三维电极传感器、检测系统及方法、基于块稀疏贝叶斯学习数据处理方法技术方案

本发明专利技术提出了一种三维电极传感器、检测系统及方法、基于块稀疏贝叶斯学习数据处理方法，属于医学成像技术领域，包括：顶层板体、中间层板体、信号电极组件；所述信号电极组件包含有若干个信号电极；所述信号电极包括：球头圆柱电极、圆形垫片、压缩回位弹簧、螺母和螺栓；所述螺栓的直径较所述球头圆柱电极底端的直径小，所述球头圆柱电极固定在所述螺栓的顶端。采用本发明专利技术所提出的一种三维电极传感器、检测系统及方法、基于块稀疏贝叶斯学习数据处理方法，能够克服外科手术中无法有效佩带电极带的情况，不需要额外的先验信息，自适应探索和利用信号内部潜在结构信息，避免了耗时的调参过程，快速实现三维肺部图像重建。快速实现三维肺部图像重建。快速实现三维肺部图像重建。

【技术实现步骤摘要】
三维电极传感器、检测系统及方法、基于块稀疏贝叶斯学习数据处理方法


[0001]本专利技术属于医疗器械这一
，具体涉及三维电极传感器、检测系统及方法、基于块稀疏贝叶斯学习数据处理方法。

技术介绍

[0002]电阻抗层析成像(Electrical Impedance Tomography,EIT)通过在体表电极处施加的电流激励和电压测量值来重建体内电导率分布的二维或三维图像(例如：CN109493395A、CN103018284A、CN113435076A等文献记载的方案)。然而，由于EIT技术的“软场”特性，EIT重建问题是一个高度非线性且欠定的逆问题，常受到各种建模误差造成的系统伪影的影响，使得空间分辨率比较低。
[0003]目前，3D重建很少用于胸部EIT。大多数用于胸部成像的临床和实验性EIT研究都只使用了单个电极平面，仅仅计算了电极平面所在的二维横向图像。不幸的是，单个电极平面有很多限制，重建图像可能会产生误导。首先，由于电流以扩散方式传播，EIT只对电极平面所在的区域变化敏感，无法从单个平面测量中获得垂直信息；其次，如在肺通气或肺灌注中，被测患者的肺部非常不均匀，2D重建无法很好地表征电导率分布的空间变化。此外，如在外科手术中被测患者往往无法有效佩带一根或多根电极绷带，从而无法进行EIT图像重建。
[0004]近年来，胸部EIT成像方法常通过添加一些额外的先验信息作为正则化约束来稳定重建过程并改善空间分辨率。然而，这些方法的准确性和可靠性很大部分是依靠这些额外的先验信息，如检测目标内阻抗变化区域的形状和位置信息等。并且，这些额外的正则化参数都需要进行调参，会使得其在实际应用中存在很多困难。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，提供一种三维电极传感器、检测系统及方法、基于块稀疏贝叶斯学习数据处理方法。
[0006]一种三维电极传感器，其包括：顶层板体、中间层板体、信号电极组件；
[0007]所述信号电极组件包含有若干个信号电极；
[0008]所述信号电极、所述顶层板体、所述中间层板体的连接关系在于：
[0009]所述信号电极包括：球头圆柱电极、圆形垫片、压缩回位弹簧、螺母和螺栓；所述螺栓的直径较所述球头圆柱电极底端的直径小，所述球头圆柱电极固定在所述螺栓的顶端；所述球头圆柱电极的下端还固定连接有所述圆形垫片，所述圆形垫片中间的通孔大于所述螺栓的直径；
[0010]所述顶层板体、所述中间层板体平行布置且两者均设置有与所述信号电极对应的孔，所述顶层板体在所述中间层板体的顶部；所述球头圆柱电极能够在所述顶层板体设置的孔中移动，所述螺栓穿过所述中间层板体设置的孔；对应的，所述顶层板体设置的孔的大
小大于所述中间层板体设置的孔的大小；
[0011]所述螺母设置在所述螺栓上；
