电阻抗断层成像

摘要电阻抗断层成像是一种新的成像技术，在临床图象监护和功能成像方面有很好的应用前景（无创、简单、容易应用等）. 作者在生物电阻抗断层成像的基本原理的基础上，介绍目前研究的进展并提出了研究中的关键问题.1 生物电阻抗断层成像的基本原理电阻抗断层成像(electrical impedance tomography，EIT)是根据人体内不同组织具有不同的电阻抗这一物理原理，通过给人体注入小的安全电流,测量体表的电位来重建人体内部的电阻抗分布图像，是医学成像技术的一个新方向.电阻抗断层成像系统由数据测量系统（Data Measurement System, DMS）及图像重构软件两大部分组成. 数据测量系统的作用就是在正弦激励下从体表测量中解调出反映体内阻抗分布的电信号，经A/D及数据处理后为阻抗图像重构算法提供高精度的数据. EIT系统的总体结构如Fig 1所示.其中，激励源的作用是产生对人体安全的正弦激励并以一定的激励模式施加于激励电极上；测量系统的主要功能是从测量电极以一定测量模式获取正弦激励下的体表电信号，经高精度放大后采用解调技术提取反映成像目标内阻抗分布信息，供算法重构阻抗图像应用；控制电路作为计算机与激励源及测量电路间的接口电路，主要负责激励源及测量电路的参数及模式设置，以及校正和定标等功能；计算机主要进行总体控制、数据处理、图像重构、图像显示等功能.EIT技术具有很多优势. 既往研究表明某些人体组织的生理功能变化能引起组织阻抗的变化（如：组织充血和放电等），某些组织病理改变也能引起组织阻抗的变化（如癌变等）［1］，这些信息将会在EIT图像中体现出来. 所以EIT具有功能成像的性质. 该技术对人体无创无害，系统结构简单，测量简便，在对于患者长期的图像监护这方面具有广泛的应用前景，这些是目前多数临床成像手段难以做到的. 同时该技术造价低、费用低的特点也非常适合进行广泛的医疗普查. 虽然目前其图像分辨率不能与CT等成像技术相比，但它仍是一种有应用前景的新型成像技术，是对目前医学成像手段的一个有力的补充.2 生物电阻抗断层成像的研究概况电阻抗断层成像是国外近些年的一个研究热点，欧洲、北美、前苏联等地区有许多研究小组在进行这方面的工作. 欧洲已建立了欧洲EIT统一行动组织（CAIT）来组织和协调EIT研究工作.目前，根据成像的区别电阻抗断层成像技术主要可分为两种，一种以电阻抗分布的绝对值为成像目标，称为静态EIT；另一种是以电阻抗分布的相对值（差别）为成像目标，被称为动态EIT.从激励频率上可将EIT分为单频及多频EIT，单频EIT只采用单一频率激励成像目标，而多频EIT采用多个激励频率（10 kHz－1 MHz），充分提取了成像目标内组织的阻抗频率特性，在此基础上还可得到组织的特征参数图像，为进一步鉴别和区分组织打下了基础，因而多频及参数成像越来越受到人们的重视.从激励方式上可将EIT分为注入电流式(Injected Current EIT )和感应电流式（Induced Current EIT). 前者就是采用驱动及测量电极从成像目标表面激励及获取信息，而后者是近三年才提出的采用激励线圈及体表测量电极获取成像目标内感应电流场的分布信息，这种技术因成像精度相对不高，目前仅处于实验阶段.EIT的图像重构算法是EIT成像系统的重要环节. EIT图像重建中的正问题和逆问题是其图像重建中两个关键性过程. 由模型的阻抗分布及驱动信号，求其内部的电压和电流分布，这在电磁场分析中被称为正问题，即由ρ求Φ；阻抗成像被认为是一个逆问题，被定义为：给出边界电流和边界电压的测量值，求模型内的阻抗分布，即，由和v求ρ. 正问题的求解可以利用求解拉普拉斯方程得出区域内部节点电压，进而利用给定边界条件和阻抗分布模型计算其内部电流密度达到全面分析这一电场的目的.逆问题求解比正问题要复杂的多，就目前来说可借助于数值方法通过多次迭代修正阻抗分布的估计值来实现. 