專利名稱：一種用于電阻抗映射成像的感興趣目標(biāo)體立體定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電阻抗成像目標(biāo)體立體定位方法，特別是涉及一種電阻抗映射成像中的感興趣目標(biāo)體立體定位方法。
背景技術(shù)：
電阻抗映射成像檢測通常用于獲取被測區(qū)域的二維灰度映射圖像，采用的檢測電極是平板陣列式電極(包含多個微電極單元)，檢測電極陣列提取被測區(qū)域的體表電流信號，通過分析各單元之間的電流差異獲得反映被測區(qū)域下目標(biāo)體電阻抗 分布的二維灰度映射圖像。如果電極陣列中某幾個檢測電極單元下存在異常阻抗擾動區(qū)域(稱之為感興趣目標(biāo)體)，則這些檢測電極單元相比周圍其他電極電極單元會獲取較大的電流信號，反映在二維映射灰度圖中呈現(xiàn)“亮團”特征。二維映射灰度圖中的“亮團”可以反映感興趣目標(biāo)體的平面相對位置，但并不能反映深度信息，因此無法相對準(zhǔn)確地對感興趣目標(biāo)體進行定位。目前國內(nèi)外電阻抗映射成像的研究中，僅限于利用二維灰度映射圖像判別感興趣目標(biāo)體的平面相對位置，因?qū)z測信息尚未進行充分挖掘，無法對感興趣目標(biāo)體進行立體定位。
發(fā)明內(nèi)容
當(dāng)前電阻抗映射成像進行圖像判別時，無法直接從成像所得的二維灰度映射圖像直接估測感興趣目標(biāo)體深度，因此也無法相對準(zhǔn)確地對被測區(qū)域內(nèi)感興趣目標(biāo)體進行立體定位，針對此缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于，提出一種電阻抗映射成像對感興趣目標(biāo)體的立體定位方法，該方法在分析二維灰度映射圖像特征的基礎(chǔ)上，通過深入挖掘檢測信息，可對感興趣目標(biāo)體的深度進行測算，提高了對感興趣目標(biāo)體準(zhǔn)確定位的精度。為了實現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采用如下的技術(shù)解決方案一種用于電阻抗映射成像的感興趣目標(biāo)體立體定位估測方法，其特征在于，包括以下步驟I)基于電磁場計算模型計算分析，建立感興趣目標(biāo)體深度近似求解公式；2)在電阻抗映射成像實際測量中，根據(jù)灰度圖像確定感興趣目標(biāo)的二維空間位置；3)建立電阻抗映射成像實際測量數(shù)值與感興趣目標(biāo)體深度近似求解公式中參數(shù)的對應(yīng)關(guān)系；4)將感興趣目標(biāo)體的空間二維信息與目標(biāo)體的深度信息結(jié)合，獲得感興趣目標(biāo)體的空間立體定位參數(shù)。所述的基于電磁場計算模型計算建立感興趣目標(biāo)體深度近似求解公式，求解過程是:I)在電磁場模型計算時，設(shè)定感興趣目標(biāo)體引起的電場擾動感興趣區(qū)域主要分布在檢測電極面下的半球形區(qū)域內(nèi)，同時假設(shè)擾動感興趣目標(biāo)體近似為球體。2)在電磁場模型計算時，分別在檢測區(qū)域中包含感興趣目標(biāo)體和不包含感興趣目標(biāo)體這兩種條件下,求解檢測電極表面的電流密度表達式；3)利用檢測電極平面的電流信息及相應(yīng)電極單元的位置信息表示感興趣目標(biāo)區(qū)域的深度，得到感興趣目標(biāo)體的深度求解公式。所述的感興趣目標(biāo)體深度近似求解公式中的關(guān)鍵參數(shù)包括Uxc^ytl), i°(x0, y0), i(&汕)，1°(&，13)，其中10^7(|)是感興趣目標(biāo)體在檢測電極面上投影區(qū)中心位置的測量值其電極坐標(biāo)為( ,%), i°(x0, Y0)是感興趣目標(biāo)體不存在時對應(yīng)于電極坐標(biāo)( ,%)處的測量值，i(a，b)感興趣目標(biāo)體在檢測電極面上投影區(qū)中心位置外任意坐標(biāo)(a，b)處的測量值，i°(a, b)是感興趣目標(biāo)體不存在時對應(yīng)于電極坐標(biāo)(a，b)處的測量值。所述的建立電阻抗映射成像實際測量數(shù)值與感興趣目標(biāo)體深度近似求解公式中參數(shù)的對應(yīng)關(guān)系，其步驟是I)首先根據(jù)電阻抗映射成像二維灰度圖確定感興趣目標(biāo)體在檢測電極平面的投影區(qū)域范圍；·2)求解感興趣目標(biāo)體在檢測電極平面投影區(qū)域以外的所有測量值的平均值I_n ；3)確定感興趣目標(biāo)體所對應(yīng)的最大測量值Imax，及該最大測量值所對應(yīng)的電極單元坐標(biāo)(x_，Ymax)；4)確定感興趣目標(biāo)體在檢測電極平面投影區(qū)域內(nèi)實測數(shù)據(jù)曲線的半峰值Ihalf,即Ihalf=l/2 (Imax-Inrean)，并進一步尋找接近Ihalf值的實測數(shù)據(jù)所對應(yīng)檢測電極單元的坐標(biāo)(Xhalf，Yhalf);5)建立實際測量數(shù)值與深度近似求解公式中各參數(shù)的對應(yīng)關(guān)系。