發明專利申請
(21)申請號201610922818.8
(22)申請日 2016.10.25
(43)申請公佈日2018.05.01
(71)申請人 天津工業大學
地址 300387天津市西青區賓水西道399號 (72)發明人陳瑞娟 馮彥博 王金海 (51)Int.Cl.
A61B5/053(2006.01)
(54)發明名稱
一種腦部磁探測電阻抗成像系統
(57)摘要
本發明公開了一種腦部磁探測電阻抗成像系統，系統包括：電磁檢測帽，激勵採集控制模塊 與圖像處理顯示設備。電磁檢測帽具有內外兩層，可佩戴於人體頭部，內層帽上放置有激勵電極，外層帽上安置磁場傳感器，電極與磁場傳感器通過導線與激勵採集控制模塊相連接；激勵採集控制模塊具有控制激勵信號與採集磁場信息的作用，可根據需求調整參數以輸出與處理不同強度和頻率的信號，對採集信號進行濾波、放大、模數轉換等，最終將信號傳輸到圖像處理顯示設備；圖像處理顯示設備集成微處理器與顯示屏幕，通過所得腦部電磁場信息重建成像體腦部電阻抗分佈圖像。本發明克服了傳統電阻抗成像在接觸式測量中接觸電阻的影響，通過非接觸式磁場探測方式獲得激勵信號下的腦部周圍磁感應強度信息，並根據圖像重建算法重建出腦內電阻抗分佈圖像，以供醫生對腦部生理病理狀況作出診斷。
一種腦部磁探測電阻抗成像系統
技術領域
[0001]本發明歸屬於電子信息技術、生物醫學成像等領域，特別涉及一種腦部磁探測電 阻抗成像系統。
背景技術
[0002] 人體的生理和病理變化會引起電導率的變化，電阻抗成像(electronic impedancetomography，EIT)技術通過檢測人體電導率空間分佈的變化來提供診斷信息。自上世紀70年代生物醫學工作者提出EIT技術以來，電阻抗成像經歷了30多年的發展，逐步成為涉及電磁學、電子學、計算數學、醫學物理學等多學科交叉與融合的新型醫學影像學方法。然而EIT還難以應用到臨床環境中，大多數研究者一致認為影響其進入臨床的主要原因是EIT成像空間分辨率低。EIT的這一缺陷與其自身的原理和特點密不可分，其中一個最重 要的原因就是電極的放置問題，EIT只利用外圍電壓分佈信息，信息量小[1，2]。針對EIT只能測量成像區域外周邊信息的問題，Ahlfors等於1993年提出的一種新的非接觸式電阻抗成像方法--磁探測電阻抗成像[3]。
[0003] 磁探測電阻抗成像依據電磁感應原理獲得激勵電流注入下成像體周圍的磁感應 強度分佈，對人體電導率的空間分佈進行成像。與傳統電阻抗成像相比，MDEIT技術通過增加測量信息量以提高成像分辨率的優勢，且系統結構簡單，非接觸測量，可用於快速的便攜式成像，並且在對於人體生理活動進行連續動態的圖像監護方面具有廣泛的應用前景[4，5]， 這些是目前多數臨床成像手段難以做到的。
[0004] 參考文獻：
[0005][1]KolehmainenV，VauhkonenM，KarjalainenPA，etal.Assessmentof errors in static impedance tomography with adjacent and trigonometriccurrent patterns[J].PhasiologicalMeasurement，1997，18(4)：289-303.
[0006][2]MengxingTang，WeiWang，JamesWheeler，etal.Thenumberof electrodes and basis functions in EIT image reconstruction[J].Physiological Measurement，2002，23(1)：129-40.
[0007][3]Ahlforss，IlmoniemiR.Magneticimagingofconductivity[C].14th Proceedings of the Annual International Conference of the IEEE Engineeringin MedicineandBiologySocitety(Paris).1992：1717-1718.