在迭代过程中要调用正问题求解过程，利用正问题的解不断修正阻抗分布模型，以使之最接近真实阻抗分布.有限元方法（FEM）是常用的求解电磁场的数值方法［2］，在EIT中这一方法被广泛用于正问题过程的求解，其基本思想是通过泛函求极值来为非线性方程求解. 为EIT构造FEM模型，其主要目的是通过将这一特殊边界条件的电场或场域边界作线性化近似，以解决人体外加电场在人体内引起的电流分布的非线性和非均匀性，其实质上是利用数值方法求解具有特殊定解条件的一组偏微分方程.图像重构算法也是EIT研究的热点，目前研究的算法主要有扰动法(Perturbation Method)［3］修正的Newton-Raphson方法［4］双限定方法(Double Constraint Method)［5］敏感性方法（Sensitivity Method）［6］等位线反投影算法［7］. 谱展开法［8］M.Zadehkoochak算法［9］基于神经网络的重构算法［10］:广义逆法［11］等.英国Sheffield大学Brown等［12］1987年建立了第一个完整的DMS （Mark I System），有16个激励及测量电极，采用相邻电极5 mA p-p 51 kHz恒流激励. 该系统有51 dB的信噪比，及每秒10幅图像数据获取速度. 1995年Smith等［13］在Mark I的基础上建立了第一个实时的供临床基础研究用的Mark Ⅱ系统，有16个电极，使用20 kHz 5 mA p-p恒流激励，采用16通道并行测量、数字相敏检测（Digital Phase Sensitivity Detector，DPSD）等技术，使成像速度达到25帧/s，测量电路CMRR＞60 dB, SNR＞60 dB，所测阻抗数据信噪比达到68 dB，该系统用于人体胸腔得到了初步成像结果，并已用于临床基础研究.美国纽约Rensselaer Polytechnic Institute的Cook等于1988年建立了基于物理模型的自适应电流激励成像系统（Adaptive Current Tomograph, ACT2)［14］. 该系统采用32电极并行自适应电流15 kHz激励，单通道电压测量，电流幅值及电压测量有12 bit分辨率，30 s获取一组测量数据. 1991年Saulnier等在ACT2的基础上建立了32电极并行激励、并行测量、并行校正及补偿的高精度、高速度DMS（ACT3）［15］，激励频率30 kHz，系统精度可达16 bit，在此精度下获取一幅图像数据需133 ms，若将测量精度降为13 bit，则获取一幅图像数据只需2 ms. 该系统对一直径8 mm的铜摆进行动态连续成像（铜摆在盛盐水的直径30 cm的容器中摆动），成像结果较好，能对铜摆在不同时相的位置定位，但铜摆图像模糊，且明显大于实际尺寸.美国Wisconsin-Madison大学的SaKamoto等1987年建立了基于物理模型的测量系统［16］. 该系统采用16个条形电极、50 kHz 1 mA(峰峰值)的恒流激励及模拟解调技术，测量最大误差3%，放大器CMRR＞80 dB、输入阻抗大于1 MΩ、噪声水平10 μV(50 kHz时）. 该系统基于12 cm×12 cm的方形物理模型得到了初步成像结果. 1991年Hua等,基于直径30 cm圆柱形物理模型建立了32通道优化电流激励测量系统［17］，采用32个外圈电流驱动、内部电压测量的不锈钢复合电极（Stainless current/voltage compound electrode)，激励频率50 kHz，32通道激励电流在每次图像迭代重构后都重新计算及校正，以得到最优电流激励模式（Optimal Current Pattern)，测量系统有12 bit的幅值分辨率. 该系统对位于模型中心、直径6 cm的绝缘体等进行了成像，经10次迭代后得到了较清楚的图像.