同地层的阻抗特性不同,来确定地下矿藏的分布情况,初步涉及到EIT的测量原理[4];
(2)上世纪70年代,美国Pennsylvania大学的David B.Geselowitz提出的阻抗电磁理论;
(3)1978年,美国Wisconsin大学Henderson和Webster做出第一幅阻抗图像;
(4)1982年,英国Sheffield大学Brown和Barber首次获得了阻抗成像,并在 1983 年公开了他们构建的16电极EIT系统,并给出了成像结果;
(5)90年代以后,EIT技术迅速发展。1995年,希腊Demokritos大学C. S. Koukourlis和Thessaloniki大学的J.N.Sahalos做出了一个 32 电极数据采集系统[5];以及后来Cape Town大学的J.Tapson提出的基于频分和码分复用电阻抗成像的电极电路[6]。
随着 EIT 技术研究的深入,越来越多的研究者发现其广阔的应用前景,已经由初步的实验室研究阶段,逐步转向了临床研究。国外有很多知名的研究小组:如美国Rensselaer Polytechnic Institute科研机构的 Rensselaer 研究小组,其主要从事EIT技术的研究工作,取得了非常显著的成果;牛津大学的Oxford小组,其主要从事图像重构算法的研究;俄罗斯的Moscow小组,其主要从事应用型 EIT 研究;西班牙大学的 Barcelona小组,是目前 EIT 硬件技术研究中最为全面的一个研究小组;芬兰 Kuopio 大学的 Kuopio 小组,其主要从事 EIT 动态重构算法的研究;美国康奈尔大学研制开发的 QMG 网格剖分仿真软件,在 EIT 正问题求解方面有比较大的成果。
1.2.2 国内
国内这方面的研究进行比较晚,处在初级阶段,研究的重点主要是算法的改进以及硬件系统的改进[7]。主要集中在相关研究所和高等院校,尚处于实验室研究阶段,如中国医学科学院生物医学工程研究所、清华大学、上海大学、重庆大学等。
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