专利名称：一种用于电阻抗映射成像的感兴趣目标体立体定位方法
技术领域：
本发明涉及一种电阻抗成像目标体立体定位方法，特别是涉及一种电阻抗映射成像中的感兴趣目标体立体定位方法。
背景技术：
电阻抗映射成像检测通常用于获取被测区域的二维灰度映射图像，采用的检测电极是平板阵列式电极(包含多个微电极单元)，检测电极阵列提取被测区域的体表电流信号，通过分析各单元之间的电流差异获得反映被测区域下目标体电阻抗 分布的二维灰度映射图像。如果电极阵列中某几个检测电极单元下存在异常阻抗扰动区域(称之为感兴趣目标体)，则这些检测电极单元相比周围其他电极电极单元会获取较大的电流信号，反映在二维映射灰度图中呈现“亮团”特征。二维映射灰度图中的“亮团”可以反映感兴趣目标体的平面相对位置，但并不能反映深度信息，因此无法相对准确地对感兴趣目标体进行定位。目前国内外电阻抗映射成像的研究中，仅限于利用二维灰度映射图像判别感兴趣目标体的平面相对位置，因对检测信息尚未进行充分挖掘，无法对感兴趣目标体进行立体定位。
发明内容
当前电阻抗映射成像进行图像判别时，无法直接从成像所得的二维灰度映射图像直接估测感兴趣目标体深度，因此也无法相对准确地对被测区域内感兴趣目标体进行立体定位，针对此缺陷或不足，本发明的目的在于，提出一种电阻抗映射成像对感兴趣目标体的立体定位方法，该方法在分析二维灰度映射图像特征的基础上，通过深入挖掘检测信息，可对感兴趣目标体的深度进行测算，提高了对感兴趣目标体准确定位的精度。为了实现上述任务，本发明采用如下的技术解决方案一种用于电阻抗映射成像的感兴趣目标体立体定位估测方法，其特征在于，包括以下步骤I)基于电磁场计算模型计算分析，建立感兴趣目标体深度近似求解公式；2)在电阻抗映射成像实际测量中，根据灰度图像确定感兴趣目标的二维空间位置；3)建立电阻抗映射成像实际测量数值与感兴趣目标体深度近似求解公式中参数的对应关系；4)将感兴趣目标体的空间二维信息与目标体的深度信息结合，获得感兴趣目标体的空间立体定位参数。所述的基于电磁场计算模型计算建立感兴趣目标体深度近似求解公式，求解过程是:I)在电磁场模型计算时，设定感兴趣目标体引起的电场扰动感兴趣区域主要分布在检测电极面下的半球形区域内，同时假设扰动感兴趣目标体近似为球体。2)在电磁场模型计算时，分别在检测区域中包含感兴趣目标体和不包含感兴趣目标体这两种条件下,求解检测电极表面的电流密度表达式；3)利用检测电极平面的电流信息及相应电极单元的位置信息表示感兴趣目标区域的深度，得到感兴趣目标体的深度求解公式。所述的感兴趣目标体深度近似求解公式中的关键参数包括Uxc^ytl), i°(x0, y0), i(&汕)，1°(&，13)，其中10^7(|)是感兴趣目标体在检测电极面上投影区中心位置的测量值其电极坐标为( ,%), i°(x0, Y0)是感兴趣目标体不存在时对应于电极坐标( ,%)处的测量值，i(a，b)感兴趣目标体在检测电极面上投影区中心位置外任意坐标(a，b)处的测量值，i°(a, b)是感兴趣目标体不存在时对应于电极坐标(a，b)处的测量值。所述的建立电阻抗映射成像实际测量数值与感兴趣目标体深度近似求解公式中参数的对应关系，其步骤是I)首先根据电阻抗映射成像二维灰度图确定感兴趣目标体在检测电极平面的投影区域范围；·2)求解感兴趣目标体在检测电极平面投影区域以外的所有测量值的平均值I_n ；3)确定感兴趣目标体所对应的最大测量值Imax，及该最大测量值所对应的电极单元坐标(x_，Ymax)；4)确定感兴趣目标体在检测电极平面投影区域内实测数据曲线的半峰值Ihalf,即Ihalf=l/2 (Imax-Inrean)，并进一步寻找接近Ihalf值的实测数据所对应检测电极单元的坐标(Xhalf，Yhalf);5)建立实际测量数值与深度近似求解公式中各参数的对应关系。所述的建立实际测量数值与深度近似求解公式中各参数的对应关系是，将实际测量数值带入深度近似求解公式计算时，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本发明充分挖掘了电阻抗映射成像的检测信息，所实现的电阻抗映射成像中的感兴趣目标体立体定位方法，可以在获得感兴趣目标体二维灰度成像结果的同时，利用检测电极实测数据估测感兴趣目标距离检测电极面的深度，为电阻抗映射成像检测提供了一种精确定位感兴趣感兴趣目标体的方法，在实际应用中具有重要意义。
图I是电阻抗映射检测等效示意图。图2是电阻抗映射检测感兴趣目标深度求解模型示意图。图3是电阻抗映射成像二维灰度映射图关键信息点坐标示意图。图4是电阻抗映射成像二维灰度映射图与一维测量曲线的对应关系图。图5是电阻抗映射成像测量数据的三维分布图。图6是电阻抗映射成像物理模型。图7是电阻抗映射成像物理模型中进行感兴趣目标检测实验图。图8是目标体在物理模型的成像结果。图9是采用深度估测结果与实际深度的对比图。以下结合附图和发明人给出的实施例对本发明作进一步的详细说明。
具体实施例方式为进一步说明本发明的特点及优势特性，本实施例给出一种组织电阻抗映射成像检测时异常阻抗感兴趣目标体(病变包块)的立体估测方案。图I是生物电阻抗映射检测等效示意图，正常组织相比病变组织的电阻抗特性具有显著差异，可以近似认为检测区域内正常组织均匀分布，如果存在病变包块则会引起局部的电阻抗扰动，称之为感兴趣目标体，并假设感兴趣目标为近似球体。以下为具体求解步骤步骤I :根据电阻抗映射成像的检测条件，建立麦克斯韦方程组对检测区域内部及其表面的电磁场进行描述，并根据模型的等效近似，设置方程组的约束条件。设检测区域三维空间为Ω，测量电极平面为Γ，激励电极表面为γ，σ + ω ε为 组织的复电导率，则位于三维空间Ω内的任意一点r=(X，y，z)满足下列边界方程组