上面介绍了几个有代表性的电流驱动的测量系统，在电压驱动的DMS中，美国Washington大学的Woo等在1986年建立了32电极、激励频率100 KHz的测量系统［18］；比利时Geeraerts等在1992年建立了基于物理模型的32电极14 bit 精度的电压激励电流测量系统［19］；英国Oxford Polytechnic的Zhu等［20］在上述ACT2，ACT3的基础上于1992年设计了有32个复合电极的自适应电压激励及电压测量系统.上述研究小组的数据测量系统大部分仅限于对物理模型的测量，只有Sheffield大学的Smith等在Mark Ⅱ测量系统的基础上结合等位线反投影图像重构算法，在英国皇家Hallamshire医院建立了第一个供临床基础研究用的动态EIT实时系统，用于人体肺、胃、大脑、食管等不同部位的成像，证明其具有功能成像的特点［21］. 近三年来，电阻抗成像在二维和单频的基础上向三维［22］及多频［23］成像方面发展，也有学者从事感应电流（induced current）EIT的研究［24］.我国在EIT领域的研究起步较晚，重庆大学、中国医学科学院、第四军医大学有研究小组在进行电阻抗成像系统的研究，这方面的工作才刚刚起步，目前完整的EIT数据测量系统国内未见报道.几年来，该技术又有了许多新的发展，出现了以人体三维阻抗分布为成像目标的三维EIT技术，以外围线圈激励的感应EIT以及多频激励测量进行复阻抗成像的多频EIT，这些研究都得到了初步的实验结果［25］.3 EIT研究的关键及难点3.1 信息的质量、数量问题3.1.1 电场在体内的分布的研究电场在人体内的分布是非线性的，而人体的结构又是非常复杂的，对其进行深刻的研究掌握其在各种组织各种体液中的分布规律对研究驱动测量技术、图象重构算法有重大意义.3.1.2 高精度、高信噪比的数据测量系统目前EIT因采用体表弱电流激励及体表测量技术，使内部阻抗信息在体表测量中表现为弱信号、大动态范围. 有文献报道［26］，在一个心动周期中血流入肺而导致肺组织的阻抗变化为3%，从体表仅能测量到这种变化的1/20，即内部3%的阻抗变化在体表只能得到0.15%的改变. 由此看出，由生理特性决定EIT技术对DMS提出了具有高精度、高信噪比的要求. 另外，阻抗图像重构的算法中有大量矩阵运算或多次迭代运算，经测量系统得到的数据的信噪比大小将直接影响成像质量. 因此，为得到质量较好的重构图像，也要求DMS必须有高精度、高信噪比的基本特性.3.1.3 新的驱动检测原理技术研究由于测量电极的限制，每次只能得到非常有限的独立测量数据（N个电极能得到N（N-1）/2个数据），因此需对驱动检测方法做进一步的研究探讨，驱动检测技术包括向人体施加电能的原理（电流或电压等）研究；施加电能的方式（接触或感应等）研究；电极的尺寸、个数和排列方法研究等；电极的尺寸与断层截面的厚度、电极的数量与信息量的矛盾、电极固定位置与测量的稳定性的矛盾等问题的研究. 这些问题需有新的突破才能使阻抗断层成像技术上一个新台阶.3.2 关于重构算法问题由于EIT是非线性问题，在求解算法方面存在很多困难，虽然在动态及静态EIT技术都提出很多种算法，但是图像重构效果都不能令人满意. 这些算法基本上都是基于有限元方法，目前各种算法的主要问题在于收敛性能、抗噪能力较差，而且随着抛分规摸的增加计算量也大幅度增加,病态性程度也增加等.参考文献1 Seagar AD, Barber DC, Brown BH. 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0707024101 分类号 学号 密级 公开Electrical impedancect imaging studies题 目 电阻抗断层成像研究学校代码 作者姓名 指导教师 学科门类 提交论文日期 专业名称 成绩评定 许开锦电子信息科学与技术张 辉电子医学类2011年5月3日精品文档。