[0012]所述压缩回位弹簧穿设在所述螺栓上；
[0013]所述压缩回位弹簧的顶端与所述圆形垫片的下表面连接，所述圆形垫片与所述压缩回位弹簧共同设置在所述顶层板体与所述中间层板体之间；
[0014]所述圆形垫片设置在所述顶层板体的下方；
[0015]所述螺母设置在所述中间层板体的下方。
[0016]进一步，所述螺栓的底端有螺帽，所述螺帽的外直径大于六角螺母的外直径；所述螺母设置在所述螺帽的上方。
[0017]进一步，安装完成后，所述顶层板体、所述中间层板体之间的距离会使得压缩回位弹簧处于压缩状态，且满足：
[0018]球头圆柱电极
‑
外六角螺栓
‑
六角螺母
‑
圆形垫片的总重量为Q；压缩回位弹簧的弹性系数为K，在未受力时，其长度为L；顶层板体、中间层板体之间的相对面的距离为x，满足下式：
[0019][0020]进一步，还包括：底层板体、周向板体；
[0021]所述底层板体与所述中间层板体、所述顶层板体平行布置，所述周向板体与所述底层板体、所述顶层板体均保持垂直状态；
[0022]所述底层板体、所述顶层板体、所述4个周向板体围绕形成一个盒状结构，所述中间板体位于所述盒装结构的内部；底层板体、周向板体主要就是将传感器包裹起来，形成一个外壳整体。
[0023]所述周向板体的朝向盒体结构内部的侧向设置有直角固定支架，所述直角固定支架通过第一螺栓固定在所述周向板体上；周向板体是通过直角固定支架、螺栓
‑
螺母组件与中间层板体进行连接。
[0024]进一步，所述周向板体的侧向设置有通讯接口，其穿透所述周向板体的侧向。
[0025]一种检测系统，包括：三维电极传感器、电阻抗检测设备；
[0026]所述三维电极传感器与所述电阻抗检测设备电性连接，所述三维电极传感器中的所述信号电极组件包含有E个信号电极；
[0027]所述电阻抗检测设备用于向三维电极传感器输出电阻抗成像所需要的激励信号以及收集测量所得到的电压信号，即利用三维电极传感器来进行电流激励和完成电压测量；
[0028]所述电阻抗检测设备包括：信号发生与采集模块、选通开关控制模块、存储模块、数据处理模块；
[0029]其中，所述信号发生与采集模块用于生成恒定幅值的交流正弦电流信号对各不同信号电极和参比电极之间进行电流激励，同时采集各不同信号电极和参比电极之间的响应电压信号；
[0030]其中，所述选通开关控制模块用于控制选通开关，对各不同电极进行激励与采集；
[0031]其中，所述存储模块用于存储三维电极传感器测量的电压信号，即进行三维电阻
抗检测时采集到的两种不同呼吸时刻下(t1，t2)的边界电压数据矩阵(V2,V1)；
[0032]t1为呼气末状态，t2为吸气末状态；
[0033]V1表示t1时刻下边界电压数据矩阵，其有E
×
(E
‑
1)个数据；
[0034]V2表示t2时刻下边界电压数据矩阵，其有E
×
(E
‑
1)个数据；
[0035]其中，所述数据处理模块用于对两种不同呼吸状态下，即不同呼吸时刻下(t1，t2)的电压信号做差分处理得到的边界电压差值矩阵V：V＝V2‑
V1，然后基于边界电压差值矩阵V得到电导率分布。
[0036]一种检测系统的运行方法是：
[0037]S100，电压信号的采集
[0038]呼吸时刻下t1，通过激励电流信号
‑
测量电压信号，获取呼吸时刻下t1下的边界电压数据矩阵V1[0039]首先，激励电流信号：系统所设置的交流正弦电流信号先从1号信号电极注入(进)，再从0号参比电极流出(出)，形成一个电流进出回路；
[0040]然后，测量电压信号：依次测量2号、3号、
……
、E号信号电极与0号参比电极之间E
‑
1个边界电压信号的幅值。
