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4.3 实测数据仿真27
4.4 本章小结27
结论28
致谢29
参考文献30
1 绪论
图像科学是现代科学技术领域中的一个重要分支,它包含图像的形成、获取、传输、存储、处理、分析与识别等方面[1]。作为二十世纪出现的一种新型成像技术，过程层析成像技术已经逐渐成为图像科学领域研究的热点。
1.1 EIT技术概述
过程层析成像技术是从医学CT（Computerized Tomography）技术移植而来[2]。根据被测对象的特性以及使用测量手段的不同，过程层析成像技术又被分为许多种类，包括：光学层析成像[3]、超声层析成像[4]、电学层析成像等。电阻抗断层成像技术，即EIT技术，就是上述成像技术中电学层析成像技术的一个分支。
1.1.1 EIT技术的背景
二十世纪，随着科学技术的发展，电磁场成像技术在医学监控、工业多相流检测等领域有了越来越多的应用。为了改进和弥补现有成像技术存在的缺陷和不足，适应在现代医学检测和工业检测领域中所面临的一些新的特殊情况和问题，二十世纪末涌现出一批新型的成像技术，EIT技术就是这些新型成像技术中的一种。
二十世纪初，地质学家们在进行地质勘探的过程中将电流注入到地层中，测量地表的电压。由于不同地层中含有的物质成分不同具有不同的电学特性，可以通过测量电压来判断地下的矿藏分布。EIT技术的测量原理就是通过借鉴地质学家们的做法而产生的[5]。
1978 年，Webster 教授首先提出了生物电阻抗成像的概念[6]。1983 年，Barber 和 Brown 也开始了对电阻抗断层成像技术的研究[7]。此后，许多国外的研究人员陆续投入到了对EIT技术的研究工作中。虽然我国国内对EIT技术的研究起步较晚，但是近几年来也有第四军医大学、天津大学、重庆大学、中国医学科学院等不少大学和研究机构参与到对EIT技术的研究之中。
1.1.2 EIT技术的研究意义
EIT技术的基本原理是通过向测量对象施加特定、安全的电流（或电压），然后测量生成电磁场内的相关数据，再经过一定的数学运算从而得到测量对象内部的电阻抗分布情况。换句话来说，EIT技术是利用导体的电学特性来成像的，如果被测对象不是导体则不能运用EIT技术来重构成像。
我们知道，人的身体可以看作是一个由许多具有不同电特性的组织，在空间内按一定位置分布后构成的混合导体。当人体组织的内部结构发生变化或是某些组织发生病变时其电阻率会相应地发生变化，利用这一特性，EIT技术就可以对人体的不同组织进行成像，并且可以将之应用于医学的检测过程之中。
与传统的CT技术相比，EIT技术具有许多优势。如表1.1所示，相比于超声波，核磁共振等现代医学领域常见的成像检测手段来说，EIT 技术在整个成像过程中使用人体能够接受的微小安全电流，且不使用核素和射线，对人体无电离或辐射作用，不会给人体造成不良的后果。另外，其系统结构简单，测量方法简单，设备制造价格低廉。以上种种优势使得EIT技术在医学检测领域具有无可替代巨大优势[8]。
表1.1 EIT技术与传统CT技术的比较
技术名称 成像特点 空间分辨率 成像速度 创伤性 仪器造价 简便性
X-CT 结构成像 较好 2ms 细胞损害 很高 较高
核磁共振CT 结构及功能成像 较好 20ms 不明显 昂贵 高