電阻抗斷層成像(electrical impedance tomography,EIT)是一種新的生物醫(yī)學(xué)成像技術(shù),相較與CT、MRI等大型生物醫(yī)學(xué)影像學(xué)檢查手段,電阻抗斷層成像技術(shù)具有功能成像、無(wú)輻射、低廉、適用于床旁圖像監(jiān)護(hù)等優(yōu)點(diǎn),在顱腦血管疾病的連續(xù)監(jiān)護(hù)方面有很好的應(yīng)用前景。在EIT臨床腦部監(jiān)護(hù)過(guò)程中常發(fā)生因數(shù)據(jù)測(cè)量狀態(tài)發(fā)生改變引入信號(hào)干擾,導(dǎo)致原始測(cè)量的交流電壓信號(hào)中引入非顱內(nèi)阻抗變化的邊界電壓改變。常見(jiàn)的體動(dòng)干擾可能導(dǎo)致采集數(shù)據(jù)中斷、數(shù)據(jù)采集不準(zhǔn)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(duì)上述背景,開展了相應(yīng)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(hào)的采集、信號(hào)分析、量化估計(jì)及干擾預(yù)處理。首先,本文采用最大熵頻譜分析方法對(duì)臨床顱腦EIT原始電壓信號(hào)進(jìn)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(shí)性特點(diǎn)得到原始電壓信號(hào)的頻譜分析結(jié)果。采用經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸夥?empirical mode decomposition,EMD)將顱腦EIT原始電壓信號(hào)中不同尺度的波動(dòng)信號(hào)和其趨勢(shì)逐級(jí)進(jìn)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(guò)對(duì)本征模式函數(shù)分量進(jìn)行Hilbert變換,獲取顱腦EIT原始電壓信號(hào)頻率的瞬時(shí)特性,對(duì)原始電壓信號(hào)的局部時(shí)變特征進(jìn)行自適應(yīng)時(shí)頻分解。從時(shí)域、頻域、時(shí)頻結(jié)合的角度對(duì)臨床顱腦EIT原始電壓信號(hào)特點(diǎn)進(jìn)行了定性、定量分析,將臨床人體的原始電壓信號(hào)特點(diǎn)與電阻網(wǎng)絡(luò)物理模型物理仿真數(shù)據(jù)作對(duì)比研究,發(fā)現(xiàn)臨床顱腦EIT對(duì)人腦進(jìn)行監(jiān)護(hù)過(guò)程應(yīng)用過(guò)程中的數(shù)據(jù)差異。隨后針對(duì)臨床顱腦EIT測(cè)量過(guò)程中存在的影響原始電壓信號(hào)質(zhì)量的干擾誤差因素,從原始電壓信號(hào)到解調(diào)信號(hào)之間的數(shù)據(jù)變換角度、實(shí)際測(cè)量過(guò)程中存在的干擾情況角度對(duì)臨床數(shù)據(jù)進(jìn)行量化分析。分析了臨床顱腦EIT監(jiān)護(hù)、測(cè)量過(guò)程中電極系統(tǒng)受壓力變化和電極脫落情況對(duì)原始電壓信號(hào)的影響程度并作相關(guān)的臨床實(shí)驗(yàn)研究。最后,針對(duì)臨床顱腦EIT應(yīng)用中由于測(cè)量電極與皮膚之間的測(cè)量狀態(tài)發(fā)生改變引發(fā)電極極化干擾,導(dǎo)致原始測(cè)量的交流電壓信號(hào)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(jìn)行干擾預(yù)處理方法研究,提出了線性噪聲模型,設(shè)計(jì)了具有正則項(xiàng)的目標(biāo)函數(shù),并利用梯度下降法進(jìn)行數(shù)據(jù)平滑優(yōu)化處理,并進(jìn)行了仿真和臨床實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果表明,通過(guò)對(duì)原始電壓信號(hào)的時(shí)頻域分析,可以得到原始電壓信號(hào)中存在低頻干擾,通過(guò)分析臨床顱腦EIT監(jiān)護(hù)過(guò)程中常見(jiàn)干擾因素,得到在原始電壓信號(hào)中電極脫落干擾表現(xiàn)為原始信號(hào)的尖峰干擾,電極受壓力作用表現(xiàn)為原始信號(hào)中的幅值階躍變化,對(duì)電極極化干擾現(xiàn)象進(jìn)行原始電壓信號(hào)預(yù)處理,可以利用偏置斜率值評(píng)估數(shù)據(jù)質(zhì)量,輔助臨床數(shù)據(jù)的分析工作。
【學(xué)位單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)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(hào)分析理論基礎(chǔ)2.1.2 EIT 技術(shù)的基本原理在進(jìn)行臨床顱腦 EIT 監(jiān)護(hù)時(shí)，數(shù)據(jù)采集前需要將顱腦 EIT 系統(tǒng)的 16 個(gè)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(guò) 16 個(gè)電極在目標(biāo)表面施加安全范圍內(nèi)的交流激勵(lì)電流信號(hào)，采用對(duì)向激勵(lì)同向測(cè)量模式同時(shí)目標(biāo)組織表面的電壓信號(hào)，用測(cè)量得到的邊界交流電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)字信號(hào)處理的和解調(diào)技術(shù)得到的一維單幀 192 個(gè)有效測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)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(jìn)行人體組織測(cè)量時(shí)，由于人體是個(gè)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(yàn)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(lì)信在組織表面測(cè)得體表信號(hào)，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后，得到顱腦 EIT 的阻抗特性的相應(yīng)EIT 技術(shù)正是用這一基本原理，通過(guò)邊界測(cè)量目標(biāo)木質(zhì)區(qū)域外邊界的電壓信號(hào)變計(jì)目標(biāo)導(dǎo)體內(nèi)部的電阻率變化情況。

對(duì)臨床數(shù)據(jù)進(jìn)行 EMD 分解后得到的多個(gè) IMF 分量中的 IMF3 進(jìn)析，得到瞬時(shí)頻率，如圖 3.16 所示，這使得時(shí)間序列尺度上的瞬時(shí)的物理意義從圖中的 IMF3 瞬時(shí)頻率結(jié)果來(lái)看信號(hào)隨著時(shí)間序列信號(hào)波動(dòng)性。圖 3.17 展示的是對(duì) EMD 處理的結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)顯著性檢驗(yàn)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(gè)圖是對(duì)應(yīng)信號(hào)和 IMF3 分量信號(hào)的瞬時(shí)頻率。

時(shí)通過(guò)前端的電極系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行，在，即使是麻醉狀態(tài)，患者仍會(huì)有不行醫(yī)護(hù)操作，這些外加的動(dòng)作會(huì)在過(guò)程中引入體動(dòng)干擾，通過(guò)分析，的邊界測(cè)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(chǎng)景中，電極涂抹導(dǎo)電電子經(jīng)過(guò)一系列的電化學(xué)變化轉(zhuǎn)換礙作用被稱之為接觸阻抗。在實(shí)，因此對(duì)電極特性的建模需要利用。所以，電極-頭皮接觸層的電傳勵(lì)頻率，容性成分對(duì)應(yīng)的容抗是固觸阻抗可以認(rèn)為是固定不變的。

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本文編號(hào)：2826994