所述的建立實際測量數(shù)值與深度近似求解公式中各參數(shù)的對應(yīng)關(guān)系是，將實際測量數(shù)值帶入深度近似求解公式計算時，用Imax替代i (X(1，Yo)，用Ihalf替代i (a，b)，用Inrean替
代 i0 (X0，Y0)和 i0 (a, b) O本發(fā)明充分挖掘了電阻抗映射成像的檢測信息，所實現(xiàn)的電阻抗映射成像中的感興趣目標(biāo)體立體定位方法，可以在獲得感興趣目標(biāo)體二維灰度成像結(jié)果的同時，利用檢測電極實測數(shù)據(jù)估測感興趣目標(biāo)距離檢測電極面的深度，為電阻抗映射成像檢測提供了一種精確定位感興趣感興趣目標(biāo)體的方法，在實際應(yīng)用中具有重要意義。
圖I是電阻抗映射檢測等效示意圖。圖2是電阻抗映射檢測感興趣目標(biāo)深度求解模型示意圖。圖3是電阻抗映射成像二維灰度映射圖關(guān)鍵信息點坐標(biāo)示意圖。圖4是電阻抗映射成像二維灰度映射圖與一維測量曲線的對應(yīng)關(guān)系圖。圖5是電阻抗映射成像測量數(shù)據(jù)的三維分布圖。圖6是電阻抗映射成像物理模型。圖7是電阻抗映射成像物理模型中進行感興趣目標(biāo)檢測實驗圖。圖8是目標(biāo)體在物理模型的成像結(jié)果。圖9是采用深度估測結(jié)果與實際深度的對比圖。以下結(jié)合附圖和發(fā)明人給出的實施例對本發(fā)明作進一步的詳細(xì)說明。
具體實施例方式為進一步說明本發(fā)明的特點及優(yōu)勢特性，本實施例給出一種組織電阻抗映射成像檢測時異常阻抗感興趣目標(biāo)體(病變包塊)的立體估測方案。圖I是生物電阻抗映射檢測等效示意圖，正常組織相比病變組織的電阻抗特性具有顯著差異，可以近似認(rèn)為檢測區(qū)域內(nèi)正常組織均勻分布，如果存在病變包塊則會引起局部的電阻抗擾動，稱之為感興趣目標(biāo)體，并假設(shè)感興趣目標(biāo)為近似球體。以下為具體求解步驟步驟I :根據(jù)電阻抗映射成像的檢測條件，建立麥克斯韋方程組對檢測區(qū)域內(nèi)部及其表面的電磁場進行描述，并根據(jù)模型的等效近似，設(shè)置方程組的約束條件。設(shè)檢測區(qū)域三維空間為Ω，測量電極平面為Γ，激勵電極表面為γ，σ + ω ε為 組織的復(fù)電導(dǎo)率，則位于三維空間Ω內(nèi)的任意一點r=(X，y，z)滿足下列邊界方程組
f V {{σ.+] ￡·)▽ (r)) = 0，r e Ω
y(r) = 0,r e Γ^(公式 I)
V(r) = I,ref
、(σ + /；￡·)ν(Γ) · v(r) = O,re ΘΩ \ (A U γ)由于檢測電極平面r對感興趣目標(biāo)體產(chǎn)生的擾動電流的敏感檢測區(qū)主要集中在檢測平面Γ下方的區(qū)域中，進一步我們將電場分析的感興趣區(qū)域定義為如圖I、圖2所示的半球形區(qū)域內(nèi)。設(shè)檢測電極平面Γ的邊長為2L，則半球形區(qū)域的半徑為L。如圖2所示，方程組求解的約束條件設(shè)置如下rL = Ux, y,0) ^x2 + y2 < L}
* ，Ql ；= {(x，y，z):z< 0，^x2 +y2 +z2 < L}將復(fù)電導(dǎo)率定義為正常組織=T1=OficOe1 re Ω L\D病變組織τ2=σ2+ ωε2r e D步驟2 :在檢測區(qū)域中包含感興趣目標(biāo)體和不包含感興趣目標(biāo)體這兩種條件下，根據(jù)麥克斯韋方程組分別求兩種條件下檢測電極處的電流密度表達式。( I)感興趣目標(biāo)體存在時檢測電極板處的電流密度求解
av- avext在病變區(qū)域D的表面，電勢V滿足T2并且有Vint = Vext，其中Vint
O VU V ,
和Txt分別定義為D區(qū)域表面內(nèi)外兩側(cè)的電勢。則圖2中的各處電壓滿足下列方程
權(quán)利要求
