張家輝 高貴鋒 吳 陽(yáng) 周 童 劉 凱 姚佳烽

（1）南京航空航天大學(xué)機(jī)電學(xué)院，南京 210016；2）深圳市安保醫(yī)療科技股份有限公司，深圳 518100；3）蘇州大學(xué)附屬第二醫(yī)院，蘇州 215004）

血栓及其并發(fā)癥是威脅患者生命健康的嚴(yán)重疾病，在體外循環(huán)系統(tǒng)中（如體外膜肺氧合（extracorporeal membrane oxygenation，ECMO）、左心輔助裝置（left ventricular assist device，LVAC）等），人工材料引發(fā)的生物不相容性/炎癥等問(wèn)題容易導(dǎo)致血栓的生成進(jìn)而危害患者的生命，患者需要使用抗凝劑直至治療結(jié)束［1-2］。在心臟搭橋手術(shù)中，血液從人體內(nèi)引出到體外心肺機(jī)以維持心肺功能。這種機(jī)器由體外循環(huán)治療師操作，監(jiān)測(cè)適當(dāng)?shù)膮?shù)，以確保病人得到有效的抗凝治療，避免血凝塊。肝素是一種抗凝藥物，在手術(shù)過(guò)程中使用，而過(guò)度使用抗凝劑容易導(dǎo)致過(guò)度出血。為了維持出血與凝血之間的平衡，手術(shù)過(guò)程中每30~60 min監(jiān)測(cè)一次病人的凝血時(shí)間，并在手術(shù)后多次監(jiān)測(cè)，直到恢復(fù)正常凝血時(shí)間［3］。

傳統(tǒng)的體外循環(huán)系統(tǒng)血栓檢測(cè)技術(shù)有活化凝血時(shí)間（activated coagulation time，ACT）和血栓彈力圖，這些技術(shù)存在一定的局限性［4］。首先，這些技術(shù)需要定期從流道中抽出血液樣本，一次檢測(cè)需要10 min 以上。其次，這些技術(shù)能提供特定的血栓形成信息，但是相較于當(dāng)前循環(huán)系統(tǒng)中血栓的生成狀態(tài)具有一定的延時(shí)性［5］。因此需要一種在線檢測(cè)血栓的技術(shù)，能夠?qū)崟r(shí)提供血栓的生成時(shí)間、大小和位置等信息。

目前，基于光學(xué)、超聲波和電學(xué)測(cè)量原理的體外循環(huán)系統(tǒng)血栓實(shí)時(shí)檢測(cè)方法的研究較少。Oshima 等［6］開發(fā)了一套光學(xué)傳感系統(tǒng)，并將傳感器連接到血液循環(huán)管道上，該系統(tǒng)通過(guò)連續(xù)測(cè)量反向散射光來(lái)監(jiān)測(cè)紅細(xì)胞聚集和血栓形成的過(guò)程。然而，管道內(nèi)的生物相容性涂層會(huì)阻擋光線的傳輸，使得這種技術(shù)很難在實(shí)際應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)。Huang等［7］報(bào)道了用高頻超聲波的方法來(lái)檢測(cè)血栓。然而，超聲波方法具有一定的局限性，它無(wú)法區(qū)分循環(huán)管道中的氣泡和血栓。血液的電學(xué)特性已經(jīng)成功地在許多生物醫(yī)學(xué)中得到應(yīng)用，因此基于電學(xué)測(cè)量原理的檢測(cè)方法可能用于血液中血栓的可視化。電化學(xué)阻抗光譜法（electrochemical impedance spectroscopy，EIS）已被用于體外循環(huán)過(guò)程中的血栓檢測(cè)。這種方法能夠獲得血栓和正常血液之間的電學(xué)特性差異，并對(duì)血栓進(jìn)行定量測(cè)量和評(píng)估［8-10］。EIS 具有較高的準(zhǔn)確性，但是它不能反映血栓在管道中的位置。

