二维静态类胸腔网格体模的构建方法、装置、终端及介质制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种二维静态类胸腔网格体模的构建方法，包括：获取健康人体胸腔CT扫描图，利用有限元方法构建有限元模型；利用矩阵方法，求解有限元模型的电阻分布，生成原始网格体模；减少原始类胸腔网格体模的电阻数量，生成类胸腔网格体模；对类胸腔网格体模进行电极分布优化，得到最终的二维静态类胸腔网格体模。同时提供了一种相应的二维静态类胸腔网格体模装置、终端及介质。本发明专利技术实现了一种接近胸腔形状的二维静态网格体模，相比传统的圆形规则网格体模，具有更模拟人体胸腔电学性能的特点，利用印刷电路板实现，在电学器件分布和规模上都进行了迭代优化，提供更加可靠的测试数据，得到质量很高的重构图像。得到质量很高的重构图像。得到质量很高的重构图像。

【技术实现步骤摘要】
二维静态类胸腔网格体模的构建方法、装置、终端及介质


[0001]本专利技术涉及电阻抗断层成像
，具体地，涉及一种二维静态类胸腔网格体模的构建方法、装置、终端及介质。

技术介绍

[0002]医疗影像通过直观展现人体内部器官组织的结构形态作为疾病诊断的重要手段。传统医学成像技术主要分为以下四类：X射线成像(X—CT)、核磁共振成像(MRI)、核医学成像(NMI)和超声波成像(UI)。医疗需求不断扩大，临床常常需要对人体的器官功能进行长期的监测，而现有的监测工具，如CT扫描，不能实现长期监测的功能，而且含有辐射，价格也非常昂贵。生物电阻抗断层成像(Electrical impedanceTomography，EIT)技术，一种新型的医疗成像技术，它利用生物组织的电学性能，即人体的组织具有不同的电阻抗这一特征，复现人体的电导率分布，通过在人体表面注入安全范围内的激励电流并测量电势得到成像依据。它具有非植入性、无辐射、成本低廉的优势，可以对人体实现长期连续的监测。
[0003]目前的EIT技术受到电路和算法等方面限制，得到的图像分辨率很低而且准确度和实时性都很差，想要突破限制因素不断演进，需要用到大量测试数据。人体实时和多样化数据在实验中通常不便于获取，经常需要用人体模型(Phantom)作为代替来模拟人体胸腔的电阻抗分布和变化，为EIT设备提供样本数据，测试EIT系统的性能，评估成像的质量和缺陷，以便EIT技术在成像算法和设备方面不断演进。但是关于EIT的人体模型测试平台，目前还未形成相对规范的行业标准。/>[0004]人体模型主要分为两种，一种是物理体模，通过溶液模拟人体组织的电导率环境，这种模型受实验环境的影响非常大，且精确度较低，另一种是网格体模(Mesh Phantom)，可以通过电阻抗元件在印刷电路板(PCB，Print Circuit Board)上的排布来实现，电阻抗元件相对溶液稳定性、精确性更好，而且便捷易用。目前已实现的网格体模大多是规则形状例如圆形形状，但是这种规则形状的体模不能模拟真实的人体胸腔形状和环境，提供的样本数据缺乏一定的可靠性。
[0005]目前没有发现同本专利技术类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。

