Visualization of Three-dimensional Human Data Based on CT Image

Three-dimensional medical image visualization becomes an essential part for medical field,including computer aided diagnosis,surgery planning and simulation,artificial limb surgery,radiotherapy planning,and teaching etc.In this paper,marching cubes algorithm is adopted to reconstruct the 3-D images for the CT image sequence in DICOM format under theVC++6.0 and the visual package VTK platform.The relatively simple interactive operations such as rotation and transfer can be realized on the platform.Moreover,the normal vector and interior point are calculated to form the virtual clipping plane,which is then used to incise the 3-D object.Information of the virtual slice can be obtained,in the mean while the virtual slice images are displayed on the screen.The technique can realize the real time interaction extraction of virtual slice on 3-D CT image.The cuboids structured can be zoomed,moved and circumrotated by operating mouse to incise the 3-D reconstruction object.Real time interaction can be realized by clipping the reconstruction object.The coordinates can be acquired by the mouse clicking in the 3D space,to realize the point mouse pick-up as well angle and distance interactive measurement.We can get quantitative information about 3-D images through measurement.     

一种基于FPGA的EIT电流源和数字解调方法

目的 依据数字化电阻抗断层成像(EIT)硬件系统的要求,构建了基于现场可编程门阵列(FPGA)的通用型EIT硬件实验平台,完成了直接数字频率合成(DDS)的电流源和数字解调方法研究.方法 实验平台以FPGA芯片为核心,集成了DDS模块、D/A及A/D接口模块、数字解调模块和RS-232数据通信等模块.结果 电流源可在6.1～390.6 kHz范围输出多频激励信号,输出阻抗大于190 kΩ,电流峰峰值为2 mA.数字解调模块可同时提取被测阻抗的实部和虚部信息.结论 采用生物组织等效模型进行的模拟测试验证了本研究系统工作的有效性,为实用化EIT系统的建立奠定了基础.     

生物电阻抗模拟解调技术的研究

生物电阻抗的测量是阻抗血流图或电阻抗断层成像的基础.目前的生物电阻抗测量是在安全的交流信号激励下,对被测目标的响应信号进行幅值或/和相位的解调得到.常用的硬件解调技术有整流滤波器、开关解调器和模拟乘法器等,这些解调器的输出级均需低通滤波器,以滤除输出信号中的激励频率或其倍频信号.低通滤波器的使用降低了测量系统的动态特性,不适于高速及多通道测量.为此,我们设计并实现了一种新的基于采样保持器的高速解调技术,该技术不需要低通滤波器,在一个信号周期中即可解调出阻抗信息,具有高速和相敏解调的特点,提高了电阻抗测量系统的动态特性.     

三层电极电阻抗断层成像胃排空检测模拟实验研究

目的 采用三层电阻抗断层成像(EIT)系统进行胃排空检测模拟实验,验证多层EIT胃排空检测方法 的有效性.方法 设计、构建三层EIT系统和胃排空检测模拟实验装置,重建模拟胃排空过程的电阻抗变化图像,设置电特性变化兴趣区,连续记录每一层上兴趣区域在每一帧图像上的相对阻抗变化率值,以形成排空曲线,计算胃排空时间.结果 三层图像兴趣区阻抗随时间变化曲线的形态差异明显,各层图像的胃排空时间与过程也不相同.提示胃排空过程中,不同层面胃区的电阻抗图像所反映的食物到达和经过的情况是不一样的;同时,验证了本研究的三层EIT方法 用于胃排空检测的必要性和可行性.结论 三层EIT胃排空检测方法 可提供更为丰富的与胃排空病理和生理状态相联系的胃动力功能信息,可望为胃排空和胃动力检测与评价研究提供一种方便有效的无创图像检查手段.     

神经核团异常放电的数值模拟与FPGA实现

进行神经核团网络异常放电的数值模拟以及硬件实现。方法:选用Izhikevich模型模拟单个神经元放电,通过化学突触连接各神经元搭建神经核团网络,进而在FPGA上实现神经核团放电。对比Izhikevich模型在Simulink和DSP Builder两种软件中建模的相对标准误差,并分析各神经核团的放电特性。结果:两种软件中各神经核团的仿真结果相对标准误差均小于0.1,验证了建模的一致性。通过计算丘脑的中继可靠性指标RI=0.3<0.6,证明搭建的神经核团网络可以模拟帕金森病的一种放电状态。结论:模拟神经核团的异常放电对替代动物活体实验、探究神经性疾病的治疗方法和脑机接口研究等具有重要意义。     

Front-end architecture for a multi-frequency electrical impedance tomography system

This paper provides a critical review of a number of the primary aspects of EIT system hardware presented in the literature. A thorough analysis of injection and measurement errors is presented to provide clarifying extensions to that provided by previous authors. From this basis, it proposes a novel design for a distributed parallel multi-frequency EIT system. The system described is modular, employs active electrodes to maximise CMRR (common mode rejection ratio) and was designed to employ digitally generated current injection and digital demodulation of the acquired signals.     