1欢迎下载摘 要电阻抗断层成像(Electrical Impedance Tomography ——EIT)是根据生物体内不同组织以及同一组织在不同状态下具有不同电导率的现象,通过在生物体表面施加安全电流(电压),测量表面电压(电流),重建生物体内部的电阻抗分布图的成像技术。

详细分析了 EIT 成像中遇到的关键问题以及现有的主要应对方法, 列举EIT 技术在临床医学上的应用现状 , 同时对 EIT 在技术和临床上的发展趋势进行了展望 。

关键字：电阻抗断层成像技术、重建算法、硬件设计、临床应用AbstractElectrical Impedance Tomography (EIT) is an imaging technique that based on the phenomena that the electrical conduction within different kinds of tissue of organism or the same tissue in different states is different. The objective of EIT is to reconstruct the internal conductivity distribution of an object from voltage (or current) measurements made at body surface, by driving with current (or voltage) on its surface. After that the main questions of EIT and corresponding solutions is analyzed. Finally , the typical applications of EIT in medicine and the trend of EIT are demonstrated.Key words：Electrical Impedance Tomography、reconstruction algorithm、Hardware design、clinical application精品文档。

EIT技术的应用领域及研究现状EIT（Electrical Impedance Tomography，电阻抗断层成像技术）是一种无创、无辐射的医学成像技术，广泛应用于医学诊断、生物学研究、材料检测等领域。

EIT通过测量电流注入对象并测量电压响应来推导出对象内部的电阻抗分布，从而获得对象内部的电阻抗图像。

在医学诊断方面，EIT技术可以用于肺部图像重建，可以监测呼吸机患者的气体分布情况，并可以诊断肺炎、肺水肿等肺部疾病。

此外，EIT还可以用于心脏电阻抗成骑及脑电阻抗成像，可以通过监测心脏和脑部电阻抗变化来诊断心脏疾病和脑部疾病。

在生物学研究中，EIT可以用于研究动植物器官的生理活动，如观察植物根系的水分吸收情况、监测动物心脏的电阻抗变化等。

此外，EIT还可以用于研究细胞培养中的生长和变化情况，对于细胞生物学研究具有重要意义。

在材料检测中，EIT可以用于检测材料中的缺陷、裂纹和内部结构等。

利用EIT技术可以对材料进行非破坏性检测，并能够检测出微小的结构变化，对于材料科学研究和工业生产具有重要意义。

目前，EIT技术在医学、生物学和材料检测等领域的应用研究已经取得了一些进展。

在医学领域，EIT技术已经应用于肺部图像重建和心脏电阻抗成像等方面，并在一些临床中得到了初步的验证。

在生物学研究领域，EIT技术已经被用于观察植物的根系水分吸收、动物心脏电阻抗成像等方面，并且对细胞生长和变化的研究也取得了一些成果。

在材料检测领域，EIT技术已经被应用于金属材料、陶瓷材料以及复合材料等的检测中，并且有相关的商业产品问世。

尽管EIT技术在上述领域有一定的应用，但还存在许多挑战和问题需要克服。

首先，EIT技术的成像分辨率还有待提高，特别是对于复杂的生物组织和材料结构，如肺部和大脑等。

其次，EIT技术需要解决电流注入和电极位置对成像结果的影响问题，以提高成像精度和可重复性。

此外，EIT技术在临床应用中还需要进一步的验证和严格的临床试验，以确保其安全性和准确性。

2023电阻抗断层扫描对危重患者肺灌注评价的临床应用进展摘要肺灌注监测能够提供危重患者肺部血流改变的准确信息，从而为临床诊疗提供证据。

但受限于患者转运等不便，传统的影像学检查无法满足实时监测肺灌注的需求。

因此寻找更便捷可靠的实时功能学成像技术，对优化危重患者心肺管理具有重要意义。

电阻抗断层扫描（EIT）作为一种无创、无辐射的新兴功能成像技术，可用于床边评估急性呼吸窘迫综合征、肺栓塞等患者的肺灌注，从而协助疾病诊断、调整机械通气策略等治疗方案以及评估疗效。

本文主要对肺电阻抗断层扫描技术用于危重患者肺灌注监测的研究进展进行综述。

基于局部通气和灌注密切的匹配，气体才能在肺部进行有效的交换，因此肺通气和肺灌注的评估对于危重患者的心肺管理具有重要的意义，并成为协助诊断和评估病情、调整呼吸机设置等治疗策略的重要标准［1］。

近年来，电阻抗断层扫描（electrical impedance tomography，EIT）作为一种新型的非侵入性无辐射的功能性成像方式，逐渐受到研究者们的关注［2］。