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發明內容
[0010]本發明提出了一種腦部磁探測電阻抗成像系統，本發明實現了利用磁探測電阻抗 成像技術對人體顱內電阻抗分佈分有效重建，系統結構簡單，測量簡便，造價低廉，為腦部診斷提供了極大的便利，詳見下文描述：
[0011]一種腦部磁探測電阻抗成像系統，其特徵在於，所述腦部磁探測電阻抗成像系統 包括：電磁檢測帽，激勵採集控制模塊，圖像處理顯示設備。其中，
[0012]所述電磁檢測帽可佩戴於人體頭部，所述電磁檢測帽具有內外兩層，內層帽上放 置有激勵電極，外層冒上安置磁場傳感器，電極與磁場傳感器通過導線與激勵採集控制模 塊相連接；所述激勵採集控制模塊具有控制激勵信號與採集磁場信息的作用，所述激勵採 集控制模塊可根據需求調整參數以輸出與處理不同強度和頻率的信號，所述激勵採集控制模塊對採集信號進行濾波、放大、模數轉換等，並將信號傳輸到圖像處理顯示設備；所述圖像處理顯示設備集成微處理器與顯示屏幕，通過所得腦部電磁場信息重建成像體腦部電阻抗分佈圖像。
[0013] 所述電磁檢測帽具體為：製作材質為具有彈性，可摺疊的紡織物或橡膠製品。
[0014] 所述電磁檢測帽具體為：內層帽通過孔洞使得激勵電極與頭部皮膚直接接觸。
[0015]所述電磁檢測帽具體為：內層帽激勵電極的位置、數量依據激勵信號的注入方式 選擇。
[0016]所述電磁檢測帽具體為：外層帽表面具有放置電磁傳感器的凹槽，且凹槽數量大 於等於需要放置的電磁傳感器數量。
[0017]所述電磁檢測帽具體為：外層帽表面放置電磁場傳感器的位置、數量依據測量所 需的取點位置、數量決定。
[0018] 所述電磁檢測帽具體為：內層帽和外層帽之間用非電磁介質進行填充。
[0019] 所述激勵採集控制模塊具體為：具有控制激勵信號與採集磁場信息的功能。
[0020] 所述激勵採集控制模塊具體為：輸出激勵信號為電流或電壓。
[0021]所述激勵採集控制模塊具體為：輸出激勵信號為單一頻率或多頻率的信號，且頻 率、幅值可調。
[0022] 所述激勵採集控制模塊具體為：對採集的磁場信號進行濾波、放大、模數轉換。
[0023]所述圖像處理顯示設備具體為：利用採集得到的腦部電磁場分佈信息重建成像體 腦部電阻抗分佈圖像，並在顯示設備上進行顯示。
[0024]所述圖像處理顯示設備具體為：圖像重建模塊可以重建成像體在靜止或運動狀態 下的腦部電阻抗分佈圖像。
[0025] 本發明提供的技術方案的有益效果是：
[0026]本發明提供了一種腦部磁探測電阻抗成像系統，具有對人體無創，無電離輻射危 險，非接觸測量，系統結構簡單，測量簡便，可用於快速的便攜式成像的優勢，同時該設備造價低廉、檢測費用低，有效的降低了醫療風險，減少了醫療費用。
附圖說明
[0027] 圖1為系統整體框圖； 圖3為靜態系統使用示意圖；
[0028] 圖2為電磁檢測帽俯視樣圖；圖4為動態系統使用示意圖；
[0029] 附圖中，各標號所代表的部件列表如下：
[0030]2.1為金屬電極； 3.3為數據處理顯示設備；
[0031] 2.2為金屬電極； 4.1為電磁檢測帽；
[0032] 2.3為磁場傳感器； 4.2為激勵採集控制模塊；
[0033] 3.1為電磁檢測帽； 4.3為數據處理顯示設備；
[0034] 3 .2為激勵採集控制模塊； 4.4為跑步機；
具體實施方式
[0035] 為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方 式作進一步地詳細描述。
[0036] 為提高腦部磁探測電阻抗成像系統的適應性，參見圖3和圖4，本發明實施例提供 了一種腦部磁探測電阻抗成像系統，詳見下文描述：
[0037] 一種腦部磁探測電阻抗成像系統，電磁檢測帽，激勵採集控制模塊與圖像處理顯 示設備。其中，
