EIT小组名单

2D-EIT和3D-EIT仿真结果比较周旭胜【摘要】电阻抗断层成像(Electrical Impedance Tomography,简称EIT)的原理是给人体施加微小的电流(电压),在电极上获得相应的测量电压(电流),从而根据一定的算法来实现电导率的重构.因电流在体内的传播是三维的、立体的,所以在研究二维EIT的基础上,通过仿真实验来验证三维EIT的可行性.仿真结果表明:相比2D-EIT,3D-EIT技术可以获得更为丰富的阻抗信息,重构出的图像分布更为接近真实情况.【期刊名称】《石家庄学院学报》【年(卷),期】2016(018)003【总页数】6页(P32-37)【关键词】成像;重构;3D-EIT【作者】周旭胜【作者单位】铜陵学院电气工程学院,安徽铜陵 244061【正文语种】中文【中图分类】TM7271.1 EIT技术生物电阻抗断层成像（Electrical Impedance Tomography，EIT）技术是一种新兴的功能成像技术.它的原理是在生物体表设置一定数量的电极，选定其中两个施加微弱电流后，通过测量其他电极上的电压来计算出生物体内电导率的分布［1］.模型图如图1所示：EIT有着其他医学成像技术无法比拟的优点，主要体现在：1）成像过程中没有使用核素和射线，对人体无害，可以多次重复测量来获取最佳成像效果.2）功能性成像，成像速度快.3）系统成本低，携带方便，且不要求特殊的工作环境.因此，该技术有着非常诱人的应用前景.目前的临床研究主要集中在肠胃与食管功能成像、肺功能成像、脑部功能成像和心脏功能成像等方面［2］.1.2 发展历程EIT技术早在上世纪20年代就有所涉及，当时有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.但直至1976年才由美国学家Swanson首次提出电阻抗成像的原理；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.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；此后，国内也出现了许多EIT研究小组和机构，尤其是第四军医大学及中国医学科学院等著名大学，对EIT的发展起到了很大的推动作用［3-5］.2.1 硬件系统EIT硬件系统的主要功能包括：电流的注入、电压的采集和处理以及图像的生成，其原理框图如下图2所示.系统工作时，首先由数字电子合成技术（DDS）在DSP的控制下获得正弦信号，经压控电流源（VCCS）转化成幅度稳定的电流.然后由开关阵列选择电流输入到指定电极，同时测量其它电极上的电压.最后将采集到的数据经过解调、放大和A/D 转换，再输入到DSP进行预处理，由计算机完成图像的重构［2］.2.2 EIT软件实现EIT软件实现过程主要包括两个方面，正问题求解和逆问题研究［6］.前者的实质是电磁场边值问题的求解，即根据已知电导率求出边界电压；后者是前者的逆过程，即根据边界电压求出电导率分布情况，完成图像的重构.2.2.1 正问题EIT正问题求解主要有解析法和数值计算法两大类.前者适用于均匀固定的场域，后者则可用于对非均匀场域的求解，因EIT正问题研究的场域是未知的，不均匀的，所以常用数值计算法来进行求解［2］.有限元方法求解正问题是从Laplace方程▽·（σ▽φ）=0，出发，在对对象场域进行单元剖分的基础上，对其进行变分和单元插值，进而得到有限元方程因此，若施加边界条件，即可计算出场域中各点电势.2.2.2逆问题EIT逆问题是指以测量电压为基础，通过各种算法得到电导率分布的过程.该过程具有不适定性，也即建立的方程没有真正意义上的解，因此，不能通过一般解方程的方法来求解，只能通过设置一些初始值来进行多次迭代，寻求最佳近似解.这种得到近似解的方法通常称为正则化技术，其过程为：首先建立最小化泛函然后运用合适的迭代公式，如牛顿—拉夫逊迭代算法公式来找到电阻抗z的最优解.2.2.3 仿真实验本次实验是以MATLAB软件作为平台编程实现的，因该软件中不同的数字可以表示不同的颜色，所以以下的电阻和电导率等参数没设单位，仅用不同大小的数字就足以区分开来.设置场域为一圆域，半径为14，场域的初始电导率为0.025，有限元剖分节点数为279，单元数为1049，如下图3所示.在圆域下方设置成像目标，电导率为0.5，如图4所示.运用牛顿-拉夫逊算法对其进行图像重构，结果如下图5所示.可见，通过一定的算法，得到的重构图像能够很清楚的反映场域模型中电导率的分布.目前，国内外研究小组对2D-EIT技术的研究已趋于成熟，研究成果很多，但由于注入的电流在人体内部并不是以平面方式扩散，而是立体传播，2D-EIT仅能获取的阻抗的平面信息，因此，为获取更为丰富的电阻抗信息，3D-EIT技术的研究就显得日益重要［6］.相比二维EIT而言，3D-EIT技术的优点主要体现在两个方面：获取的阻抗信息更为丰富和测量系统更接近模型［7］.三维EIT的实现过程和原理基本与二维EIT相同，分为正问题求解和逆问题研究两个过程.3.1 正问题正问题研究的关键是场域的数学模型分析.3D-EIT的数学模型种类很多，如连续模型CM（Continuous Model）、间隙模型GP（Gap Model）、分流模型SM （Shunting Model）和全电极模型CEM（Complete Electrode Model），其中，全电极模型被认为是最合理、最为贴近真实情况的模型［8］.全电极模型的特点是考虑了电极与场域间的接触阻抗.因此，每个电极上的电势为式中，φ为目标区域表面的电位，为接触阻抗上的压降，L为电极数.施加第二类边值条件或Neumann边值条件，应用有限元方法，即可对正问题进行求解.3.2 逆问题逆问题研究的实质是重构出电导率的分布，与二维EIT相似，3D-EIT的图像重构算法一般也是基于正则化技术来实现的.首先构建目标函数：然后通过迭代重构算法，找出使z（σ）最小时对应的σ值就是所要求的最佳解. 3.3 仿真实验本次实验假设场域为一四面体联通的圆柱体模型，有限元剖分结果为376个三角形，共252个节点，模型周围有两层共32个电极.设置场域的原始电导率为1.25，成像目标的电导率为25，电极与场域的基础阻抗为50，分别如图6、图7、图8所示.选用一定的算法对其进行图像重构，得到重构结果如图9所示.图9中，（a）图为圆域模型的6个界面图，选取的位置分别为z=2.63，z=2.10，z=1.72，z=1.10，z=0.83，z=0.10；（b）图为目标图像的重构图像.对比图5和图9可以看出，无论是2D-EIT还是3D-EIT，其成像结果均能够清楚的反映场域模型中电导率的分布情况，但不同的是，3D-EIT可以获得多个截面的电导率信息，这就相当于是对2D-EIT进行了多次测量.因此，3D-EIT成像结果所包含的信息量要丰富很多，比后者要更为接近真实的显现电导率分布情况，可见在临床实践中，对3D-EIT的研究具有非常的现实意义和应用前景.【相关文献】［1］任超世，邓娟，王姘.电阻抗断层成像应用技术研究［J］.中国医疗器械杂志，2007，31（4）：1-4.［2］周舟，胡晓明.EIT技术的研究进展［J］.计算机与信息技术，2010，143（10）：95-96. ［3］周旭胜.基于matlab的EIT图像重构算法研究［D］.南京：南京理工大学，2010.［4］BARBERD.C，BROWNB.H.Applied Potential Tomography［J］.Phy.Eand Sci.Instru，1984，（17）：723-733.［5］王妍，任超世.3D-EIT图像重建的研究进展［J］.国外医学生物医学工程分册，2003，26（6）：265-268.［6］王戬.电阻抗成像算法的研究［D］.济南：山东大学，2006.［7］DAVIDMS，DOUGLASLM，THOMASEH.Three-DimensionalMillimeter-wave Imaging forConcealedWeaponDetection［J］.IEEE TransMicrowaveTheory Tech，2001，（49）：1581-1592.［8］黄薏宸.三维电阻抗成像模型与算法研究［D］.重庆：重庆大学，2013.。