它使用单个外部电极环来对体内的阻抗变化进行成像，因其便携性可以快速实时地针对局部肺通气及肺灌注进行床边监测，尤其对危重患者产生了积极的意义［3］。

本综述旨在关注电阻抗断层扫描评估危重患者肺灌注的临床应用进展，并对其应用前景和局限性进行讨论。

一、原理EIT监测肺灌注主要通过两种方法实现，分别为基于区域电阻抗断层扫描信号搏动监测肺灌注和高渗盐水增强造影EIT肺灌注成像。

心跳引起的肺血流量改变和呼吸引起的肺内气体量改变都会引起胸腔电阻抗的变化，因此在EIT波形中，可以观察到区域电阻抗信号搏动，并通过分离心脏相关信号和通气相关信号来提取关于肺灌注的连续信息［4］。

但后续研究发现电阻抗搏动方法主要测量肺血容量的搏动变化而不是真正的前向血流，并且难以完全排除心脏区域的灌注，导致其可靠性受到质疑［5］。

高渗盐水造影EIT肺灌注技术基于造影剂首次通过成像原理，在呼吸暂停期间通过“弹丸”式注射高渗盐水引起胸腔电阻抗变化来反映区域肺灌注情况［3］。

关于电阻抗断层功能成像技术的发展【关键词】电阻抗断层图像关键词: 电阻抗断层图像;功能成像;参数成像;频谱成像;三维成像摘要: 电阻抗断层图像技术是继形态、结构成像之后出现的新一代功能成像技术.在多个临床领域，阻抗断层成像与现有方法相比具有明显优势.作者综述功能成像，虚部成像、参数成像、频谱成像和三维成像等EIT技术的新发展.Keywords:electrical impedance tomography;functionalimaging;parametric imaging;spectroscopic imaging;3D imagingAbstract:Electrical impedance tomography is a new genera-tion of functional imaging developed in recent ten or more years after the morphology and structure imaging technolo-gy.It suggests that EIT could offer significant advantages over existing methods in the areas of clinical medicine.This paper reviews some new techniques including the functional imaging，the imaginary imaging，the parametric imaging，the spectroscopic imaging，and3D imaging.0 引言电阻抗断层图像技术（electrical impedance tomog-raphy，EIT）是当今生物医学工程学重大研究课题之一.它是继形态、结构成像之后，于近20a才出现的新一代更为有效的无损伤功能成像技术.EIT通过配置于人体体表的电极阵，提取与人体生理、病理状态相关的组织或器官的电特性信息，不但反映了解剖学结构，更重要的是可望给出功能性图像结果.这是CT、超声等其他成像技术无法与之相比的.EIT不使用核素或射线，对人体无害，可以多次测量，重复使用，可以成为对患者进行长期、连续监护而不会给患者造成损伤或带来不适的医院监护设备.加之其成本低廉，不要求特殊的工作环境等，因而是一种理想的、具有诱人应用前景的无损伤医学成像技术［1］ .1 功能成像当疾病发生时，相关组织与器官的功能性变化往往要先于器质性病变和其他临床症状.在经过一定的功能代偿期或潜伏期后，发展成器质性病变，出现组织与器官结构性变化或其他临床症状.如能在疾病的潜伏期或功能代偿期，即在组织与器官结构性变化出现之前，及时检测和确认该组织与器官的功能性变化，对于相关疾病的普查，预防和早期诊断与治疗将是非常有利的.与疾病发生时的情况相对应，当疾病治愈、康复时，相关组织与器官的功能恢复也往往滞后于疾病的治愈.在疾病的康复期，监测和确认病愈组织与器官的功能恢复情况，对于疾病的康复指导和愈后评价是十分有效和重要的.向功能性检查和疾病的早期诊断发展，向疾病的康复和愈后评价延伸，这是现代医学发展所追求的目标.检测与评价人体组织与器官的功能性变化，正是EIT技术的优势.EIT所采用的生物阻抗技术，提取的是与组织和器官的功能变化相联系的电特性信息，对血液、气体、体液和不同组织成分及其变化等具有独特的鉴别力，对那些影响组织与器官电特性的因素，如血液的流动与分布，肺内气体容量变化，体内体液变化与移动等非常敏感.以此为基础，进行心、脑、肺循环系统的功能评价，血液动力学与流变学在体动态研究，肿瘤的早期发现与诊断以及人体组成成分分析等功能成像研究，是EIT显示优越性，展现其诱人应用前景的广阔天地［2］ .2 EIT图像1991年后，各种EIT方法不断涌现出来，但都以给出像素信息为特点.归纳起来，其图像信息可以是:在频率f1 处的导纳或阻抗绝对值（静态像）;频率f2 与参考频率f1 的相对导纳值（准静态像）;在频率f1 处的介电率绝对值（静态像）;频率f2 与参考频率f1 的相对介电率（准静态像）;频率f1 处导纳随时间的变化（动态像）;频率f1 处介电率随时间的变化（动态像）;频率f2 与参考频率f1的介电率相对值;频率f2 与参考频率f1 的导纳相对值;频率f1 处的相位;复导纳或复阻抗的Cole-Cole图.