腔道空间检测系统与自适应建模设计
发布时间：2022-02-08 15:40
肠道病症在早期无症状或无明显症状,且现有诊断方法局限性较大,不能进行准确判断。由于病变区域与正常区域的电导率等信息不同,可利用电阻抗成像技术（Electrical Impedance Tomography,EIT）来确定病变部位的位置,并且在一定情况下获取病变组织大小、深度等信息,从而为诊断提供辅助。本文利用该技术对腔道组织（如结直肠、食管）进行研究,其主要工作内容如下:1.根据肠腔常见结构形态构建对应模型,并进行仿真分析。首先通过EIT正、逆问题的联系介绍了正问题的数学模型,并用四面体剖分单元对求解电压分布进行了公式推导,之后利用COMSOL软件根据结直肠相关数据和结构建立了三种形态的腔道模型。通过对腔道有限元模型的压力仿真,表明了传感器能够检测电极是否与腔道内壁紧密接触,其后通过在腔道模型上设置不同电导率的部分表征病变区域,并与正常腔道模型进行电流激励仿真。结果表明本文应用EIT技术对肠道进行检测及对于不同肠道结构建立不同结构形态模型的思路是正确的。2.采用萤火虫算法优化的BP神经网络进行图像重建。本文对一些非智能EIT重建算法和智能EIT重建算法进行了分析对比,提出适用于本研究图...
【文章来源】：重庆邮电大学重庆市
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
内窥镜检查示意图①
重庆邮电大学硕士学位论文第1章绪论2FOBT是检查粪便中肉眼不可见的血液，其通常与内窥镜检查结合进行。内窥镜一般可以直接观察到病变部位，但当病变部位位于肠瓣或肠壁深处时，内窥镜不能有效地判断是否患有结肠癌或发现病变部位的准确位置（如图1.2所示）。肛管指诊通过手指触感进行判断，存在较大的主观性，当病变部位远离肛门时，指诊也不能有效检测，除此之外，指诊与内窥镜检查可能会给患者身理与心理都带来极大不适。图1.1内窥镜检查示意图①图1.2结肠癌发展方式②CT常用来诊断转移性结肠癌，但对未转移前的结肠癌判断效果不佳，且与磁共振成像(MagneticResonanceImaging，MRI)一样存在价格昂贵、耗时较长和不适合作为定期筛查方法的不足。除了以上方法外，还可以对肠道组织进行组织活检，但存在对肠道有一定损伤和工作量大的缺点[9]。正如前文所说，结肠癌在早期的诊断至关重要，但常规手段存在各种各样的不足，因此迫切需要一种方便快捷，副作用小，能用于定期实时筛查的有效评价手段。此外，在结肠癌早期，肠道并不会直接出现器质性病变，而是先在细胞层次发生变化[10]。细胞层次的变化必然会引起组织电导率的变化，即病变组织与正常组织的电导率存在差异。根据相关资料记载，人体肠腔正常组织的电导率一般在0.2S/m左右，而病变组织根据患病时间与严重程度等因素的影响会与正常组织的电导率存在极大差异[11]，因此可以应用电阻抗成像技术来确定病变部位的位置，①结肠直肠癌.https://baike.sogou.com/v8024029.htm?fromTitle=结肠直肠癌②结肠癌与直肠癌异同.http://zhongliuke.alijkw.com/2056593.html
重庆邮电大学硕士学位论文第1章绪论6图1.3电阻抗成像系统原理图EIT仪器的总体设计如图1.3所示。它包括一个附着在物体表面的电极阵列、一个数据采集系统（由单个或多个电流源、一个或多个电压表和一个控制单元组成）和一个用于重建和图像显示的计算单元。高频交流电(AC)的使用避免了在使用直流电(DC)时占主导地位的极化效应和在低频时的相位差扩散极化效应，这些相位差太大，不能归因于介电常数现象。此外，当直流电流作用于人体时，可能在皮肤与电极接触附近产生静电效应和加热，从而损坏皮肤。EIT成像采用“软潮技术，它本质上不同于“硬潮技术，例如，在X射线CT中，X射线束不发生偏转，只衰减，这使得数据的空间分析成为一个线性问题。另一方面，EIT中电流的方向取决于成像物体的电导率和介电常数分布，边界点的电压取决于整个物体的电学性质。这将使得边界电压测量值和物体内部电参数之间呈现非线性关系。因此，很难产生与CT或MRI重建图像具有相似空间分辨率的最终重建图像。EIT的空间分辨率还取决于能够进行独立测量的电极数量以及采集数据的质量[19]。尽管有其局限性，EIT仍然具有很多优点。它具有体积孝携带容易、使用方便、无创、无电离、成本低、速度快等特点，吸引了研究人员开发此类系统。EIT有潜力在重症监护室或远程医疗设施中开发一种连续的床边监测机器。因此，尽管EIT在空间分辨率上有局限性，但它可以为X射线CT无法获得的人体功能提供新的见解[20]。1.3.2国外研究进展早在二十世纪三十年代，地质工作者通过向地面施加电流激励，并采集在地