[0041]这是一个循环，之后更本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三维电极传感器，其特征在于，包括：顶层板体、中间层板体、信号电极组件；所述信号电极组件包含有若干个信号电极；所述信号电极包括：球头圆柱电极、圆形垫片、压缩回位弹簧、螺母和螺栓；所述螺栓的直径较所述球头圆柱电极底端的直径小，所述球头圆柱电极固定在所述螺栓的顶端；所述球头圆柱电极的下端还固定连接有所述圆形垫片，所述圆形垫片中间的通孔大于所述螺栓的直径；所述顶层板体、所述中间层板体平行布置且两者均设置有与所述信号电极对应的孔，所述顶层板体在所述中间层板体的顶部；所述球头圆柱电极能够在所述顶层板体设置的孔中移动，所述螺栓穿过所述中间层板体设置的孔；对应的，所述顶层板体设置的孔的大小大于所述中间层板体设置的孔的大小；所述螺母设置在所述螺栓上；所述压缩回位弹簧穿设在所述螺栓上；所述压缩回位弹簧的顶端与所述圆形垫片的下表面连接，所述圆形垫片与所述压缩回位弹簧共同设置在所述顶层板体与所述中间层板体之间；所述圆形垫片设置在所述顶层板体的下方；所述螺母设置在所述中间层板体的下方。2.根据权利要求1所述的一种三维电极传感器，其特征在于，所述螺栓的底端有螺帽，所述螺帽的外直径大于六角螺母的外直径；所述螺母设置在所述螺帽的上方。3.根据权利要求1所述的一种三维电极传感器，其特征在于，安装完成后，所述顶层板体、所述中间层板体之间的距离会使得压缩回位弹簧处于压缩状态，且满足：球头圆柱电极
‑
外六角螺栓
‑
六角螺母
‑
圆形垫片的总重量为Q；压缩回位弹簧的弹性系数为K，在未受力时，其长度为L；顶层板体、中间层板体之间的相对面的距离为x，满足下式：4.根据权利要求1所述的一种三维电极传感器，其特征在于，还包括：底层板体、周向板体；所述底层板体与所述中间层板体、所述顶层板体平行布置，所述周向板体与所述底层板体、所述顶层板体均保持垂直状态；所述底层板体、所述顶层板体、所述4个周向板体围绕形成一个盒状结构，所述中间板体位于所述盒装结构的内部；底层板体、周向板体主要就是将传感器包裹起来，形成一个外壳整体；所述周向板体的朝向盒体结构内部的侧向设置有直角固定支架，所述直角固定支架通过第一螺栓固定在所述周向板体上；周向板体是通过直角固定支架、螺栓
‑
螺母组件与中间层板体进行连接。5.根据权利要求4所述的一种三维电极传感器，其特征在于，所述周向板体的侧向设置有通讯接口，其穿透所述周向板体的侧向。6.一种基于块稀疏贝叶斯学习的数据处理方法，其特征在于，包括如下步骤：S100，输入数据：边界电压差值矩阵V、三维敏感矩阵Φ；S200,初始化参数，S200包括子步骤S201～S203；S201,设定以下参数:设定块矩阵调节系数g；
设定d
i
，其表示第i块电导率信号的大小，i＝1,2,3
…
g；初始化参数γ
i
＝1,i＝1,2,3
…
g；初始化参数设定循环结束条件参数η；S202，初始化观测噪声的相关性超参数β
‑1；S203，初始化参数矩阵Φ
i
、s
i
、q
i
，i＝1,
…
,g，S203包括子步骤S2031～S2032；S2031,三维敏感矩阵Φ分为g个块矩阵，Φ＝[Φ1,
…
,Φ
g
]，i＝1,
…
,g；S2032，初始化s
i
、q
i
，i＝1,
…
,g：首先，初始化块内相关矩阵B
i
＝I，i＝1,
…
,g；然后，初始化s
i
、q
i
：其中，I是单位对角矩阵，对角元素是1；是Φ
i
的转置矩阵；是C
‑
i
的逆...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚佳烽，吴阳，代君，陈柏，刘凯，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：