电阻抗乳腺扫描（EIS）硬件故障诊断系统的研究及图像后处理

论文摘要

乳腺癌是一种严重危害妇女健康的恶性肿瘤,尽早发现它是提高乳腺癌患者生存率的关键,国内外的相关机构都大力提倡对适龄妇女进行乳腺癌普查。然而,常用的乳腺癌检查方法并不能够很好地胜任早期普查。电阻抗扫描（Electrical Impedance Scanning,EIS）作为一种新型的乳腺癌检测技术,它根据恶性肿瘤组织与正常乳腺组织的电导率之间存在显著性差异,通过检测电极阵列测量乳腺表面的电流分布情况来观察乳腺内部是否含有电导率异常的包块。该技术已被证明可以辅助其它影像设备,如X线钼靶,为乳腺癌的早期诊断提供了一种新的方法。由于EIS具有无创、无辐射,操作简便,设备价格低、检查费用低等诸多优点,该技术尤其适用于乳腺癌的早期普查。在2002年,第四军医大学生物医学工程系电阻抗研究小组推出了国内第一台基于电阻抗扫描成像原理的乳腺扫描成像样机,随后进行了临床试验。在临床试验中,该设备获得了较好的检测效果,显示了其广阔的应用前景,同时临床试验也对这一设备提出了新的要求和建议。为了使EIS能更好地应用于临床普查,有必要在原有EIS系统的基础上作进一步的研究与改进。1、可能存在多种因素会导致EIS硬件电路出现一些故障,使整个EIS系统无法正常工作。本课题在分析原有的EIS硬件电路的基础上,确定了关键的测试点,设计了故障诊断系统的硬件电路和配套软件。通过DAQ板对测试点的模拟电压信号进行采集,利用DIO板对测试点的数字电压信号进行采集。并使用故障诊断软件控制测量流程,分析处理测试点的信号,最终可以把故障定位到以各个芯片为中心的功能模块级和通道电路级。EIS硬件电路的故障诊断系统使EIS系统更加完善,而且用户可借助于此系统以更高的效率来排除故障进而确保设备运行的可靠性,使EIS更加适合临床普查。2、本课题组正在研制新一代的EIS成像系统,在新系统中采用USB（Universal Serial Bus）接口来连接计算机和EIS主机。由于EIS主机是专用的USB设备,我们还必须为应用程序提供适当的USB设备驱动程序,使得应用程序可以调用存取设备的函数来与设备进行通信。为此,本课题借助于DriverStudio、DDK和VisualC++三个软件开发了适合EIS系统的USB设备驱动程序,相应的用户应用程序和USB设备固件程序。经过调试,成功地实现了计算机与EIS主机间的数据传输。3、为了进一步提高EIS对病变组织的检测能力,本课题对原有的EIS软件算法作了一些改进:通过对EIS图像中暗团块部分的数据分析,确定了暗团块识别的空间判据和阈值判据,采用图像增强技术对图像中的暗团块部分进行凸显。编程实现了暗团块识别模块,最后用此模块对06年40例含有暗团块图像的患者数据进行了识别,发现其对典型暗团块的检出率为100%。4、EIS检查时要把乳房分成九个区分别进行扫描,所以对每个乳房的检查便得到九帧图像。本课题尝试把这九帧扫描图像拼接到一起,形成一幅完整的对整个乳房进行扫描的图像。为此,本课题确定了每帧图像间的拼接点并对其进行图像拼接,然后再利用淡入淡出的思想对合成图像中的拼接缝进行处理,实现了对EIS扫描图像的无缝拼接。本课题的研究旨在改进EIS系统,使其能够更好地为临床服务。故障诊断系统可以保障设备和人员的安全,自主开发的USB接口可以让计算机与EIS主机灵活地进行数据传输,暗团块识别模块提高了EIS软件对异常组织的识别能力。对EIS扫描图像的拼接,可以使得EIS图像所反映的信息更为清晰、直观,方便了临床操作者的判断。

论文目录

• 缩略语表
• 中文摘要
• Abstract
• 前言和文献回顾
• 1 前言
• 2 文献回顾
• 正文
• 1 EIS硬件故障诊断系统的设计与应用
• 1.1 概述
• 1.2 EIS硬件故障诊断系统的原理
• 1.3 EIS硬件故障诊断系统的硬件设计与实现
• 1.4 EIS硬件故障诊断系统的软件设计
• 1.5 小结
• 2 新一代EIS系统中USB接口技术研究
• 2.1 概述
• 2.2 USB系统结构
• 2.3 新一代EIS系统中的USB设备
• 2.4 新一代EIS系统中USB设备驱动的开发
• 2.5 应用程序的开发
• 2.6 固件程序、设备驱动程序、应用程序的综合调试
• 2.7 小结
• 3 暗团块识别算法的研究
• 3.1 利用图像增强技术改进EIS成像效果
• 3.2 EIS成像原理及其图像中对病变的反映
• 3.3 团块识别的不足
• 3.4 团块识别法的补充—增加暗团块识别
• 4 EIS 扫描图像的拼接
• 4.1 确定图像间的重叠区域
• 4.2 图像间的平滑处理
• 总结与展望
• 参考文献
• 个人简历以及发表的学术论文
• 技术保密责任协议
• 致谢