一种基于生物电阻抗的脑部颅骨厚度测量方法技术

本发明专利技术公开了一种基于生物电阻抗的脑部颅骨厚度测量方法，包括：通过有限元法对目标区域进行剖分，建立有限元模型。使用脑部电阻抗成像检测平台，采用四电极法获取颅骨表面电压信号。通过求解电压逆问题，得到三角单元各节点的电导率分布。将电导率分布输入有限元模型，通过求解正问题，计算出有限元模型中电阻率变化最大的节点和该节点对应的边界电压节点的距离，即可以得到一组信号对应位置的颅骨宽度。使用十六电极循环激励，分别测量节点电压并求得对应节点电压颅骨厚度，最终将所有节点电压颅骨厚度组成平面即可得到颅骨的整体厚度。本发明专利技术设计了一种脑部颅骨厚度测量方法，基于生物电阻抗的思路，提供了一种准确的脑颅骨厚度的计算方法。脑颅骨厚度的计算方法。脑颅骨厚度的计算方法。

【技术实现步骤摘要】
一种基于生物电阻抗的脑部颅骨厚度测量方法


[0001]本专利技术涉及生物医学工程中EIT成像领域，具体涉及脑部成像高电阻率颅骨厚度对脑内组织激励信号影响程度研究。

技术介绍

[0002]脑成像是EIT研究中的难点问题，因而在此方面的研究具有重要意义。造成脑EIT成像困难的主要原因在于：常规EIT的研究对象是电阻率分布相对均匀的目标而脑部电阻率分布却是极不均匀的。
[0003]在进行脑电阻抗层析成像(EIT)时，我们需要考虑颅骨组织对成像的影响。颅骨组织具有极高的电阻率，因此它们会极大地阻碍电流通过，导致最终流入脑组织中的电流密度远小于在其他部位成像时的电流密度。此外，颅骨下的脑脊液具有极低的电阻率，使电流可以在其周围分流，也会进一步降低脑组织中的电流密度。因此，脑EIT成像的边界电压随内部电阻率扰动的变化程度，也会比其他部位小得多。我们需要考虑这些因素，以制定出最优的脑EIT成像方案。
[0004]本专利技术目的在于提供一种基于生物电阻抗的脑部颅骨厚度测量方法，旨在解决当前存在的问题，即如何选取测量点以最大程度地降低高阻抗颅骨对激励电流的影响，以及在不同测量点选择不同的激励电流，以使边界电压信号能够在相同程度上反映颅内电阻抗变化信息。该方法专注于不同颅骨阻抗厚度特征，并提高了不同脑部测试点的边界电压随内部电阻率扰动的识别能力。通过这种方法，我们能够更准确地测量脑部颅骨厚度，从而提高脑电阻抗成像的精度。

