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电阻抗成像(Electrical impedance tomography,EIT)是一种具有无辐射无损伤、图像监护和功能成像三大突出优势的医学成像技术,能够提供与人体组织生理或病理变化相关的重要信息。肺部电阻抗成像较适合于重症监护中呼吸衰竭患者肺部通气情况的实时监测,可对机械通气中潜在的肺泡过度膨胀、肺萎陷、肺水肿或肺气肿等风险进行预警,并为通气策略的制定和参数优化提供依据,避免肺部机械通气损伤。应用EIT技术有助于实时监测肺通气功能,为相关肺部疾病的预防、诊断和治疗赢得宝贵时间。本论文受到国家自然科学基金等项目的资助,主要完成的工作如下:1、提出将广义有限元法(Generalized Finite Element Method,GFEM)应用于电阻抗成像的正问题计算方法,解决了传统有限元法EIT正问题计算精度不够高的问题,基于GFEM建立了2D和3D肺部数值模型,完成了正问题数值仿真,有效地提高了求解精度。2、研究了场域变形对EIT正问题求解的影响,考虑了肺部EIT因呼吸运动和体位改变引起的求解场域的变化,建立保角变换和非保角变换数值模型进行仿真计算,分析了场域变化引起的边界电极电位的改变情况,为肺部EIT图像精确重建奠定基础。3、提出了高阶变差正则化算法(High-order Variation Regularization Algorithm,HOVRA),构造了二阶总广义变差正则化图像重建的目标函数,将差分曲率作为正则化参数选择的依据以实现其自适应调节,既保持了肺部图像边缘区域的锐利变化,避免了过度光滑化,同时也改善了图像平滑区域的阶梯性伪影,获得了较高质量的重建图像。4、针对EIT电导率图像尚未解释为具有临床意义的生理参数问题,将EIT与机械通气相结合,采用类比分析法构建了肺部匀质化间室模型并进行数值模拟,确定了EIT重建电导率与肺内气体体积之间的对应关系;利用EIT重建的电导率获得了肺部体积和流量参数,为将EIT图像的电学参数解释为临床生理学参数提供了方法。5、采用模块化设计方案,研制了肺部EIT硬件系统,分别进行了基于物理模型的成像实验和模拟保护性通气过程在体成像实验。采用本文提出的HOVRA算法,完成了图像重建,实现了肺部电阻抗图像序列的快速重建。从物理实验和在体实验的角度,验证了本文正问题计算模型、图像重建算法和硬件系统的可行性与实用性。