基于CT值与颅骨电阻率关系建立真实人头部仿真模型的研究

脑电源定位和脑电磁功能成像是国际研究热点，建立包含头部各组织真实物理参数（电阻率）的头部仿真模型是这些研究的关键，特别是超高电阻率颅骨层参数的准确性对该领域研究的影响最为显著。然而，由于国内外缺乏对人脑颅骨电阻率真实分布的研究，长期以来人们在各类头模型中均简化颅骨层为均匀电阻率，这种简化对研究精度影响极大，已经成为国际公认的制约该领域研究发展的瓶颈。针对此问题，我们在国际上率先研究了不同结构活体人脑颅骨电阻率特性，并建立了颅骨电阻率与其结构间相关关系的基本理论。本项目在此研究基础上，针对头模型中真实人脑颅骨电阻率分布的仿真建模问题，创新性地提出了建立CT值与颅骨电阻率相关关系的新理论，采用生物电阻抗测量、图像处理和有限元建模等技术，实现基于CT图像建立包含真实人脑颅骨电阻率分布和真实几何形状的头部仿真模型的方法，从而能够为不同个体建立特定的真实头部模型，为进一步推动该领域的深入研究奠定基础

脑电源定位和脑电磁功能成像是国际研究热点，建立包含头部各组织真实物理参数（电阻率）的头部仿真模型是这些研究的关键，特别是超高电阻率颅骨层参数的准确性对该领域研究的影响最为显著。然而，由于国内外缺乏对人脑颅骨电阻率真实分布的研究，长期以来人们在各类头模型中均简化颅骨层为均匀电阻率，这种简化对研究精度影响极大，已经成为国际公认的制约该领域研究发展的瓶颈。. 针对此问题，我们在国际上已率先研究了不同结构活体人脑颅骨电阻率特性，并建立了颅骨电阻率与其结构间相关关系的基本理论。本项目在此研究基础上，针对头模型中真实人脑颅骨电阻率分布的仿真建模问题，创新性地提出了建立CT值与颅骨电阻率相关关系的新理论，初步实现了基于CT图像建立包含真实人脑颅骨电阻率分布和真实几何形状的头部仿真模型的方法，主要完成了以下几部分工作：⑴ 完成了新鲜离体的三层结构人脑颅骨各单独层（上、下密质骨和板障）电阻率频谱特性的测量，并提取了各单独层阻抗频谱特征参数；⑵ 完成了CT值与颅骨电阻率相关关系的研究，建立了CT值与颅骨电阻率的数学模型；⑶ 完成了头部CT图像中各组织（头皮、颅骨、脑脊液和脑组织）的图像分割，并对图像分割方法进行了优化；⑷ 完成了基于真实边界有限元剖分的研究，建立了包含头部各种组织的二维有限元仿真模型。模型中能够针对颅骨层有限元单元的电阻率进行计算和赋值，实现了头部二维仿真模型中颅骨层电阻率的真实分布；⑸ 完成了基于头部CT图像序列建立包含颅骨电阻率真实分布的头部三维有限元仿真模型的方法学研究。. 本研究探索并实现了一种基于CT图像建立头部真实仿真模型的方法，该方法能够为不同个体建立特定的包含真实颅骨电阻率分布的头部仿真模型，具有重要的实际意义和应用价值，为进一步推动头部生物电领域的深入研究奠定了良好的基础。