技术实现思路

[0005]为了达到上述目的，本专利技术提供了一种基于生物电阻抗的脑部颅骨厚度测量方法，包括以下步骤：
[0006]对目标进行有限元剖分成有限个三角单元，构建有限元剖分模型；
[0007]通过环形十六电极装置，采用四电极法分别测得两组颅骨边界电压信号；
[0008]通过所采集电压信号信息对逆问题的求解，得到电导率在有限元模型中的分布；
[0009]根据颅骨电导率显著高于颅内其他组织电导率的理论基础以及有限元模型中的电导率分布，判别出有限元模型中电导率差值最大的三角单元分界点，再通过求解正问题，求出对应的边界三角单元节点；
[0010]求解分界线处三角单元与有限元模型边缘的距离，即为此两组电压点间颅骨厚度；
[0011]改变激励电极对，测量电压并且求解出新的电压点对应的颅骨厚度，直至十六个电极循环激励后，所有电压点对应计算所得颅骨厚度连线形成的内环与有限元模型边缘即颅骨整体厚度。
[0012]步骤2所述构建有限元剖分模型：
[0013]包括以下步骤：
[0014]步骤1.1：将边值问题转化为变分问题；
[0015]步骤1.2：剖分敏感场域；
[0016]步骤1.3：线性插值；
[0017]步骤2所述脑部电阻抗成像检测平台，主要包括三个模块：1)激励模块；2)电极接口子系统模块；3)检测模块。主要工作原理为：通过主控控制，采用DDS技术合成正弦波信号驱动压控恒流源输出特定大小以及频率的激励交变电流(1mA/50kHz)，通过模拟开关的选通性，选通固定在人体皮肤的电极对，以激励人体组织，同时选通不同的电极对测量人体组织的边界电压，采集到的边界电压通过滤波放大后，最后经AD采集到主控制器解调处理，在主控制器将电压信号处理后得到的数据，通过串口传至PC端作敏感区域扰动阻抗变化的进一步计算，其中，所述电极接口子系统模块包括十六个Ag\AgCl电极，序号为1～16；
[0018]步骤2所述四电极法包括以下步骤：
[0019]步骤2.1：选择电极1号、2号分别作为激励电流输入输出电极；
[0020]步骤2.2：选择电极16号、3号作为边界电压采集电极，并采集第一组边界电压值；
[0021]步骤2.3：选择电极15号、4号作为边界电压采集电极，并采集第二组边界电压值；
[0022]步骤3所述对于被测场域，当从1、2号电极上向场域Ω内施加I
ψ
，则场域Ω及其边界S上会形成电位Ψ，面积分等于下式：
[0023][0024]如果假定施加的电流为单位电流，即I
Ψ
＝I
Φ
＝1，则测量电极16，3号的边界电压与场域电导率分布间的关系为：
[0025]如果将场域剖分成有限个离散单元(如三角形单元)，并且每个单元上的电导率是常数，则每个三角单元都可看作是一线性方程：
[0026][0027]用矩阵表示如下：
[0028]V
p
＝Sc
p
[0029]式中：V
p
是边界电压变化向量，c
p
是离散的电导率向量，S是灵敏度矩阵，其矩阵元素如下：
[0030]这里，i表示第i次注入下的测量电压，j表示第j个单元，因此通过测量边界电压V
p
，就可以计算出扰动电导率c
p
的分布；
[0031]步骤4所述根据颅骨电导率远高于颅内其他组织电导率判别前提，通过输入扰动电导率c
p
的分布，求解正问题得到有限元模型边界电压最大变化量，即可对应得出电导率差值最大的三角单元分界点；
[0032]步骤5包括求解分界线出三角单元重心坐标，求解测量电极点处三角单元重心坐标，两重心坐标间模值即此边界电压处对应颅骨厚度，三角单元重心坐标遵循如下公式：
[0033][0034][0035]16号电极边界节点三角单元重心坐标为G(x
G16
,y
G16
)，分界节点三角单元重心坐标为M(x
M16
,y
M16
)，则模值|GM|即为此处颅骨厚度；同理可求得3号电极处对应颅骨厚度。
[0036]步骤6所述为改变激励电极对，测量电压，并求解出新的电压点对应的颅骨厚度。重复进行这个过程直到十六个电极循环激励完毕，计算出所有节点电极处的颅骨厚度(即模值|GM|)。最后，所有边界节点对应的模值形成的平面即为颅骨平面厚度。
附图说明
[0037]图1为本专利技术实施例提供的基于生物电阻抗的脑部颅骨厚度测量方法流程图。
[0038]图2为本专利技术实施例提供的基于有限元模型的四电极法测量边界节点电压示意图。
[0039]图3为本专利技术实施例提供的建立有限元模型程序流程框图。
[0040]图4为本专利技术实施例提供的脑部电阻抗成像检测平台组成框图示意图。
[0041]图5为本专利技术实施例提供的有限元模型三角单元剖分图。
[0042]图6为本专利技术实施例提供的基于有限元模型的单点颅骨厚度测量示意图。
[0043]图7为本专利技术实施例提供的基于有限元模型的颅骨厚度平面示意图。
具体实施方式
[0044]以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于生物电阻抗的脑部颅骨厚度测量方法，其特征在于，总共包括以下六大步骤：步骤1：采用有限元法对目标区域进行剖分，剖分成有限个三角单元，构建有限元剖分模型；步骤2：通过脑部电阻抗成像检测平台，采用四电极法分别测得两组颅骨边界电压信号；步骤3：通过采集的电压信号求解逆问题，得到电导率在有限元模型中的分布；步骤4：根据颅骨电导率显著高于颅内其他组织电导率的理论基础以及有限元模型中的电导率分布，判别出有限元模型中电导率差值最大的三角单元分界点，通过求解正问题，求出对应的边界三角单元节点；步骤5：求解有限元模型分界线处节点三角单元重心与电极边界节点三角单元重心的距离，即为此边界电压节点颅骨厚度；步骤6：通过改变激励电极对的组合，测量相应的边界电压，然后求解出每个新电压点对应的颅骨厚度。所有电压点对应的颅骨厚度连线形成的内圆与有限元模型外边缘之间组成的区域，即颅骨整体厚度。2.根据权利要求书1所述的一种基于生物电阻抗的脑部颅骨厚度测量方法，其特征在于，步骤2所述四电极法包括以下内容：1)选择电极1号、2号作为激励电流输入输出电极，测量16号、3号电极的边界电压作为第一组边界电压值，测量15号、4号电极的边界电压作为第二组边界电压值，以此类推。3.根据权利要求书1所述的一种基于生物电阻抗的脑部颅骨厚度测量方法，其特征在于，步骤3所述对于...

【专利技术属性】
技术研发人员：许川佩，李腾飞，张宇涛，林泽姿，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：