这种图上的像素可以是:特征频率 RC或SC或R/S或R或S或C的变化信息.3 虚部成像由于生物组织自身具有复阻抗特性，生物膜性质的改变、细胞内外液变化等特性与复阻抗的虚部成分关系非常密切.所以，随着研究的深入，研究者对虚部阻抗变化和多频率阻抗投入更多的关注［3，4］ .1987年，Griffiths等［5］通过计算机模拟证实了应用EIT信号中的实部和虚部测量结果进行介电率成像的可能性.1991年Griffiths等［6］报告了使用40.96kHz频率，测量的人体阻容模型和自愿者呼吸期间阻抗变化的复阻抗图像，其中实部像显示了清晰的肺部边界，虚部像的内容难以解读.Jossinet等使用精心设计的前级电路以降低杂散电容，进行了31.25kHz和250kHz双频率的测量，用信号的实部和虚部成分重建了容性阻抗目标图像.Blad［7］测量了16.7～100kHz频段上的实部和虚部电压信号，以50kHz的虚部信号做参考，50kHz与16.7kHz之间的容抗变化可显示呼气时的肺部图像.Osypka等描述了10～50kHz频段，16电极16通道并行信号处理的多频EIT系统，计算和存储实部和虚部的所有数据，频率为20kHz时，一幅图像的数据采集时间约56ms.迄今为止，可行的在体应用重建算法是差值算法，这种算法只能对异纳，或阻抗的变化进行成像.在绝对值成像中，以足够的精度解前向问题还存在难度，尽管已取得了一些进步［8，9］，但离解决问题看来还有相当的距离.前向问题原本就是三维的，这增加了计算规模，限制了成像目标形态的测量精度和电极构型.差值成像的另一个问题是在两组测量数据之间不能有运动发生，否则图像中会出现伪差.离体实验中获得的优于图像直径10%的分辨率，在体情况下很难实现.因为提高分辨率需要增加电极数，而电极数目的增加也同时提高了对运动和其他伪差的灵敏度.除非在技术上有大的突破，否则单频率EIT至少在医学应用方面已经几乎达到了它的性能极限.4 参数成像电阻抗谱断层成像（EITS），可生成组织阻抗随频率变化的图像，向静态成像发展［10］为了通过阻抗谱描述组织特征，必须在一个合适的阻抗模型中引入相关参数，Cole模型（RSC电路）是最基本的模型.若想用多频率数据来拟合一个Cole-Cole模型，则可用数据越多模型参数的确定性越好.Cole模型中阻抗取决于3个参数:R，S，C，而重建的像素信息可以是变量R，S，C，R/S，RC或SC，也可以是特征频率Fc=［2π（R+S）C］-1 .因为像素或体元的信息至少依赖于3个变量（R，S，C），更可能是4个变量（R，S，C和离散参数）.在1994-04法国土鲁斯举行的欧洲阻抗断层成像会议上，第一次出现了以R/S，SC，RC和特征频率为参数的肺在体图像.对12名正常人进行了临床应用实验，高特征频率和低SC，RC值区域与肺组织的解剖位置符合，还给出了肺和心脏区域的特征值.使用8个驱动电极和8个接收电极的Sheffield EITS系统监测了10名婴儿.用Cole公式求出了R/S，特征频率，RC和SC参数.将这组参数与在另一研究中收集的正常成人数据进行比较表明，取得新生儿肺的EITS参数像是可能的，成人组和新生儿组的Cole参数有区别［11］ .对屏息状态下的7名受试者，采用ECG控制的EITS进行肺部测量的结果提示，这项技术可测量由心搏引起的肺阻抗变化.多频率测量的潜力显而易见，在离体组织样品上测量到的，作为频率函数的各组织间复数电特性的明显差异，和这些数据的模拟成像表明，获得器官结构的参数像是可行的.使用Cole模型可使这些特性量化到相当精确的程度.差值方法将一频率范围的测量值与某个参考频率下的值相比较，形成这些电特性（例如组织的特征频率）图像，并表征绝对组织特性.这些图像不反映导纳的绝对值，它们是参数像，对与组织特性相关的特定变化敏感，包括与疾病相关的变化.图像重建中的一个重要问题是怎样将与频率相关的变化应用于图像重建，以及信号中的实部和虚部数据是否都需要.因为信号幅度变化通常小于差值成像的变化，所以差值成像的线性要求要更为满意.然而由于信号较小，主要是虚部成分，使这些系统的分辨率受到进一步的限制.5 三维成像为了进行三维电阻抗成像，必须对整个体积内的测量数据进行图像重建，但是要象X线成像那样获得一组彼此独立的二维图像是不可能的.在X线扫描中使用反投影进行图像重建相对容易，因为X线在人体中传播的离散率很低，衰减主要取决于其圆柱形传播路径上组织的吸收率.但电流成三维发散分布，其边界上的电位差因阻抗的三维分布而异.考虑平面外电流，设目标为对称圆柱或平面以外区域为均匀的修正二维算法，已有初步结果［12］ .Sheffield研究组使用三维电极阵进行全三维成像［13］ .系统采用64电极数据采集装置和专用矩阵技术.32独立电流驱动和32电压测量通道环绕被测对象.重建算法将被测区域分成4608个四面体单元，每层576个单元共8层.与二维算法一样，使用Geselowitz关于电导幅值的微小变化引起物体边界上电位差改变的灵敏度理论，建立了3136×4608元素的灵敏度矩阵.应用Moore-Penrose伪逆技术进行矩阵的逆运算.尽管所发表的图像在横截面上的分辨率只有直径的10%，而轴向截面上的分辨率只有12.5%，却显示了有希望的前景，为新的发展开辟了道路.作者使用该三维系统进行临床试研究其在探测肺栓子方面的可行性.为了改善EIT的分辨率，降低噪声，很多人探索新的重建算法和误差修正方法.Mengxing等［12］报道了一种称为严格EIT重建算法改进的通用求逆算法（MGIA）.