電阻抗成像（electrical impedance tomography，EIT）是一種可視化的在線檢測(cè)技術(shù)，用于定位由被測(cè)物電導(dǎo)率變化引起的不均勻區(qū)域。EIT具有速度快、無(wú)損、無(wú)創(chuàng)的特點(diǎn)，適用于臨床連續(xù)監(jiān)測(cè)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于肺功能檢測(cè)領(lǐng)域中。Victorino等［11］通過(guò)EIT 方法監(jiān)測(cè)患者肺部空氣量的分布情況，有效減少了由呼吸機(jī)引發(fā)的肺容器不平衡等疾病。Dunne 等［12］研究使用機(jī)器學(xué)習(xí)分類來(lái)確定盆腔區(qū)域的EIT圖像表示的膀胱狀態(tài)，以低成本和不連續(xù)的方式提醒尿失禁患者。

近年來(lái)，智能算法的研究已經(jīng)成為EIT圖像重建算法的一個(gè)研究熱點(diǎn)，Liu 等［13］介紹了一種用于解決時(shí)間連續(xù)EIT 逆問(wèn)題的稀疏貝葉斯學(xué)習(xí)框架，該方法具有更廣泛的適用性，并大大提高了圖像質(zhì)量。葉明等［14］提出了一種基于U2-Net 深度學(xué)習(xí)模型的電阻抗成像方法，該方法具有較高的測(cè)量精度，且魯棒性較好。在此前的研究中，EIT已經(jīng)被用于檢測(cè)體外循環(huán)系統(tǒng)中血栓的幾何形狀和位置，表明了EIT在血栓檢測(cè)中的可行性［15］。但是，實(shí)驗(yàn)均在靜態(tài)條件下完成，與循環(huán)系統(tǒng)中的實(shí)際情況有所不同。

本文提出了基于EIT 的體外血栓在線檢測(cè)方法，重建血栓經(jīng)過(guò)傳感器的橫截面圖像，實(shí)時(shí)顯示血栓的大小與位置。本文根據(jù)EIT仿真結(jié)果，比較不同尺寸EIT 傳感器對(duì)不同大小目標(biāo)物的成像效果，設(shè)計(jì)了EIT傳感器，并應(yīng)用于靜態(tài)和流動(dòng)狀態(tài)下的血栓檢測(cè)實(shí)驗(yàn)。

1 血栓的電阻抗成像數(shù)值仿真

1.1 EIT成像原理與仿真設(shè)計(jì)

EIT圖像重建通過(guò)邊界電壓U和給定的電流密度J來(lái)重建被測(cè)區(qū)域的電導(dǎo)率分布σ。基于靈敏度系數(shù)矩陣的圖像重建算法，在假定電導(dǎo)率分布變化較小時(shí)，場(chǎng)域內(nèi)敏感場(chǎng)分布近似不變，為：

其中，ΔU表示電壓測(cè)量變化值，Δσ表示場(chǎng)域內(nèi)電導(dǎo)率變化，Γ表示靈敏度系數(shù)矩陣。

EIT 逆問(wèn)題的高度病態(tài)性和不適定性，導(dǎo)致EIT重建圖像分辨率較低［16］。常用的解決方法是對(duì)EIT 成像的目標(biāo)泛函數(shù)添加先驗(yàn)信息進(jìn)行正則化，最普遍的是Tikhonov 正則化算法，算法具有較好的穩(wěn)定性和較快的成像速度［17］。算法本質(zhì)為求解如下目標(biāo)泛函數(shù)：