1.一種用于電阻抗映射成像的感興趣目標(biāo)體立體定位估測方法，其特征在于，包括以下步驟 1)基于電磁場計算模型計算分析，建立感興趣目標(biāo)體深度近似求解公式； 2)在電阻抗映射成像實際測量中，根據(jù)灰度圖像確定感興趣目標(biāo)體的二維空間位置； 3)建立電阻抗映射成像實際測量數(shù)值與感興趣目標(biāo)體深度近似求解公式中參數(shù)的對應(yīng)關(guān)系； 4)將感興趣目標(biāo)體的空間二維信息與目標(biāo)體的深度信息結(jié)合，獲得感興趣目標(biāo)體的空間立體定位參數(shù)。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述的基于電磁場計算模型建立感興趣目標(biāo)體深度近似求解公式，求解過程是 1)在電磁場1吳型計算時，設(shè)定感興趣目標(biāo)體引起的電場擾動感興趣區(qū)域王要分布在檢測電極面下的半球形區(qū)域內(nèi)，同時假設(shè)擾動感興趣目標(biāo)體近似為球體。
2)在電磁場模型計算時，分別在檢測區(qū)域中包含感興趣目標(biāo)體和不包含感興趣目標(biāo)體這兩種條件下，求解檢測電極表面的電流密度表達式； 3)利用檢測電極平面的電流信息及相應(yīng)電極單元的位置信息表示感興趣目標(biāo)區(qū)域的深度，得到感興趣目標(biāo)體的深度求解公式。
3.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述的感興趣目標(biāo)體深度近似求解公式中的關(guān)鍵參數(shù)包括Uxc^ytl), I0 (x0, y0), i (a, b), i°(a，b),其中Uxc^ytl)是感興趣目標(biāo)體在檢測電極面上投影區(qū)中心位置的測量值其電極坐標(biāo)為(Xo，y0)a0(x0, y0)是感興趣目標(biāo)體不存在時對應(yīng)于電極坐標(biāo)(Χ(ι，7ο)處的測量值，i(a，b)感興趣目標(biāo)體在檢測電極面上投影區(qū)中心位置外任意坐標(biāo)(a，b)處的測量值，i°(a，b)是感興趣目標(biāo)體不存在時對應(yīng)于電極坐標(biāo)(a，b)處的測量值。
4.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述的建立電阻抗映射成像實際測量數(shù)值與感興趣目標(biāo)體深度近似求解公式中參數(shù)的對應(yīng)關(guān)系，其步驟如下 1)首先根據(jù)電阻抗映射成像二維灰度圖確定感興趣目標(biāo)體在檢測電極平面的投影區(qū)域范圍； 2)求解感興趣目標(biāo)體在檢測電極平面投影區(qū)域以外的所有測量值的平均值Inrean； 3)確定感興趣目標(biāo)體所對應(yīng)的最大測量值Imax，及該最大測量值所對應(yīng)的電極單元坐 (Xmax，Ymax); 4)確定感興趣目標(biāo)體在檢測電極平面投影區(qū)域內(nèi)實測數(shù)據(jù)曲線的半峰值Ihalf,即Ihalf = 1/2 (Imax-Inrean)，并進一步尋找接近Ihalf值的實測數(shù)據(jù)所對應(yīng)檢測電極單元的坐標(biāo)(Xhalf，Yhalf); 5)建立實際測量數(shù)值與深度近似求解公式中各參數(shù)的對應(yīng)關(guān)系。
5.如權(quán)利要求3或4所述方法，其特征在于，所述的建立實際測量數(shù)值與深度近似求解公式中各參數(shù)的對應(yīng)關(guān)系是將實際測量數(shù)值帶入深度近似求解公式計算時，用Imax替代i (X0，y0)，用 Ihaif 替代 i (a, b)，用 Imean 替代 i° (x0, y0)和 i° (a, b)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于電阻抗映射成像的感興趣目標(biāo)體立體定位方法，該方法在實施時首先基于電磁場計算模型計算分析，建立感興趣目標(biāo)體深度近似求解公式；其次在電阻抗映射成像實際測量中，根據(jù)灰度圖像確定感興趣目標(biāo)體的二維空間位置；在此基礎(chǔ)上進一步建立利用電阻抗映射檢測成像實測數(shù)據(jù)等效表征深度求解公式中計算參數(shù)的方法，并最終求解獲得感興趣目標(biāo)體的立體定位信息。本發(fā)明的特點是在分析二維灰度圖像特征的基礎(chǔ)上，通過深入挖掘檢測信息，可對感興趣目標(biāo)體的深度進行測算，實現(xiàn)了對感興趣目標(biāo)體的立體定位。
文檔編號A61B5/05GK102894977SQ20121042853
公開日2013年1月30日 申請日期2012年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月30日
發(fā)明者季振宇, 董秀珍, 史學(xué)濤, 尤富生, 付峰, 劉銳崗, 王威, 王楠, 馬航 申請人:中國人民解放軍第四軍醫(yī)大學(xué)