通过减少前向矩阵F的条件数和改进的有限元方案来降低噪声，此MGIA可适合更大的有限元模型（248元）.计算机模拟证明MGIA较之GIA的重建图像具有更低的误差率.Taktak等［13］研究了针对某一通道由于电极脱落等原因引起的数据采集失败情况下的数据恢复算法，并使用盐水池模拟单通道数据采集失败的图像重建检验该算法，结果明显地改善了图像质量，估计会对婴儿的EIT监护的数据恢复有所帮助.Vauhkonen等［14］提出一种生成Tikhonov调整矩阵的方法:近似子空间逼近先验阻抗分布假设法，模拟实验证实，生成的调整矩阵在先验信息正确时，较其他方法得到的重建图像更准确，先验信息错误时，生成的调整矩阵也能较好地重建图像.参考文献:［1］ Ren Cs，Wang H，An Y.Development of electrical bioimpedance technology in the future ［J］.Proc20th Annual Int Conf IEEE/EMBS，1998;20（2）:1052-1054.［2］任超世.生物电阻抗技术与人体功能信息［J］.电子科技导报，1998;（11）:17-19.［3］Wang W，Tunstall B，Chanhan D.Design of De MontfortMK2electrical impedance mammography system ［J］.Proc20th Annual Int Conf IEEE/EMBS，1998;20（2）:1042-1043.［4］Tunstall B，Wang W，Cheng Z.In vitro study results from De Montfort MK1electrical impedance mamography system ［C］.Proc10ICEBI，Barcelona，Spain，1998;4:525-528.［5］Griffiths H.The importance of phase measurement in dielectri-cal impedance tomography ［J］.Phys Med Biol，1987;32（11）:1435-1444.［6］Griffiths H，Leung HTL，Williams RJ.Imaging the complex impedance of the thorax ［J］.Clin Phys Physiol Meas，1992;13:77-81.［7］Blad B.An electrical impedance tomography system for complex impedance imaging ［J］.Innov Tech Biol Med，1994;15（1）:80-88.［8］Brown BH，Barber DC，Leathard AD.High frequency EIT data collection and parametric imaging ［J］.Innov Tech Med Biol，1994;15（1）:2-8.［9］Brown BH，Leathard AD，Wang W.Measured and expected cole parameters from electrical impedance tomographic spec-troscopy images of the human thorax ［J］.Physiol Meas， 1995;16（3）:A39-A47.［10］Goble J，Chenney M，Isaacson D.Electrical impedance tomog-raphy in three dimensions ［J］.Appl Comput Electromagn Soc J，1992;7:128-147.［11］Metherall P，Barber DC，Smallwood RH.Three-dimensional electrical impedance tomography ［J］.Nature，1996;38:509-512.［12］Mengxing T，Xiuzhen D，Mingxin Q.Electrical impedance to-mography reconstruction algorithm based on general inversion theory and finite element method ［J］.Med Biol Eng Comput，1998;36（4）:395-398.［13］Taktak A，Record P，Gadd R.Data recovery from reduced elec-trode connection in electrical impedance tomography ［J］.Med Eng Phys，1996;18（6）:519-522.［14］Vauhkonen M，Vadasz D，Karjalainen PA.Tikhonov regular-ization and prior information in electrical impedance tomogra-phy ［J］.IEEE Trans Med Imaging，1998;17（2）:285-293.。