其中，λ為Tikhonov 正則化系數(shù)，求解該方程可得到：

因此，只要得到靈敏度系數(shù)矩陣和電壓測(cè)量結(jié)果便可以迅速計(jì)算出電導(dǎo)率的變化。

在血栓的電學(xué)研究中，血液可以由圖1a 所示電路模型表示。血漿和紅細(xì)胞質(zhì)具有不同的電導(dǎo)率，被認(rèn)為是電阻元件，細(xì)胞膜具有較低的電導(dǎo)率，但是會(huì)引入電容，這些因素可以歸結(jié)為血液的電路模型，包括細(xì)胞質(zhì)電阻Rcyto，血漿電阻Rp和膜電容CM［18］。式（4）是基于橢球粒子懸浮液電學(xué)特性的Maxwell-Frick 公式，廣泛應(yīng)用于生物細(xì)胞和懸浮液的電學(xué)分析［18-19］：

其中，ρb為全血的電阻率，ρp為血漿的電阻率。H是血液中紅細(xì)胞的濃度，k取決于紅細(xì)胞的幾何形狀和方向。

Fig. 1 Equivalent electrical model of blood and growing of red blood cell aggregation

Fig. 2 Simulation results for different combination of sensors and targets with different sizes

Fig. 3 Experimental setup

Fig. 4 Experimental results under static conditions

Fig. 5 Experimental results under flow conditions

通過(guò)電學(xué)的方法檢測(cè)血栓，其原理是在纖維蛋白的作用下紅細(xì)胞聚集在一起形成血栓［20］（圖1b）。當(dāng)循環(huán)系統(tǒng)的血液中有血栓形成時(shí)，流過(guò)EIT傳感器截面的紅細(xì)胞局部濃度發(fā)生變化（也就是上述方程中的H），由于凝血因子濃度的變化，血漿電阻率ρp也會(huì)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致EIT傳感器相應(yīng)區(qū)域的電壓測(cè)量值發(fā)生變化。

為了得到不同尺寸的小型EIT傳感器對(duì)不同尺寸目標(biāo)物的成像表現(xiàn)，通過(guò)COMSOL和MATLAB聯(lián)合仿真，采用Tikhonov正則化算法進(jìn)行成像［21］。為了評(píng)估傳感器的成像表現(xiàn)，采用皮爾遜系數(shù)，即圖像相關(guān)性（image correlation，IC）。仿真采用16電極采集電壓數(shù)據(jù)，并采用相鄰驅(qū)動(dòng)模式，電流激勵(lì)頻率為125 kHz，使用有限元?jiǎng)澐謱鞲衅鹘孛鎰澐殖扇切螁卧W(wǎng)格。使用內(nèi)徑為10、20 和30 mm 的16 電極傳感器。在f<800 kHz 的低頻段下，血液的電導(dǎo)率約為5 mS/cm，正常血液與凝血的電導(dǎo)率之差約為4.3 mS/cm，因此設(shè)置背景溶液血液的電導(dǎo)率為5 mS/cm，目標(biāo)物凝血的直徑設(shè)置為1~7 mm，電導(dǎo)率設(shè)置為0.7 mS/cm［22-23］。

式（5）為IC表達(dá)式，其中，η和σ分別表示電導(dǎo)率真實(shí)分布和計(jì)算得到的電導(dǎo)率分布，和分別是η和σ的平均值，η需要借助仿真軟件模擬電導(dǎo)率分布代替，IC∈[-1，1]，IC=1表示正相關(guān)，IC=-1表示負(fù)相關(guān)。

因?yàn)槌上癖憩F(xiàn)與目標(biāo)物的大小有關(guān)，所以僅使用IC來(lái)評(píng)估成像表現(xiàn)是不夠準(zhǔn)確。因此引入了面積比（area ratio，AR）作為成像表現(xiàn)的綜合評(píng)價(jià)，AR可根據(jù)式（6）計(jì)算得到。