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于改进MRNSD算法的电阻抗层析成像[J]. 范文茹,李靓瑶,王勃. 北京航空航天大学学报. 2020(08)
[2]进食与排空膀胱对基于生物电阻抗的人体成分检测的影响[J]. 范思婷,周万兴. 广东药科大学学报. 2019(06)
[3]胃区3层EIT模型构建和仿真[J]. 李章勇,刘兆宇,冉鹏,相尚志,马成群,王伟. 中国生物医学工程学报. 2019(05)
[4]A New Design of Electrical Impedance Tomography Sensor System for Pulmonary Disease Diagnosis[J]. Xiaoyuan LIU,Shihong YUE,Zeying WANG. Journal of Systems Science and Information. 2018(05)
[5]生物医学电阻抗成像技术[J]. 陈晓艳,顾鹏,常晓敏. 生命科学仪器. 2017(03)
[6]基于共轭梯度算法的环状电阻抗成像技术研究[J]. 罗杨,左晶,万小勤,陈彬林,郑斌. 电子世界. 2017(06)
[7]电阻抗断层成像技术研究[J]. 苌飞霸,张和华,颜乐先,尹军. 中国医疗器械杂志. 2016(01)
[8]三维脑部电阻抗成像技术研究[J]. 闫丹丹,沈圣远,李怀明. 中国计量学院学报. 2015(03)
[9]多频多段人体生物电阻抗测量系统[J]. 高秀娥,唐佳,陈波. 测控技术. 2012(04)
[10]结直肠癌流行趋势及其对策[J]. 万德森. 癌症. 2009(09)
博士论文
[1]电阻抗成像技术理论及应用研究[D]. 徐管鑫.重庆大学 2004
硕士论文
[1]基于共轭梯度法的环形组织阻抗成像技术研究[D]. 罗杨.重庆邮电大学 2017
[2]基于生物电阻抗方法的颅内压无创检测仪器系统的原理与实现[D]. 程星星.重庆大学 2010
本文编号：3615325
【文章来源】：重庆邮电大学重庆市
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
内窥镜检查示意图①
重庆邮电大学硕士学位论文第1章绪论2FOBT是检查粪便中肉眼不可见的血液，其通常与内窥镜检查结合进行。内窥镜一般可以直接观察到病变部位，但当病变部位位于肠瓣或肠壁深处时，内窥镜不能有效地判断是否患有结肠癌或发现病变部位的准确位置（如图1.2所示）。肛管指诊通过手指触感进行判断，存在较大的主观性，当病变部位远离肛门时，指诊也不能有效检测，除此之外，指诊与内窥镜检查可能会给患者身理与心理都带来极大不适。图1.1内窥镜检查示意图①图1.2结肠癌发展方式②CT常用来诊断转移性结肠癌，但对未转移前的结肠癌判断效果不佳，且与磁共振成像(MagneticResonanceImaging，MRI)一样存在价格昂贵、耗时较长和不适合作为定期筛查方法的不足。除了以上方法外，还可以对肠道组织进行组织活检，但存在对肠道有一定损伤和工作量大的缺点[9]。正如前文所说，结肠癌在早期的诊断至关重要，但常规手段存在各种各样的不足，因此迫切需要一种方便快捷，副作用小，能用于定期实时筛查的有效评价手段。此外，在结肠癌早期，肠道并不会直接出现器质性病变，而是先在细胞层次发生变化[10]。细胞层次的变化必然会引起组织电导率的变化，即病变组织与正常组织的电导率存在差异。根据相关资料记载，人体肠腔正常组织的电导率一般在0.2S/m左右，而病变组织根据患病时间与严重程度等因素的影响会与正常组织的电导率存在极大差异[11]，因此可以应用电阻抗成像技术来确定病变部位的位置，①结肠直肠癌.https://baike.sogou.com/v8024029.htm?fromTitle=结肠直肠癌②结肠癌与直肠癌异同.http://zhongliuke.alijkw.com/2056593.html