技术实现思路

[0006]本专利技术针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种二维静态类胸腔网格体模的构建方法、装置、终端及介质。
[0007]根据本专利技术的一个方面，提供了一种二维静态类胸腔网格体模的构建方法，包括：
[0008]获取健康人体胸腔CT扫描图，利用有限元方法构建有限元模型；
[0009]利用矩阵方法，求解所述有限元模型的电阻分布，生成原始网格体模；
[0010]减少所述原始类胸腔网格体模的电阻数量，生成类胸腔网格体模；
[0011]对所述类胸腔网格体模进行电极分布优化，得到最终的二维静态类胸腔网格体
模。
[0012]优选地，所述获取健康人体胸腔CT扫描图，利用有限元方法构建有限元模型，包括：
[0013]获取所述健康人体胸腔CT扫描图中的胸腔和肺部轮廓图，并使用圆形作为简化的心脏轮廓图，得到胸腔图；
[0014]利用有限元方法，将得到的所述胸腔图离散成有限个三角形元素的网格，并利用元素节点将离散的所述三角形元素相互连接，得到有限元模型。
[0015]优选地，所述元素节点根据实际要求确定其设置、性质以及数目。
[0016]优选地，所述利用矩阵方法，求解所述有限元模型的电阻分布，生成原始网格体模，包括：
[0017]获得所述有限元模型中各元素节点的坐标，并利用矩阵方法计算每一个所述三角形元素的每一条边对应位置的导纳，得到所述有限元模型的电阻分布，生成原始网格体模。
[0018]优选地，所述获得所述有限元模型中各元素节点的坐标，并利用矩阵方法计算每一个三角形元素的导纳，包括：
[0019][0020]其中，G
12
、G
13
、G
23
分别为单个三角形元素三条边上的导纳，Δ＝x1y2‑
x1y3‑ꢀ
x2y1+x2y3+x3y1‑
x3y2，σ
e
为人体胸腔组织电导率，x1、y1、x2、y2、x3、y3分别为单个三角形元素三个顶点的坐标；
[0021]将相邻元素的导纳进行并联，得到全局导纳矩阵；
[0022]根据所述全局导纳矩阵，提取出全局的电阻分布，生成原始网格体模。
[0023]优选地，所述减少所述原始类胸腔网格体模的电阻数量，包括如下任意一种或任意多种方法：
[0024]‑
元素合并；
[0025]‑
轮廓平滑。
[0026]优选地，所述元素合并，包括：
[0027]遍历所述原始类胸腔网格体模轮廓上的所有元素节点，如果三个相邻元素节点之间的角度小于设定的角度，则将这三个元素节点合并为一个元素节点；
[0028]对于不在轮廓上元素节点，将每一个三角形元素的三个系欸但合并为一个节点；
[0029]迭代上述合并的步骤，减少所述原始类胸腔网格体模的电阻数量。
[0030]优选地，所述轮廓平滑，包括：
[0031]遍历所述原始类胸腔网格体模轮廓上的所有元素节点，当相邻两个元素节点之间的距离小于设定距离阈值时，消除这两个元素节点，对所述轮廓进行平滑处理，减少所述原始类胸腔网格体模的电阻数量。
[0032]优选地，所述对所述类胸腔网格体模进行电极分布优化，包括如下任意一种或任意多种方法：
[0033]将电极集中分布在所述类胸腔网格体模的左侧；
[0034]将电极集中分布在所述类胸腔网格体模的底部；
[0035]将电极集中分布在所述类胸腔网格体模的顶部；
[0036]将电极延所述类胸腔网格体模轮廓均匀分布。
[0037]优选地，所述方法，还包括：
[0038]利用所述二维静态类胸腔网格体模进行电阻抗断层成像测试，并对得到的测试结果进行图像质量评估。
[0039]优选地，所述利用所述二维静态类胸腔网格体模进行电阻抗断层成像测试，并对得到的测试结果进行图像质量评估，包括：
[0040]利用仿真电路模拟器模拟电阻抗断层成像设备对所述二维静态类胸腔网格体模测试，得到测试数据；
[0041]利用电阻抗层析成像和漫射光学层析成像重建方法，基于测试数据重建所述二维静态类胸腔网格体模电导率分布图像；
[0042]利用所述电导率分布图像相关系数评估成像的精度质量。
[0043]根据本专利技术的另一个方面，提供了一种二维静态类胸腔网格体模装置，包括：印刷电路板以及布置于所述印刷电路板上的电阻和电极；其中：
[0044]电阻和电极在印刷电路板上的分布采用权利要求1
‑
9中任一项所述的构建方法获得。
[0045]根据本专利技术的第三个方面，提供了一种终端，包括存储器、处理器及存储在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二维静态类胸腔网格体模的构建方法，其特征在于，包括：获取健康人体胸腔CT扫描图，利用有限元方法构建有限元模型；利用矩阵方法，求解所述有限元模型的电阻分布，生成原始网格体模；减少所述原始类胸腔网格体模的电阻数量，生成类胸腔网格体模；对所述类胸腔网格体模进行电极分布优化，得到最终的二维静态类胸腔网格体模。2.根据权利要求1所述的二维静态类胸腔网格体模的构建方法，其特征在于，所述获取健康人体胸腔CT扫描图，利用有限元方法构建有限元模型，包括：获取所述健康人体胸腔CT扫描图中的胸腔和肺部轮廓图，并使用圆形作为简化的心脏轮廓图，得到胸腔图；利用有限元方法，将得到的所述胸腔图离散成有限个三角形元素的网格，并利用元素节点将离散的所述三角形元素相互连接，得到有限元模型。3.根据权利要求2所述的二维静态类胸腔网格体模的构建方法，其特征在于，所述利用矩阵方法，求解所述有限元模型的电阻分布，生成原始网格体模，包括：获得所述有限元模型中各元素节点的坐标，并利用矩阵方法计算每一个所述三角形元素的每一条边对应位置的导纳，得到所述有限元模型的电阻分布，生成原始网格体模。4.根据权利要求3所述的二维静态类胸腔网格体模的构建方法，其特征在于，所述获得所述有限元模型中各元素节点的坐标，并利用矩阵方法计算每一个三角形元素的导纳，包括：其中，G
12
、G
13
、G
23
分别为单个三角形元素三条边上的导纳，Δ＝x1y2‑
x1y3‑
x2y1+x2y3+x3y1‑
x3y2，σ
e
为人体胸腔组织电导率，x1、y1、x2、y2、x3、y3分别为单个三角形元素三个顶点的坐标；将相邻元素的导纳进行并联，得到全局导纳矩阵；根据所述全局导纳矩阵，提取出全局的电阻分布，生成原始网格体模。5.根据权利要求1所述的二维静态类胸腔网格体模的构建方法，其特征在于，所述减少所述原始类胸腔网格体模的电阻数量，包括如下任意一种或任意多种方法：
‑
元素合并；
‑
轮廓平滑；其中：所述元素合并，包括：遍历所述原始类胸腔网格体模轮廓上的所有元素节点，如果三个相邻...

【专利技术属性】
技术研发人员：李永福，吴燕，黄家杰，王国兴，连勇，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：