其中，Sp是目標(biāo)物的橫截面積，Ssn是傳感器的橫截面積，dp是目標(biāo)物的直徑，dsn是傳感器的直徑。

1.2 仿真結(jié)果

不同傳感器和目標(biāo)物的仿真結(jié)果如圖2 所示，所有的目標(biāo)物放置在傳感器坐標(biāo)系中（0，yp)位置。為了說(shuō)明傳感器的尺寸對(duì)成像質(zhì)量的影響，根據(jù)不同傳感器的尺寸選擇不同的yp位置。其中傳感器1（直徑ds1=10 mm）中的yp=2 mm，傳感器2（直徑ds2=20 mm）中的yp=4 mm和5 mm，傳感器3（直徑ds3=30 mm）中的yp=6 mm。

圖2 中，橫坐標(biāo)為AR，縱坐標(biāo)為IC，每條曲線表示yp固定的情況下，目標(biāo)物尺寸變化（AR的變化）引起IC的變化。當(dāng)IC≥0.6 時(shí)，認(rèn)為仿真的成像表現(xiàn)是可以接受的。從圖中可以看出，當(dāng)AR在0.01~0.1 范圍時(shí)，傳感器2和傳感器3 的IC均大于0.6，與傳感器1相比成像表現(xiàn)較好。IC隨著AR的增加逐漸趨于一個(gè)穩(wěn)定值，說(shuō)明傳感器的尺寸對(duì)成像質(zhì)量影響較大。從仿真結(jié)果也可以看出，目標(biāo)物與傳感器電極片之間的距離對(duì)IC也有影響，yp越大說(shuō)明目標(biāo)物越靠近傳感器電極，這時(shí)傳感器的靈敏度更大［24］，比較傳感器2 的兩條曲線可以看出，當(dāng)yp較大時(shí)，表現(xiàn)為IC的數(shù)值更大。從仿真結(jié)果看，三種傳感器最終IC收斂值均大于0.9，成像表現(xiàn)較好，而當(dāng)AR<0.2 時(shí)，三種傳感器的IC均小于0.8，成像表現(xiàn)一般。

2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

2.1 實(shí)驗(yàn)材料與裝置

2.1.1 實(shí)驗(yàn)材料

從血液的生物特性和化學(xué)特性來(lái)看，豬血與人血相近［25］。豬血的紅細(xì)胞的聚集過(guò)程也接近于人類［26］。因此，實(shí)驗(yàn)中使用新鮮豬血作為實(shí)驗(yàn)樣本。從屠宰場(chǎng)購(gòu)置新鮮的豬血和豬血塊用于實(shí)驗(yàn)，用血塊模擬血栓。臨床中，由于病因不同，不同個(gè)體的血栓大小和形狀迥異，但都是因?yàn)檠ù笮∨c該處管腔接近嵌合而導(dǎo)致供血不足。體外血栓模型制備中，血栓一般設(shè)計(jì)成圓柱形和球形，能更好的與裝置貼附［27］。因此，將血塊分別切成尺寸為3~5 mm的類圓柱形和類球形來(lái)模擬體外血栓。

2.1.2 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)裝置如圖3所示，包含靜態(tài)條件下的實(shí)驗(yàn)裝置和流動(dòng)條件下的實(shí)驗(yàn)裝置。靜態(tài)條件下的實(shí)驗(yàn)裝置由一個(gè)玻璃容器、便攜式EIT 系統(tǒng)［28］、PC 和16 電極傳感器組成。玻璃容器的內(nèi)徑為20 mm，16 電極傳感器嵌在容器內(nèi)壁上。傳感器的電極材料大多采用銀、銅、不銹鋼等，銀的導(dǎo)電率最好，但價(jià)格昂貴，不銹鋼的導(dǎo)電率較差，因此選用銅作為電極材料。設(shè)計(jì)的傳感器由16 個(gè)銅質(zhì)電極片和聚酯薄膜材質(zhì)的柔性電極片組成，并通過(guò)沉金工藝加工而成，具有重量輕、厚度薄和絕佳的可撓性等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)為了保證傳感器的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，傳感器設(shè)有周向屏蔽和徑向屏蔽。每個(gè)電極的寬度hw為2.3 mm，長(zhǎng)度h為10 mm，電極間距離hd為1.7 mm。