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)由于检测电极平面r对感兴趣目标体产生的扰动电流的敏感检测区主要集中在检测平面Γ下方的区域中，进一步我们将电场分析的感兴趣区域定义为如图I、图2所示的半球形区域内。设检测电极平面Γ的边长为2L，则半球形区域的半径为L。如图2所示，方程组求解的约束条件设置如下rL = Ux, y,0) ^x2 + y2 < L}
* ，Ql ；= {(x，y，z):z< 0，^x2 +y2 +z2 < L}将复电导率定义为正常组织=T1=OficOe1 re Ω L\D病变组织τ2=σ2+ ωε2r e D步骤2 :在检测区域中包含感兴趣目标体和不包含感兴趣目标体这两种条件下，根据麦克斯韦方程组分别求两种条件下检测电极处的电流密度表达式。( I)感兴趣目标体存在时检测电极板处的电流密度求解
av- avext在病变区域D的表面，电势V满足T2并且有Vint = Vext，其中Vint
O VU V ,
和Txt分别定义为D区域表面内外两侧的电势。则图2中的各处电压满足下列方程
权利要求
1.一种用于电阻抗映射成像的感兴趣目标体立体定位估测方法，其特征在于，包括以下步骤 1)基于电磁场计算模型计算分析，建立感兴趣目标体深度近似求解公式； 2)在电阻抗映射成像实际测量中，根据灰度图像确定感兴趣目标体的二维空间位置； 3)建立电阻抗映射成像实际测量数值与感兴趣目标体深度近似求解公式中参数的对应关系； 4)将感兴趣目标体的空间二维信息与目标体的深度信息结合，获得感兴趣目标体的空间立体定位参数。
2.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述的基于电磁场计算模型建立感兴趣目标体深度近似求解公式，求解过程是 1)在电磁场1吴型计算时，设定感兴趣目标体引起的电场扰动感兴趣区域王要分布在检测电极面下的半球形区域内，同时假设扰动感兴趣目标体近似为球体。
2)在电磁场模型计算时，分别在检测区域中包含感兴趣目标体和不包含感兴趣目标体这两种条件下，求解检测电极表面的电流密度表达式； 3)利用检测电极平面的电流信息及相应电极单元的位置信息表示感兴趣目标区域的深度，得到感兴趣目标体的深度求解公式。
3.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述的感兴趣目标体深度近似求解公式中的关键参数包括Uxc^ytl), I0 (x0, y0), i (a, b), i°(a，b),其中Uxc^ytl)是感兴趣目标体在检测电极面上投影区中心位置的测量值其电极坐标为(Xo，y0)a0(x0, y0)是感兴趣目标体不存在时对应于电极坐标(Χ(ι，7ο)处的测量值，i(a，b)感兴趣目标体在检测电极面上投影区中心位置外任意坐标(a，b)处的测量值，i°(a，b)是感兴趣目标体不存在时对应于电极坐标(a，b)处的测量值。
4.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述的建立电阻抗映射成像实际测量数值与感兴趣目标体深度近似求解公式中参数的对应关系，其步骤如下 1)首先根据电阻抗映射成像二维灰度图确定感兴趣目标体在检测电极平面的投影区域范围； 2)求解感兴趣目标体在检测电极平面投影区域以外的所有测量值的平均值Inrean； 3)确定感兴趣目标体所对应的最大测量值Imax，及该最大测量值所对应的电极单元坐 (Xmax，Ymax); 4)确定感兴趣目标体在检测电极平面投影区域内实测数据曲线的半峰值Ihalf,即Ihalf = 1/2 (Imax-Inrean)，并进一步寻找接近Ihalf值的实测数据所对应检测电极单元的坐标(Xhalf，Yhalf); 5)建立实际测量数值与深度近似求解公式中各参数的对应关系。
5.如权利要求3或4所述方法，其特征在于，所述的建立实际测量数值与深度近似求解公式中各参数的对应关系是将实际测量数值带入深度近似求解公式计算时，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
本发明公开了一种用于电阻抗映射成像的感兴趣目标体立体定位方法，该方法在实施时首先基于电磁场计算模型计算分析，建立感兴趣目标体深度近似求解公式；其次在电阻抗映射成像实际测量中，根据灰度图像确定感兴趣目标体的二维空间位置；在此基础上进一步建立利用电阻抗映射检测成像实测数据等效表征深度求解公式中计算参数的方法，并最终求解获得感兴趣目标体的立体定位信息。本发明的特点是在分析二维灰度图像特征的基础上，通过深入挖掘检测信息，可对感兴趣目标体的深度进行测算，实现了对感兴趣目标体的立体定位。
文档编号A61B5/05GK102894977SQ20121042853
公开日2013年1月30日 申请日期2012年10月30日 优先权日2012年10月30日
发明者季振宇, 董秀珍, 史学涛, 尤富生, 付峰, 刘锐岗, 王威, 王楠, 马航 申请人:中国人民解放军第四军医大学