磁感应颅内出血阻抗动态图像表征及出血量标定联合方法研究

Cerebrovascular disease is a great threat to human health and life. So the real-time monitoring,and characterization to the early lesions and calibrating the change of bleeding amount play a key role to the rescue and treatment. Magnetic induction tomography (MIT) has advantages for cerebral disease as that should meet the continuous monitoring requirements as noninvasive, nondestructive and functional imaging, because that it is able to pass through the low conductivity skull. With the support from the NSFC, we have researched on the key problems inherited in bio-impendence dynamic functional imaging and contactless monitoring based on MIT. While for the clinical application, how to use the MIT to show the human physiological and pathological change real-time and quantitative still is a technically challenging and requires creative and further research. This research aims to provide solutions to the key problems of MIT in craniocerebral impedance dynamic imaging and cerebral hemorrhage calibrating, and three main components will be studied in details: highly-accurate measurement and calibration mode for bio-impendence, the relationship between cerebral hemorrhage and impedance changing, its dynamic imaging and calibrating technologies. This project will set up a bio-impedance dynamic imaging system, and get the cerebral hemorrhage position, calculate the bleeding amount with high accuracy by the sequential images analysis, and implement the cerebral hemorrhage impedance measurement and quantitative analysis. The research results will solve the key problems in MIT dynamic imaging and calibrating, and advance technology for contactless functional image monitoring.

脑血管疾病极大威胁着人类健康和生命，实时监护病灶区域的变化，表征出早期病灶，标定出血量的变化，对抢救、治疗会起到关键性的作用。MIT技术能够穿透低电导率的颅骨，对颅脑疾病具有连续监护、非接触、无损伤的特点，并同时具备功能成像等无可比拟的优势。在青年科学基金项目的资助下，本课题组研究了MIT 动态成像系统的关键技术及实现问题，但是面向临床应用，如何通过MIT实时定量的表达人体生理、病理变化，仍是一项极具挑战和创新性的研究。本项目将以颅脑阻抗动态成像及出血定量表征为目标，研究磁感应检测方式下，生物阻抗定量标定方法，颅内出血和脑部阻抗变化量的对应关系，及其动态成像和出血定量表征方法。在此基础上，建立一套颅脑动态阻抗成像系统，通过序列图像分析准确标定颅内出血位置及出血量，实现颅内出血动态成像与出血量定量检测联合分析。本项重点解决MIT动态阻抗成像及标定的难题，为非接触式功能图像监护提供技术支撑。

脑卒中极大威胁着人类健康和生命，实时监护病灶区域的变化，表征出早期病灶，标定出血量的变化，对抢救、治疗会起到关键性的作用。MIT技术对颅脑疾病具有连续监护、非接触、无损伤的特点，本项目针对非接触式功能图像监护的关键问题重点解决MIT动态阻抗成像及标定的难题。研究工作的主要进展和成果如下：1) 建立了颅脑三维复杂球仿真计算模型，获得了激励磁场内颅脑各个组成部分对磁感应信号的影响；2) 通过动物实验研究了颅内出血及缺血两种情况下脑阻抗的变化，进而设计了琼脂仿真模型实验，分析了颅内血量改变与磁感应测量值之间的关系，并证实颅骨只影响磁感应信号的大小，不改变其相对变化趋势；3) 建立了一维阻抗磁感应测量系统，在定量检测样本的情况下，实现水、油等多种液体样品的电导率检测；4）改进了多通道磁感应断层成像检测系统，结合该系统提出了滤波反投影迭代重建算法，通过检测数据的滤波处理、反投影矩阵设计、反投影路径加权、电导率敏感性加权、迭代灵敏度矩阵的修正等几方面完善了磁感应重建算法，图像质量和重建速度均有很大改善；5) 提出了最小二乘回归模型及总相位值监测指标、总正对点相位和监测指标等统计特征数据处理方案，结合重建图像进行联合标定颅内出血量的分布；6) 对胸腔阻抗等相关问题进行了拓展研究。在本项目的资助下，培养了11名硕士研究生，2名博士研究生，其中7名硕士已获得学位，发表学术论文12篇，参加国际国内学术交流8次，正在审稿中学术论文4篇，申报国家发明专利1项，获沈阳市自然科学学术成果三等奖1项。总之，本项目以颅脑阻抗动态成像及出血定量表征为目标，研究了磁感应检测方式下，生物阻抗定量标定方法，颅内出血和脑部阻抗变化量的对应关系，及其动态成像和出血定量表征方法，为非接触式功能图像监护提供技术支撑。