流動(dòng)條件下的實(shí)驗(yàn)裝置由蠕動(dòng)泵、恒溫水浴箱、緩沖血袋、EIT 傳感器、便攜式EIT 系統(tǒng)、PC、高速相機(jī)、三通閥和血液循環(huán)管道組成。便攜式EIT 系統(tǒng)主要包括Red Pitaya STEMlab 開發(fā)板、電壓控制電流源、模擬多路復(fù)用器模塊。EIT系統(tǒng)激勵(lì)方式選擇相鄰激勵(lì)模式，電流激勵(lì)頻率為125 kHz，注入電流振幅為5 mA。系統(tǒng)的采集速度和成像速度穩(wěn)定在每秒20 幀，并獲取邊界電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像重建。其中恒溫水浴箱用來(lái)維持流動(dòng)液體溫度在37℃，三通閥用來(lái)放置血塊。蠕動(dòng)泵由1個(gè)支撐血管的定子和3個(gè)管輪組成，管輪依此碾壓泵管形成負(fù)壓，提供動(dòng)力使得管道中的液體循環(huán)流動(dòng)，其原理與臨床中的血泵相同。當(dāng)血塊經(jīng)過(guò)EIT傳感器截面時(shí)，EIT系統(tǒng)采集的截面處電導(dǎo)率發(fā)生較大變化，PC 根據(jù)電導(dǎo)率的變化判斷是否有血塊經(jīng)過(guò)，并控制高速相機(jī)拍攝流過(guò)EIT傳感器橫截面血塊的分布情況。高速相機(jī)拍攝的圖片與EIT成像結(jié)果進(jìn)行比較，驗(yàn)證EIT的成像結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

靜態(tài)條件下，往玻璃容器中加入新鮮豬血至沒(méi)過(guò)傳感器電極片。將不同大小的血塊置于傳感器截面的不同位置，通過(guò)EIT系統(tǒng)分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。玻璃容器中只加入新鮮血液并通過(guò)EIT系統(tǒng)分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果作為對(duì)照實(shí)驗(yàn)。16 電極傳感器采用相鄰激勵(lì)模式，共采集得到208個(gè)電壓數(shù)據(jù)，并采用Tikhonov正則化算法進(jìn)行成像。

為了便于觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，流動(dòng)實(shí)驗(yàn)中，用PBS溶液代替豬血作為背景溶液。PBS 溶液的pH 值為7.2~7.4，而人體血液的pH 值正常范圍為7.35~7.45，兩者較為接近。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中用蒸餾水與PBS溶液配置混合溶液，使其電導(dǎo)率與血液接近。流動(dòng)條件下，血袋中裝入配置好的PBS 溶液。制備好的血塊從三通閥置入，血袋放置在恒溫水浴槽中，保持溫度為37℃。體外心肺機(jī)裝置正常運(yùn)行時(shí)流量一般為75 ml/（kg·min），假設(shè)人體重量為60 kg。為了模擬體外循環(huán)系統(tǒng)的真實(shí)情況，設(shè)置蠕動(dòng)泵的流量為4.5 L/min 使管道中的溶液循環(huán)流動(dòng)5 min，通過(guò)EIT系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集傳感器截面處的相對(duì)電導(dǎo)率信息，并進(jìn)行實(shí)時(shí)成像，當(dāng)血塊經(jīng)過(guò)傳感器截面時(shí)，PC 控制高速相機(jī)對(duì)傳感器截面進(jìn)行拍攝。此外，循環(huán)系統(tǒng)中不添加血塊作為對(duì)照實(shí)驗(yàn)。

2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.3.1 靜態(tài)條件下實(shí)驗(yàn)結(jié)果