大学英语讨论发言小组名单
第10周星期三(11月6日) Unit6
第一组：蓝斓，张蕾，张雪艳，王德玉(负责case 1)
第二组：张晓宇，陈飞冰，马春艳，姜炫(负责case 2)
第三组：曾晓瑜，陈思敏，黄璐苑，张冠坤(负责case 3)
第四组：钟翠怡，刘慧儿，冯小颖，张利媚(负责case 4）
第五组：莫晓莹，黄宏英，卢思敏，李玉琼(负责case 5)
第11周星期三（11月13日）unit7 The Olympic spirit
第六组：谢的能，邱旭青，刘巧辉，陈淑平
第七组：张惠婷，邓赛凤，庄湛清，何小铃
第八组：杨敏，翁依拉，杨紫茵，刘秋瑜
第九组：吴婉纯，吴思蓉，李旭凤，洪榕苑
第12周星期三unit8（11月20日）competition and cooperation 第十组：李雨馨，陈晓钿，冯思欣，陆焕科
第十一组：陈春燕，章玉萍，林楚柔，张镇
第十二组：李雅婷，廖丽莉，张婉玲，庄月霞
第十三组：李晓燕，梁楚君，刘薇，华露，谢丹燕
注：负责第六单元的各小组请自行在1202班班群上下载讨论的话题，每个组员都要发言，发言的内容为分析材料中存在的文化差异并解释差异的原因。