[0038] 所述電磁檢測帽(3 .1、4.1)可佩戴於人體頭部，所述電磁檢測帽上放置有激勵電 極、磁場傳感器，電極與磁場傳感器利用導線與激勵採集控制模塊相連接；所述激勵採集控制模塊(3.2、4.2)具有控制激勵信號與採集磁場信息的作用，所述激勵採集控制模塊可根 據需求調整參數以輸出與處理不同強度和頻率的信號，所述激勵採集控制模塊對採集信號進行濾波、放大、模數轉換等，並將信號傳輸到圖像處理顯示設備；所述圖像處理顯示設備(3.3、3.4)集成微處理器與顯示屏幕，通過所得腦部電磁場信息重建成像體腦部電阻抗分 布圖像。
[0039] 進一步地，為了滿足實際應用中的多種需要，本發明實施例中的電磁檢測帽(3.1、 4.1)其尺寸可以根據不同適應人群制定。
[0040] 進一步地，為了滿足實際應用中的多種需要，本發明實施例中的電磁檢測帽(3.1、 4.1)上的激勵電極的數量、位置可根據成像要求選擇。
[0041] 進一步地，為了滿足實際應用中的多種需要，本發明實施例中的電磁檢測帽(3.1、 4.1)上的磁場傳感器數量、位置可根據成像要求選擇。
[0042] 進一步地，為了滿足實際應用中的多種需要，本發明實施例中的信號處理電路 (3.2、4.2)可為單頻或多頻輸出。
[0043] 進一步地，為了滿足實際應用中的多種需要，本發明實施例中的信號處理電路 (3.2、4.2)其尺寸大小可根據系統要求定製。
[0044] 進一步地，為了滿足實際應用中的多種需要，本發明實施例中的數字處理顯示設 備(3.3、4.3)可選擇為便攜式或臺式設備。
[0045] 下面以具體的實施例來說明本發明提供的一種腦部磁探測電阻抗成像系統使用， 詳見下文描述：
[0046] 實施例1：
[0047] 圖3為電磁檢測帽，激勵採集控制模塊，圖像處理顯示設備組成的腦部磁探測電阻抗成像系統應用於靜態測試者的示意圖。系統使用方法如下：
[0048] (1)測試者身體成仰臥姿勢。
[0049] (2)將電磁檢測帽戴到測試者頭部，通過打入導電膏以確保激勵電極與頭部皮膚接觸良好。
[0050] (3)通過操作激勵與採集控制模塊對測試者施加一定強度的安全電流，採集靜止狀態下測試者頭部周圍的磁場分佈，並將數據傳輸給圖像處理顯示設備。
[0051] (4)圖像處理顯示設備根據獲得的磁場數據，利用圖像重建算法對測試者頭部的電阻抗分佈進行重建，並將重建結果顯示出來。
[0052] 實施例2：
[0053] 圖4為電磁檢測帽，激勵採集控制模塊，便攜式圖像處理顯示設備組成的磁探測電阻抗成像腦部診斷系統應用於運動狀態下的測試者示意圖。
[0054] 系統使用方法如下：
[0055] (1)將電磁檢測帽穩固的戴到被監測目標頭部，保證激勵電極與頭部皮膚接觸良好。
[0056] (2)連接電磁檢測帽，激勵採集控制模塊，便攜式圖像處理顯示設備。
[0057] (3)通過操作激勵與採集控制模塊對測試者施加一定強度的安全電流，採集運動狀態下測試者頭部周圍的磁場分佈，並將數據實時傳輸給圖像處理顯示設備。
[0058] (4)圖像處理顯示設備根據獲得的磁場數據，利用圖像重建算法對測試者頭部的電阻抗分佈進行重建，並將重建結果實時顯示出來。
[0059] 本領域技術人員可以理解附圖只是一個優選實施例的示意圖，上述本發明實施例序號僅僅為了描述，不代表實施例的優劣。
[0060] 以上所述僅為本發明的較佳實施例，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和 原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
圖1
圖2
圖3
圖4
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