基于真实人体边界模型的电阻抗断层成像研究

对真实人体边界模型的电阻抗断层成像进行实现,研究其成像特点。提取CT(computerized tomography)图片中先验信息,得到基于真实人体轮廓外形的模型,利用等位线反投影算法进行仿真研究。结果表明:可以较好地反映多种不同扰动的变化,具有一定程度的目标分辨率和识别率,并可以对扰动目标实现较好的定位。说明基于真实人体边界模型的电阻抗断层成像实现是可行的,结果是可靠的,这种重构模型使得重构结果更趋近于真实人体情况,为临床研究做出初步尝试。     

微分进化算法在头部电阻抗成像中的应用

电阻抗成像（EIT）技术是一种功能成像技术，它向未知目标注入（安全）电流，通过测得目标边界的电位来估计它内部的阻抗分布情况。电阻抗成像是一个严重病态的非线性逆问题。本研究应用微分进化算法进行电阻抗成像，并将其用于二维真实头模型的阻抗重建中。仿真结果显示，作为一种简单、鲁棒的算法，微分进化算法在EIT成像中具有优越的性能。     

基于FPGA的神经突触的硬件实现及放电性能比较

目前专门对化学突触硬件实现的研究较少,采用FPGA芯片技术硬件实现化学突触,对神经元网络的硬件实现具有重要价值。运用DSP Builder软件,对以Hodgkin-Huxley神经元为突触前神经元和突触后神经元的化学突触数学模型进行建模。在DSP Builder模型的基础上,将化学突触的DSP Builder模型进行合理的拆分,然后分别将各个模块在FPGA所对应的软件环境下进行编译运行,最后下载到FPGA核心芯片中,硬件实现5种基于不同机理的化学突触模型。采用相关系数法,对仿真结果和硬件结果在同一个周期内的突触前神经元动作电位、突触后神经元动作电位以及突触电流的幅值进行对比,验证硬件实现的准确性。5种硬件实现的化学突触均可以较好地传递动作电位,但是各个模型消耗资源不同,模型3所消耗的内部乘法器资源(69%),约为模型5资源(31%)的2倍,表明突触模型数学复杂度越高,其消耗的乘法器资源越多。相关系数法的对比结果显示,模型3相关度最高,为0.791 3,模型4相关度最低,为0.693 5。虽然模型3数学复杂度高、硬件资源消耗多,但是其表现的生物性最好。硬件实现的5种突触模型均能较好地呈现化学突触的单向传递性,其中模型5硬件资源消耗少、相关度高,建议以其作为化学突触硬件实现的首选。     

胃区3层EIT模型构建和仿真

构建3层电阻抗成像技术(EIT)模型,研究不同电极激励模型下胃排空信息的规律,以及胃内容物电导率不同时胃阻抗测量信号的变化情况。利用COMSOL MULTIPHYSICS仿真软件,以人体解剖学为基础,构建包含胃、肝胆的人体腹腔模型,并在模型外构建3层电极模型,每层16个电极,以5 mA的安全电流为激励源进行仿真。分别设定相对和相邻电极激励模型,设定不同的胃内容物,即绝缘试餐0.054 S/m、导电试餐1 S/m和中性试餐0.5 S/m等3种条件,用以模拟不同食物在胃内的情况;设定胃体积由2倍变为1倍的过程,模拟胃排空过程,进行仿真实验研究。包括对测量电压进行数据分析,利用评价参数边界测量电压敏感性δ,利用边界电压测量动态范围U~,对测量电压进行稳定性和检测效果的评价。相对电极模型的测量电压敏感性δ较高,且其在绝缘试餐时较导电试餐时小;而相邻模型的δ在绝缘试餐时较导电试餐时大,边界测量动态范围U~也相对更大。对测量的敏感性而言,在试餐电导率0.054 S/m时,两种激励模式分别为34.13与34.25;试餐电导率1 S/m时,两种激励模式分别为33.60与26.68。3层EIT模型可提供达24×23×3组水平测量数据组,以及根据测试需求的可扩展交叉激励数据组,能够得到更多的胃排空信息,有效地反映胃内容物情况,以及胃排空过程的信息关系。     

电阻抗断层成像技术应用于脑血肿实时监测的仿真研究

电阻抗断层成像技术用于脑血肿的实时监测是发展医学成像技术的有意义的尝试。利用数值计算方法重建目标场域内部电导率的分布是电磁场数值计算科学在生物医学工程学领域的应用。文章介绍了作者在电阻抗断层成像技术重建算法领域所作的部分工作，包括拟牛顿法、Bulirsch—Stoer外推法。同时，用仿真计算结果模拟了该技术用于脑血肿实时监测的全过程。