靜態(tài)實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4 所示，w是血塊沿x方向最大寬度，l是血塊沿y方向的最大寬度。EIT傳感器檢測(cè)到血塊的存在，成像結(jié)果中，藍(lán)色部分為低電導(dǎo)率部分，紅色部分為高電導(dǎo)率部分。由于血塊與豬血之間存在離子交換，高電導(dǎo)率與低電導(dǎo)率之間存在過(guò)渡區(qū)域（成像結(jié)果中的黃色部分），計(jì)算過(guò)程中，將其視為血塊的一部分。

為了定量評(píng)估傳感器的成像效果，計(jì)算實(shí)物照片與EIT結(jié)果的相對(duì)尺寸覆蓋率（RCR）：

式中，CR表示覆蓋率，定義為EIT 結(jié)果中高電導(dǎo)率部分像素點(diǎn)數(shù)（nH）與圓形場(chǎng)域總像素點(diǎn)數(shù)（ntotal）之比：

相應(yīng)的，CRTrue為實(shí)物照片的相對(duì)尺寸覆蓋率。為了計(jì)算實(shí)物照片的相對(duì)尺寸覆蓋率，先對(duì)實(shí)物照片進(jìn)行了二值化圖像處理，并計(jì)算目標(biāo)物的像素點(diǎn)數(shù)（ntarget）與圓形傳感器的像素點(diǎn)數(shù)（ncir）之比：

對(duì)于RCR計(jì)算結(jié)果，值為1表示EIT結(jié)果與拍攝照片精確匹配，而值大于或小于1 表示高估或低估。

如圖4 所示，血塊的電阻率大于血液的電阻率。這是由于新鮮豬血中加入了豬血塊，豬血塊模擬了血液中紅細(xì)胞的聚集，導(dǎo)致式（1）中紅細(xì)胞的濃度H增大，使得全血的電阻率增大。使用直徑為20 mm的傳感器檢測(cè)直徑為3~5 mm的血塊，相對(duì)尺寸覆蓋率誤差|RCR- 1|≤0.1，成像表現(xiàn)較好。

2.3.2 動(dòng)態(tài)條件下實(shí)驗(yàn)結(jié)果

分別將尺寸為5 mm 和3 mm 的血塊置于循環(huán)系統(tǒng)中，通過(guò)EIT系統(tǒng)采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，高速相機(jī)拍攝血塊流過(guò)傳感器截面時(shí)的照片。實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)相對(duì)電導(dǎo)率值進(jìn)行了歸一化的處理。具體歸一化處理過(guò)程如下：

式（10）是1.1 節(jié)求得的電導(dǎo)率變化方程，這里Δσ表示采集時(shí)間內(nèi)電導(dǎo)率變化的每一幀數(shù)據(jù)，ΔU表示電壓測(cè)量值的變化數(shù)據(jù)。對(duì)電導(dǎo)率作如下歸一化處理：

其中，Δ表示歸一化后的電導(dǎo)率數(shù)據(jù)，Δσmax表示電導(dǎo)率變化最大值，Δσmin表示電導(dǎo)率變化最小值。電導(dǎo)率變化數(shù)據(jù)Δσ的每一幀表示一幅EIT 圖像，一幅圖像中的每一個(gè)像素點(diǎn)表示對(duì)應(yīng)位置的電導(dǎo)率數(shù)據(jù)，對(duì)圖像中每一位置的電導(dǎo)率數(shù)據(jù)進(jìn)行求和來(lái)表示這一幀的相對(duì)電導(dǎo)率，公式如下：

式中，ΔZk表示第k幀的相對(duì)電導(dǎo)率之和，N表示第k幀圖像的總像素點(diǎn)數(shù)，Δσkn表示第k幀圖像中像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的相對(duì)電導(dǎo)率數(shù)據(jù)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5 所示。圖5a 是將5 mm 血塊置于循環(huán)系統(tǒng)中得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，圖中橫坐標(biāo)是采樣時(shí)間t，縱坐標(biāo)是相對(duì)電導(dǎo)率Z，采樣間隔為50 ms，t=7~7.5 s 出現(xiàn)了相對(duì)電導(dǎo)率迅速上升的幾個(gè)散點(diǎn)，從EIT成像結(jié)果和高速相機(jī)拍攝的照片可以看出，此時(shí)有血塊經(jīng)過(guò)了傳感器。