重庆邮电大学硕士学位论文第1章绪论6图1.3电阻抗成像系统原理图EIT仪器的总体设计如图1.3所示。它包括一个附着在物体表面的电极阵列、一个数据采集系统（由单个或多个电流源、一个或多个电压表和一个控制单元组成）和一个用于重建和图像显示的计算单元。高频交流电(AC)的使用避免了在使用直流电(DC)时占主导地位的极化效应和在低频时的相位差扩散极化效应，这些相位差太大，不能归因于介电常数现象。此外，当直流电流作用于人体时，可能在皮肤与电极接触附近产生静电效应和加热，从而损坏皮肤。EIT成像采用“软潮技术，它本质上不同于“硬潮技术，例如，在X射线CT中，X射线束不发生偏转，只衰减，这使得数据的空间分析成为一个线性问题。另一方面，EIT中电流的方向取决于成像物体的电导率和介电常数分布，边界点的电压取决于整个物体的电学性质。这将使得边界电压测量值和物体内部电参数之间呈现非线性关系。因此，很难产生与CT或MRI重建图像具有相似空间分辨率的最终重建图像。EIT的空间分辨率还取决于能够进行独立测量的电极数量以及采集数据的质量[19]。尽管有其局限性，EIT仍然具有很多优点。它具有体积孝携带容易、使用方便、无创、无电离、成本低、速度快等特点，吸引了研究人员开发此类系统。EIT有潜力在重症监护室或远程医疗设施中开发一种连续的床边监测机器。因此，尽管EIT在空间分辨率上有局限性，但它可以为X射线CT无法获得的人体功能提供新的见解[20]。1.3.2国外研究进展早在二十世纪三十年代，地质工作者通过向地面施加电流激励，并采集在地
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于改进MRNSD算法的电阻抗层析成像[J]. 范文茹,李靓瑶,王勃. 北京航空航天大学学报. 2020(08)
[2]进食与排空膀胱对基于生物电阻抗的人体成分检测的影响[J]. 范思婷,周万兴. 广东药科大学学报. 2019(06)
[3]胃区3层EIT模型构建和仿真[J]. 李章勇,刘兆宇,冉鹏,相尚志,马成群,王伟. 中国生物医学工程学报. 2019(05)
[4]A New Design of Electrical Impedance Tomography Sensor System for Pulmonary Disease Diagnosis[J]. Xiaoyuan LIU,Shihong YUE,Zeying WANG. Journal of Systems Science and Information. 2018(05)
[5]生物医学电阻抗成像技术[J]. 陈晓艳,顾鹏,常晓敏. 生命科学仪器. 2017(03)
[6]基于共轭梯度算法的环状电阻抗成像技术研究[J]. 罗杨,左晶,万小勤,陈彬林,郑斌. 电子世界. 2017(06)
[7]电阻抗断层成像技术研究[J]. 苌飞霸,张和华,颜乐先,尹军. 中国医疗器械杂志. 2016(01)
[8]三维脑部电阻抗成像技术研究[J]. 闫丹丹,沈圣远,李怀明. 中国计量学院学报. 2015(03)
[9]多频多段人体生物电阻抗测量系统[J]. 高秀娥,唐佳,陈波. 测控技术. 2012(04)
[10]结直肠癌流行趋势及其对策[J]. 万德森. 癌症. 2009(09)
博士论文
[1]电阻抗成像技术理论及应用研究[D]. 徐管鑫.重庆大学 2004
硕士论文
[1]基于共轭梯度法的环形组织阻抗成像技术研究[D]. 罗杨.重庆邮电大学 2017
[2]基于生物电阻抗方法的颅内压无创检测仪器系统的原理与实现[D]. 程星星.重庆大学 2010
本文编号：3615325
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