负责第七单元和第八单元的小组则是就这该单元讨论并谈谈自己的看法。

Burkina-faso 布基纳法索周睿⾼高⼆二14 Syria 叙利亚秦筱鲲⾼高⼆二6 Thailand 泰国⺩王锦淏⾼高⼆二3 Afghanistan 阿富汗尹静⽂文12 Algeria 阿尔及利亚杨璨8 Argentina 阿根廷郁斯钦14 Australia 澳⼤大利亚陈思⻬齐8 Austria 奥地利刘欣甜8 Azerbaijan 阿塞拜疆陈瀚9 Bangladesh 孟加拉国陈⾄至妍14 Belgium ⽐比利时吴双14 Brazil 巴⻄西闵⼲⼴广宇6 Brunei ⽂文莱刘天韵11 Burma 缅甸汪睿琦14 Canada 加拿⼤大程⾬雨童5 Central African Republic 中⾮非共和国潘帝安11 Chile 智利沈涛⽴立5 China 中国杨枝叶10 The Democratic Republic Of the Congo 刚果（⾦金）陈羿帆12 The Republic of Congo 刚果（布）苏欣10 Cuba 古巴张灵⽻羽5 Czech Republic 捷克赵泽宇13 Denmark 丹⻨麦⽑毛清昊14 Dominica 多⽶米尼加刘杰5 Egypt 埃及李恩泽14 The Republic of El Salvador 萨尔⽡瓦多共和国刘晟9 Finland 芬兰⻩黄天健4 France 法国张骋威14 Gambia 冈⽐比亚韩民皓14 Germany 德国季枫2 Greece 希腊谢⾬雨桐12 Guatemala 危地⻢马拉李明彦12 Guinea ⼏几内亚⽯石⻘青泉3 The Republic of Haiti 海地张旭12 Honduras洪都拉斯周东贤14 Hungary 匈⽛牙利朱⾦金灵11 India 印度⺩王晨晖121Indonesia 印度尼⻄西亚钱菱潇14 Iran 伊朗冯婧洁12 Israel 以⾊色列霍明⽉月8 Italy 意⼤大利杨⽂文俊7 Japan ⽇日本叶归鸿8 Korea 韩国李羿泽14 Malaysia ⻢马来⻄西亚孟星⾠辰14 Marshall Island ⻢马绍尔群岛叶⼦子盛9 Mexico 墨⻄西哥潘乔14 Mongolia 蒙古郎明鸣12 Nauru 瑙鲁吴旖婷8 Netherlands 荷兰姜雪砚12 New Zealand 新⻄西兰胡⻘青枫4 The Republic of Nicaragua 尼加拉⽠瓜汤宇旸13 Pakistan 巴基斯坦郭若皓13 Panama 巴拿⻢马钱思颖12 The Republic of Paraguay 巴拉圭陈茂元9 Philippines 菲律宾蔡⼦子阳5 Poland 波兰景恬华4 Russia 俄罗斯朱亦韬10 Saint Lucia 圣卢⻄西亚侯佳雪5 Saudi Arabia 沙特阿拉伯薛宁紫5 Singapore 新加坡罗⽂文哲10 South Africa 南⾮非林振涛7 Spain ⻄西班⽛牙⾦金雅11 Sweden 瑞典陈业美11 Switzerland 瑞⼠士杨笑宇12 Turkey ⼟土⽿耳其陈宇轩10 Ukraine 乌克兰⽅方雪麟3 United Kingdom 英国陈梓轩14 United States of America 美国裘嘉⻄西3 Vietnam 越南韩沛恩12 PS:⾼高⼆二不参与⽂文件写作，名单可能会进⾏行⼀一些微调2。

大创项目结题论文发表小组成员
关于大创项目“病毒蛋白功能和结构分析”结题论文发表小组中的成员，我们在经过一段艰辛努力之后，完成了结题论文发表。

论文发表
小组由以下几位成员组成：
1. 项目负责人：叶大伟
2. 研究设计组：邹素芹、王夏薇、孟宝宁
3. 结果讨论组：郑雨、陈勇、白平
4. 论文撰写组：刘晨、朱文志、冯金明
叶大伟担任项目负责人，负责指导小组的工作，负责确定研究方向，
提出任务分解方案，以及对结果做出最终判断。

此外，他还给整个研
究小组做出了详尽的知识指导，并参与论文撰写工作。

邹素芹，王夏薇和孟宝宁负责研究设计组的工作而且展现出了很强的
团队意识。

他们负责了蛋白结构的实验设计和流程、设计实验的完善，并且提出了很好的改进意见；他们还统筹调整实验程序，依据现状实
验数据进行分析，最终完成了大量实验工作，取得了较好的结果。

郑雨、陈勇和白平负责结果讨论组的工作，负责对实验结果进行分析，阐述此些结果，并且提出有意义的研究思路，对论文思路产生了重要
影响。

最后，刘晨、朱文志和冯金明负责论文撰写组的工作，负责完成论文
的撰写、校对和修改，他们运用有效的组织方式，在有限的时间内完成了论文的撰写并提交，取得了良好的效果。

总之，本次结题论文发表的小组成员在项目的每一部分工作中都发挥出了自己的重要作用，经历了一段艰辛长路，最终完成了这一项目的论文发表，取得了较好的成绩。