基于参数化多相水平集方法的电阻抗成像算法研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61871356
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    63.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0125.医学信息检测与处理
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Electrical impedance tomography (EIT) is a non-invasive, radiation-free imaging technique, which comes forth in recent 30 years following morphology imaging and structure imaging. EIT is one of the important research topics in biomedical engineering. However, it is not yet fully suitable for clinical applications due to its poor spatial resolution. In this project, we intend to develop a shape-based reconstruction approach by incorporating the prior knowledge of conductivity for EIT within multiphase systems, e.g., in the application of thorax imaging, the thorax contains organs including the heart and lungs, as well as muscles, which are with different conductivity distributions. The shape to be reconstructed is implicitly represented by parametric level set (PLS) functions employing radial basis functions. The representation of the PLS function significantly reduces dimensionality of the problem and improves the condition number of inverse problem. The level set functions handle topological merging and breaking naturally during the evolution process. Further, to improve the spatial resolution of the reconstruction and achieve robust and efficient shape reconstruction, the approximation error approach will be applied into the EIT measurement model for compensating the modeling errors, e.g., errors due to discretization and inaccurate knowledge of boundary shape. On this basis, we will carry out applicability and robustness studies of the proposed approach through numerical simulations related to thorax and head imaging, and experimental studies with human thorax/head-shaped water tanks. This work allows an expansion of the parametric level set method into EIT imaging of multiphase systems and have important research value, which is expected to achieve new research findings.
电阻抗成像是当今生物医学工程学的重要研究课题之一,它作为最近三十年发展起来的新的成像技术,相比传统形态成像、结构成像具有无损、无辐射等优势。不过,目前电阻抗成像的空间分辨率相对较低,这在很大程度上限制了其临床实际应用。本项目拟针对电阻抗成像中多相体系(例如胸腔内心肺等脏器、肌肉组织等均具有不同的电导率分布)介质形状重构问题,充分利用电导率分布的先验信息,研究基于形状信息的重构算法。通过利用参数化水平集方法优越的形状拓扑结构处理能力及降维能力,结合近似误差方法优化电阻抗测量模型,以实现鲁棒高效的多相介质形状重构,从而提高电阻抗成像的空间分辨率及成像效率。在此基础上,开展胸腔、颅脑电阻抗成像仿真及含有胸腔、颅脑轮廓形状的水槽模型实验,验证算法的适用性与鲁棒性。该项目是参数化水平集方法在电阻抗成像技术中多相体系成像领域新的应用拓展,具有重要的研究价值并有望取得新的研究成果。

结项摘要

在本项目的资金资助和内容指导下,按期圆满完成了任务书要求内容和相应的研究工作。主要创新成果包括:(1) 创建了基于显式几何的形状重建新体系及发展了基于隐式几何的形状重建体系,攻克了隐式几何形状重建中难以直接引入几何约束的难题,揭示了显式形状先验对于改善电阻抗图像重建问题的病态特性具备优异的表现能力,显著提升了图像质量(重建图像结构相似性SSIM指标达到0.96,远优于基于平滑先验及全变分正则化方法的重建图像,其SSIM指标分别为0.76和0.80),系列成果为开展定量化静态电阻抗成像提供了新途径;(2) 针对肺部EIT应用中动态图像低空间分辨率的技术难题,打破经典线性近似模型仅可获得定性化图像的理论局限,提出并实现了一系列应用驱动的动态图像重建算法,在国际上率先获得动物气胸、血胸的高质量三维电阻抗图像(气胸、血胸区域的体积还原率RCR指标分别为0.74和1.12,均优于传统线性差分算法RCR指标2.05和2.45),为实现定量化高质量的动态电阻抗图像重建提供关键技术;(3)提出并成功实现了一种无需预训练的深度先验驱动的图像重建方法,通过仿真模拟、水槽模型等实验予以验证所提出方法的优越性能,该研究成果为电阻抗成像技术在病变组织特异性判断中的应用开辟了新道路。