圖5b是將3 mm血塊置于循環(huán)系統(tǒng)中得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。t=5~7.5 s時(shí)間段出現(xiàn)了相對(duì)電導(dǎo)率變化較大的兩個(gè)散點(diǎn)，從EIT成像結(jié)果和高速相機(jī)拍攝的照片可以看出，此時(shí)有血塊經(jīng)過(guò)EIT傳感器。圖中可以看出，EIT成像系統(tǒng)檢測(cè)到了血塊經(jīng)過(guò)傳感器截面連續(xù)運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)位置。兩個(gè)位置的相對(duì)電導(dǎo)率變化值存在略微差別，可能原因是血塊距離管壁傳感器的位置不同。

比較圖5a和圖5b，可以看出5 mm血塊經(jīng)過(guò)傳感器時(shí)，歸一化后的電導(dǎo)率的最大變化約為200，3 mm 血塊經(jīng)過(guò)傳感器時(shí)，歸一化后的電導(dǎo)率最大變化約為80，說(shuō)明5 mm的血塊對(duì)傳感器截面的相對(duì)電導(dǎo)率影響更大。圖5c 為相同實(shí)驗(yàn)條件下，循環(huán)系統(tǒng)中不放入血塊得到的對(duì)照實(shí)驗(yàn)結(jié)果。圖中沒(méi)有出現(xiàn)相對(duì)突變的散點(diǎn)。

本實(shí)驗(yàn)初步驗(yàn)證了EIT技術(shù)在體外循環(huán)系統(tǒng)中血栓檢測(cè)的可行性。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，使用豬血塊模擬血栓而并非真實(shí)血栓，動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)中用PBS 溶液代替血液作為背景溶液，這與血管中的實(shí)際情況不同，因此在后續(xù)的研究中仍需進(jìn)一步改善。

3 結(jié) 論

本文提出了一種基于EIT的體外循環(huán)系統(tǒng)血栓在線檢測(cè)方法，通過(guò)聯(lián)合仿真的方法驗(yàn)證了小型傳感器用于血栓檢測(cè)的可行性，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，得到了以下結(jié)論。

a. 聯(lián)合仿真結(jié)果表明，傳感器的尺寸對(duì)成像質(zhì)量影響較大。面積比為0.01時(shí)，傳感器的尺寸與圖像相關(guān)系數(shù)呈正相關(guān)。當(dāng)目標(biāo)物越靠近傳感器電極時(shí)，傳感器的靈敏度更高，表現(xiàn)為圖像相關(guān)系數(shù)的數(shù)值更大。面積比大于0.02時(shí)，成像表現(xiàn)較好。

b. 靜態(tài)實(shí)驗(yàn)通過(guò)計(jì)算RCR來(lái)定量評(píng)估傳感器的成像質(zhì)量。20 mm 傳感器檢測(cè)尺寸為3~6 mm 的血栓相對(duì)尺寸覆蓋率誤差小于等于0.1，成像表現(xiàn)較好。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，血液中的血栓會(huì)導(dǎo)致局部電阻率增大。

c. EIT成像技術(shù)用于實(shí)時(shí)檢測(cè)循環(huán)系統(tǒng)中的流動(dòng)血栓。當(dāng)血栓經(jīng)過(guò)傳感器截面時(shí)，EIT系統(tǒng)成功重建血栓經(jīng)過(guò)時(shí)的圖像。

EIT成像技術(shù)能夠重建血栓經(jīng)過(guò)傳感器時(shí)的圖像信息，反映血栓的大小和位置。在體外循環(huán)系統(tǒng)血栓在線檢測(cè)中具有較好的應(yīng)用前景。