用于肺监测的电阻抗断层扫描（EIT）什么是EIT？电阻抗断层成像(EIT，也称为应用电位断层扫描)是一种成像技术，它利用解剖结构内的电学特性，通过对结构表面的测量得出该结构的电学特性。

EIT是一种无创、非电离、实时、无不良副作用的功能性成像技术。

EIT适用于任何年龄的患者，可以在床边连续进行，无需镇静。

EIT可以实时生成肺通气、灌注和V/Q比值图-呼吸对呼吸和心跳对心跳的图像。

与计算机化x射线断层扫描和正电子发射断层扫描等技术相比，EIT大约便宜1000倍，小1000倍，不需要电离辐射。

此外，EIT原则上每秒可以产生数千个图像。

其主要局限性是其空间分辨率低，并且-在医学领域-受试者之间的图像变异性大。

通常使用一组电极将电流施加到受试身体或系统，并测量其他电极之间产生的电压，进行记录。

为了获得合理的图像（至少一百张，最好是几千张），必须进行此类测量。

在医学领域，EIT研究最多的应用是胃排空和肺功能的测量（上图）。

在工业领域，典型的应用是成像管道中的油和水的分布，以及成像混合容器中物质的流动。

在某些方面，工业应用对EIT更有利，因为通常可以使用刚性的固定电极阵列。

电极在人体上的固定是医学EIT 面临的遗留问题之一。

物理原理EIT产生组织内阻碍（或更常见的电阻率）分布或其随时间或频率变化的图像。

体内广泛的组织类型之间存在较大的电阻率对比（高达约200:1）。

因此，应该可以利用电阻率形成解剖图像。

此外，正常组织和病理组织之间通常存在显著对比。

例如，Grant(1923)发现，在1 kHz时，脑胶质瘤的电阻率约为正常组织的一半。

为了测量电阻率或阻抗，电流必须在组织中流动，并测量产生的电压。

该施加电流将被称为激励电流（低于电流路径）。

在实践中，几乎所有的EIT系统都使用恒流源，并测量相邻电极对之间的电压差。

为了获得具有良好空间分辨率的图像，需要进行多次此类测量。

这可以通过对身体施加不同的电流分布，并重复电压测量来实现。