项目成果

期刊论文数量(22)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(4)
An overview of 38 least squares–based frameworks for structural damage tomography
38 个基于最小二乘法的结构损伤断层扫描框架概述
  • DOI:
    10.1177/1475921719841012
  • 发表时间:
    2019-04
  • 期刊:
    Structural Health Monitoring-An International Journal
  • 影响因子:
    6.6
  • 作者:
    Smyl Danny;Bossuyt Sven;Ahmad Waqas;Vavilov Anton;Liu Dong
  • 通讯作者:
    Liu Dong
DeepEIT: Deep Image Prior Enabled Electrical Impedance Tomography
DeepEIT:深度图像优先启用电阻抗断层扫描
  • DOI:
    10.1109/tpami.2023.3240565
  • 发表时间:
    2023-08-01
  • 期刊:
    IEEE TRANSACTIONS ON PATTERN ANALYSIS AND MACHINE INTELLIGENCE
  • 影响因子:
    23.6
  • 作者:
    Liu,Dong;Wang,Junwu;Du,Jiangfeng
  • 通讯作者:
    Du,Jiangfeng
Nonstationary Shape Estimation in Electrical Impedance Tomography Using a Parametric Level Set-Based Extended Kalman Filter Approach
使用基于参数水平集的扩展卡尔曼滤波器方法进行电阻抗断层扫描中的非平稳形状估计
  • DOI:
    10.1109/tim.2019.2921441
  • 发表时间:
    2020-05-01
  • 期刊:
    IEEE TRANSACTIONS ON INSTRUMENTATION AND MEASUREMENT
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    Liu, Dong;Smyl, Danny;Du, Jiangfeng
  • 通讯作者:
    Du, Jiangfeng
Supershape Augmented Reconstruction Method Based on Boolean Operations in Electrical Impedance Tomography
电阻抗层析成像中基于布尔运算的超形状增强重建方法
  • DOI:
    10.1109/tim.2021.3122167
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    IEEE TRANSACTIONS ON INSTRUMENTATION AND MEASUREMENT
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    Gu Danping;Deng Jiansong;Smyl Danny;Liu Dong;Du Jiangfeng
  • 通讯作者:
    Du Jiangfeng
Shape Reconstruction Using Boolean Operations in Electrical Impedance Tomography
在电阻抗断层扫描中使用布尔运算进行形状重建
  • DOI:
    10.1109/tmi.2020.2983055
  • 发表时间:
    2020-09-01
  • 期刊:
    IEEE TRANSACTIONS ON MEDICAL IMAGING
  • 影响因子:
    10.6
  • 作者:
    Liu, Dong;Gu, Danping;Du, Jiangfeng
  • 通讯作者:
    Du, Jiangfeng

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi || "--"}}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year || "--" }}
  • 期刊:
    {{ item.journal_name }}
  • 影响因子:
    {{ item.factor || "--"}}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

其他文献

包含纳米尺度效应的稀土与Sm-Co化合物基础数据集
  • DOI:
    10.11922/csdata.430.2016.00l3
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    中国科学数据
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    宋晓艳;刘雪梅;王海滨;邓韵文;刘东;李长荣;尹海清
  • 通讯作者:
    尹海清
Phase stability and magnetic performance of nanocrystalline Sm-Co supersaturated solid solution
纳米晶Sm-Co过饱和固溶体的相稳定性及磁性能
  • DOI:
    10.1007/s11431-017-9180-y
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Sci. China Technol. Sc.
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘东;刘雪梅;刘国权;宋晓艳
  • 通讯作者:
    宋晓艳
聚磷腈的合成及应用研究进展
  • DOI:
    10.19825/j.issn.1002-1396.2020.06.17
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    合成树脂及塑料
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    严鹏威;颜春;马芸芸;徐海兵;刘东;陈刚;赵德刚;祝颖丹
  • 通讯作者:
    祝颖丹
大气海洋高光谱分辨率激光雷达鉴频特性研究
  • DOI:
    10.3969/j.issn.1673-6141.2020.01.005
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    大气与环境光学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘东;周雨迪;朱小磊;陈扬;徐沛拓;刘崇;王南朝;沈雪
  • 通讯作者:
    沈雪
Calculation and experimental validation of spectral properties of microsize grains surrounded by nanoparticles
纳米颗粒包围的微米级颗粒光谱特性的计算和实验验证
  • DOI:
    10.1364/oe.22.007925
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    Optics Express
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    于海童;刘东;段远源;王晓东
  • 通讯作者:
    王晓东

其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi || "--" }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year || "--"}}
  • 期刊:
    {{ item.journal_name }}
  • 影响因子:
    {{ item.factor || "--" }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}
empty
内容获取失败,请点击重试
重试联系客服
title开始分析
查看分析示例
此项目为已结题,我已根据课题信息分析并撰写以下内容,帮您拓宽课题思路:

AI项目思路

AI技术路线图

刘东的其他基金

基于深度神经网络的电阻抗图像重建方法研究
  • 批准号:
    62371433
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    49 万元
  • 项目类别:
    面上项目
面向视觉质量优化的深度学习视频编码
  • 批准号:
    61772483
  • 批准年份:
    2017
  • 资助金额:
    62.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
云环境中基于三维世界模型的图像表示与压缩
  • 批准号:
    61303149
  • 批准年份:
    2013
  • 资助金额:
    23.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

{{ item.name }}
  • 批准号:
    {{ item.ratify_no }}
  • 批准年份:
    {{ item.approval_year }}
  • 资助金额:
    {{ item.support_num }}
  • 项目类别:
    {{ item.project_type }}

相似海外基金

{{ item.name }}
{{ item.translate_name }}
  • 批准号:
    {{ item.ratify_no }}
  • 财政年份:
    {{ item.approval_year }}
  • 资助金额:
    {{ item.support_num }}
  • 项目类别:
    {{ item.project_type }}
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了

AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
关闭
close
客服二维码