基于EEG电极模式的EIT敏感场研究

摘要

电阻抗成像(Electrical Impedance Tomography，简称EIT)技术是依据人体内不同组织具有不同电导率这一物理原理，通过给人体注入安全电流，测量相应体表的电位信息，来对人体内部的电导率分布或者其变化进行图像重建。EIT成像具有非侵入性、无损伤及连续测量等特点，是当今生物医学工程学研究热点之一，在其他工业领域也有重要应用。本文主要研究基于脑电图EEG（electroencephalogram，简称EEG）电极模式的EIT敏感场。本文在前人工作的基础上，主要完成了以下工作:　　1、对EIT成像技术的国内外现状进行了较详细的分析总结，对脑电图EEG做了介绍，提出了基于EEG点位模式的EIT测量模式的思路。　　2、在分析了两种常用建立脑部模型方法优劣的基础上，提出了基于真实脑CT数据来构建三层脑模型的方法，并以女性头部CT数据集为例进行建模，构建了三维脑部三层有限元模型。较为详细阐述了图像分割、三维实体转换，在进行了有限元剖分后进行后续一系列的仿真计算。仿真结果说明所构建的脑模型比传统的三层球体模型更接近人体真实头部模型，为EIT脑功能成像提供了较真实的成像模型。　　3、提出了基于EEG点位的EIT测量模式的环状电极圈，通过选取与EIT测量方式相同的EEG点位，既可以用环状电极圈来采集和记录脑电信号，又可以用来进行EIT测量，具有单电极多模态测量的优势。另外还利用基于EEG点位的16电极环状电极圈来对三维脑部三层实体模型进行EIT敏感场仿真计算，仿真计算结果说明当电极的测量位置在头模型中部和下部之间范围时，所得到的敏感场受到电极位置的影响相对较小。　　4、建立了8电极和16电极环状电极圈，在相邻激励情况下，对电极1、2施加安全激励电流，在对侧测量的情况下，分析了电极数目对脑部场域的等电位分布的影响。仿真实验结果表明，随着电极数目的增加，脑部场域的等电位分布会趋向均匀，能提高EIT的图像重建质量。

目录

声明

摘要

1．1 课题研究背景及意义

1．2 电阻抗成像国内外发展状况与趋势

1．2．1 电阻抗成像国外发展现状

1．2．2 电阻抗成像国内发展现状

1．3 论文中涉及的软件简介

1．4 课题研究内容和论文章节安排

1．4．1 本文主要研究内容

1．4．2 本文各章节安排

第二章 电阻抗成像正问题理论基础

2．1 EIT成像的基本原理

2．2 EIT成像的生物医学基础

2．3 三维EIT成像正问题

2．3．1 三维EIT正问题的计算方法

2．3．2 三维EIT正问题的等价变分

2．3．3 建立三维EIT有限元方程组

2．4 本章小结

第三章 EIT和EEG的测量模式

3．1 EIT测量用电极系统

3．2 EEG测量电极帽

3．3 单电极双模态测量电路思路

3．4 本章小结

第四章 脑部三维实体有限元模型的构建

4．1 常见脑部模型构建方式

4．2 构建三维脑部三层有限元模型

4．3 三维实体转换

4．4 有限元剖分及仿真计算过程

4．4．1 脑部三层实体模型的获得

4．4．2 脑部各组织电学特性

4．4．3 有限元剖分

4．4．4 有限元仿真结果

4．5 本章小结

第五章 基于EEG模式下EIT电极和敏感场研究

5．1 基于EEG点位的EIT环状电极圈

5．2 竖轴不同位置环状电极圈产生的敏感场比较

5．3 电极数目对敏感场分布的影响

5．3．1 三维实体有限元模型

5．3．2 半球头模型

5．3．3 不同模型的相邻电压差值

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 本文工作总结

6．2 未来工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表、录用论文及参与科研项目情况