基于电-机复合机制的EIT胃动力无创检测与评价方法研究

Abnormal gastric motility is one of the main causes of gastrointestinal diseases and gastric motility function plays an essential role for digestion and absorption. For a long time, there has been a lack of convenient and effective methods for gastric motility examination. Electrical impedance tomography (EIT) is a new emerging medical imaging technology which possesses three main advantages such as noninvasiveness, functional imaging and medical image monitoring. The electro-mechanical coupling and conduction is a significant mechanism of gastric motility functions. .. This project will adopt the EIT techniques within a framework of electro-mechanical composite mechanism to solve the scientific problems of non-invasive detection and evaluation for stomach and gastric motlity. Furthermore, we will effectively integrate the research achievements of the bio-impedance based gastric motility information detection approach from the National Natural Science Fund what we received previously and the EIT techniques reserved. .. This project aims to achieve the following goals: (1) to establish the 3D-EGG-EIT (three dimensional Electrogastrogram combined EIT) method and system suitable for the function detection of gastric motility; (2) to explore the extraction and evaluation methods of gastric motility space information from the electromechanical composite mechanism; (3) to provide a novel non-invasive medical imaging technique to the basic research of gastric motility and clinical detection applications through the form of continuous images which show the rhythmic complex electromechanical process of the gastric motility, the conduction and the draining effect.

胃动力异常是胃肠疾病的重要源头，胃动力功能是消化道消化和吸收的基础，长期以来缺乏方便、有效的胃动力学检查方法。电阻抗断层成像（EIT）是新一代成像技术，具有无损伤，功能成像和医学图像监护三大突出优势；胃动力的电学-机械学耦合与传导是胃动力功能的重要机制。本项目将项目组已获取的生物阻抗胃动力信息检测研究成果和EIT技术储备有机融合，从电-机复合机制的高度运用EIT技术解决胃动力学无创检测和评价方法的科学问题。项目实现：(1)建立适合胃动力功能检测的三维胃电-EIT方法与检测系统；(2)从电-机复合机制角度，发展胃动力EIT重建算法和专用软件系统，提取敏感参数，实现基于电-机复合机制的EIT空间胃动力检测；(3)建立多通道胃电-EIT三维空间模型，以连续图像形式给出胃动力复杂电-机过程节律性、传导性和排空效果的检测与评价结果，为胃动力学基础研究和临床应用检测提供一种全新的无损伤医学成像技术。

胃肠疾病常见、多发，严重影响人们的生活质量。胃肠病例的50%与胃动力异常相关，胃肠动力异常是胃肠恶性疾病发展的源头。国家重点研发任务和临床频繁提出胃肠动力诊疗新技术、新方法需求。但至今尚无一种方法可完整地了解胃蠕动和排空情况以作诊断常规。本项目解决的科学问题是(1) 建立针对消化器官-胃的功能性电阻抗成像方法和多维EGG-EIT胃动力装置；(2) 建立基于EIT技术的胃动力空间信息提取与评价方法。. 通过四年项目实施，围绕项目的两个重要科学问题，实现了技术研究突破，形成了系列学术成果。（1）探索了三维胃动力传输模型和关系，实现了胃电和胃运动信号耦合三维仿真，获得了基于阻抗传输以及电信号与机械信息耦合的传输关系。（2）进行电极性能测试，制作硅胶抗干扰能力强的柔性面阵，阻抗漂移和极化电势积累效应较小，获得三维三层电极电压值特征曲线，建立了适合项目的数据采集感测系统。（3）进行了电阻抗信号选通技术研究，为提高系统采集效率，提出自适应电极选通方式。在相对激励相邻采集过程中，通过有效电极窗矩阵选择电极，同时提高重构算法执行效率。创新性引入用幅度和相位检波器，简化系统阻抗解调在硬件设计的复杂度。并利用引入任意两个参考信号和比较算法，解决检波器的相位模糊问题。（4）提出适用于胃动力重构图像的共轭梯度法。对共轭梯度法的原理及其收敛性研究证明，得到了10次的最佳收敛次数，对于成像精度和成像算法速度有较好的一致效果，利于本项目研究的胃部区域EIT多层重构和胃动力耦合信息和关系分析。（5）实现项目的算法分析、设计和实现，初步建立项目的离体实验以及正常人体信息采集和成像实验研究。. 项目发表科研论文10余篇，其中SCI、EI检索8次，申报国家发明专利8件，已授权5件，获得军队科技进步三等奖1项，转让专利成果3件。. EIT是新一代功能性成像技术，代表了生物阻抗技术的发展方向。项目组推进EIT方法学研究、实现胃动力EIT断层成像技术，以实时图像、容积成像、图像监护、多维电-机耦合传导等方式完成胃动力学信息检测和评价。