電阻抗斷層成像(electrical impedance tomography,EIT)是一種新的生物醫(yī)學成像技術(shù),相較與CT、MRI等大型生物醫(yī)學影像學檢查手段,電阻抗斷層成像技術(shù)具有功能成像、無輻射、低廉、適用于床旁圖像監(jiān)護等優(yōu)點,在顱腦血管疾病的連續(xù)監(jiān)護方面有很好的應用前景。在EIT臨床腦部監(jiān)護過程中常發(fā)生因數(shù)據(jù)測量狀態(tài)發(fā)生改變引入信號干擾,導致原始測量的交流電壓信號中引入非顱內(nèi)阻抗變化的邊界電壓改變。常見的體動干擾可能導致采集數(shù)據(jù)中斷、數(shù)據(jù)采集不準確等影響后續(xù)數(shù)據(jù)分析與圖像重構(gòu)分辨率的情況,本文針對上述背景,開展了相應的研究,以提高臨床顱腦EIT技術(shù)的適用性。本課題的研究包含了原始電壓信號的采集、信號分析、量化估計及干擾預處理。首先,本文采用最大熵頻譜分析方法對臨床顱腦EIT原始電壓信號進行數(shù)據(jù)的頻域分析,利用最大熵頻譜分析方法的高分辨率和短時性特點得到原始電壓信號的頻譜分析結(jié)果。采用經(jīng)驗模式分解法(empirical mode decomposition,EMD)將顱腦EIT原始電壓信號中不同尺度的波動信號和其趨勢逐級進行分解繼而產(chǎn)生具有不同特征尺度本征模式函數(shù)(intrinsic mode function,IMF)分量,通過對本征模式函數(shù)分量進行Hilbert變換,獲取顱腦EIT原始電壓信號頻率的瞬時特性,對原始電壓信號的局部時變特征進行自適應時頻分解。從時域、頻域、時頻結(jié)合的角度對臨床顱腦EIT原始電壓信號特點進行了定性、定量分析,將臨床人體的原始電壓信號特點與電阻網(wǎng)絡物理模型物理仿真數(shù)據(jù)作對比研究,發(fā)現(xiàn)臨床顱腦EIT對人腦進行監(jiān)護過程應用過程中的數(shù)據(jù)差異。隨后針對臨床顱腦EIT測量過程中存在的影響原始電壓信號質(zhì)量的干擾誤差因素,從原始電壓信號到解調(diào)信號之間的數(shù)據(jù)變換角度、實際測量過程中存在的干擾情況角度對臨床數(shù)據(jù)進行量化分析。分析了臨床顱腦EIT監(jiān)護、測量過程中電極系統(tǒng)受壓力變化和電極脫落情況對原始電壓信號的影響程度并作相關(guān)的臨床實驗研究。最后,針對臨床顱腦EIT應用中由于測量電極與皮膚之間的測量狀態(tài)發(fā)生改變引發(fā)電極極化干擾,導致原始測量的交流電壓信號中引入干擾噪聲造成非顱內(nèi)阻抗變化的邊界電壓改變現(xiàn)象進行干擾預處理方法研究,提出了線性噪聲模型,設計了具有正則項的目標函數(shù),并利用梯度下降法進行數(shù)據(jù)平滑優(yōu)化處理,并進行了仿真和臨床實驗驗證。結(jié)果表明,通過對原始電壓信號的時頻域分析,可以得到原始電壓信號中存在低頻干擾,通過分析臨床顱腦EIT監(jiān)護過程中常見干擾因素,得到在原始電壓信號中電極脫落干擾表現(xiàn)為原始信號的尖峰干擾,電極受壓力作用表現(xiàn)為原始信號中的幅值階躍變化,對電極極化干擾現(xiàn)象進行原始電壓信號預處理,可以利用偏置斜率值評估數(shù)據(jù)質(zhì)量,輔助臨床數(shù)據(jù)的分析工作。
【學位單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：R741.044;TN911.7
【部分圖文】：

第二章 臨床顱腦 EIT 信號分析理論基礎(chǔ)2.1.2 EIT 技術(shù)的基本原理在進行臨床顱腦 EIT 監(jiān)護時，數(shù)據(jù)采集前需要將顱腦 EIT 系統(tǒng)的 16 個電極的固定在患者頭部如圖 2.2 所示。臨床顱腦 EIT 的理論基礎(chǔ)是通過 16 個電極在目標表面施加安全范圍內(nèi)的交流激勵電流信號，采用對向激勵同向測量模式同時目標組織表面的電壓信號，用測量得到的邊界交流電壓信號經(jīng)過數(shù)字信號處理的和解調(diào)技術(shù)得到的一維單幀 192 個有效測量數(shù)據(jù)進行顱腦圖像重構(gòu)得到顱腦組部的阻抗或阻抗變化圖像。在 EIT 進行人體組織測量時，由于人體是個大的生體，人體內(nèi)的組織和器官具有一定的電阻抗特性，經(jīng)臨床試驗研究，不同的生物組同種組織的生理病理的電阻抗特性具有差異。在組織外部選擇輸入合適的激勵信在組織表面測得體表信號，經(jīng)計算機處理后，得到顱腦 EIT 的阻抗特性的相應EIT 技術(shù)正是用這一基本原理，通過邊界測量目標木質(zhì)區(qū)域外邊界的電壓信號變計目標導體內(nèi)部的電阻率變化情況。

對臨床數(shù)據(jù)進行 EMD 分解后得到的多個 IMF 分量中的 IMF3 進析，得到瞬時頻率，如圖 3.16 所示，這使得時間序列尺度上的瞬時的物理意義從圖中的 IMF3 瞬時頻率結(jié)果來看信號隨著時間序列信號波動性。圖 3.17 展示的是對 EMD 處理的結(jié)果進行統(tǒng)計顯著性檢驗的顱腦 EIT 人體數(shù)據(jù) IMF3 分量的 Hilbert 譜分析結(jié)果。上下兩個圖是對應信號和 IMF3 分量信號的瞬時頻率。

時通過前端的電極系統(tǒng)來進行，在，即使是麻醉狀態(tài)，患者仍會有不行醫(yī)護操作，這些外加的動作會在過程中引入體動干擾，通過分析，的邊界測量數(shù)據(jù)變化。統(tǒng)受壓力作用表示為電流從電極EIT 的使用場景中，電極涂抹導電電子經(jīng)過一系列的電化學變化轉(zhuǎn)換礙作用被稱之為接觸阻抗。在實，因此對電極特性的建模需要利用。所以，電極-頭皮接觸層的電傳勵頻率，容性成分對應的容抗是固觸阻抗可以認為是固定不變的。

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本文編號：2826994