基于電阻抗成像技術(shù)的飛行員健康狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)研究

關(guān)鍵詞：生物阻抗技術(shù)； 肺部成像； 高斯-牛頓算法； 航空醫(yī)學(xué)生物； 飛行員

中圖分類號：O649 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.19452/j.issn1007-5453.2024.10.012

在航空領(lǐng)域，微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的迅速發(fā)展使得飛機(jī)駕駛場景中飛機(jī)的自動化水平越來越高[1]，戰(zhàn)斗機(jī)的性能整體得到顯著提升，包括更長的航程和續(xù)航時(shí)間?，F(xiàn)代高性能戰(zhàn)斗機(jī)的飛行高度和飛行速度在短時(shí)間內(nèi)快速增加，伴隨而來的是加速度負(fù)荷的上升。在飛行過程中可能會產(chǎn)生持續(xù)的過載效應(yīng)，這可能導(dǎo)致飛行員體內(nèi)血液分布發(fā)生突變，從而引發(fā)人腦供氧和供血不足的問題。這對戰(zhàn)斗機(jī)飛行員的身體素質(zhì)提出了更高要求，需要考慮飛行員心理和生理等多方面情況[2]，而心肺功能成為其中重要評估指標(biāo)之一。

在高空執(zhí)行飛行任務(wù)時(shí)，飛行員的呼吸活動將經(jīng)歷一系列變化，這將直接影響飛行員的呼吸功能。若未能實(shí)現(xiàn)及時(shí)的監(jiān)測以及適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)，可能導(dǎo)致飛行員的呼吸功能下降，使其失去行動能力，甚至引發(fā)機(jī)毀人亡的悲劇。因此監(jiān)測飛行員的心肺狀態(tài)從而實(shí)時(shí)確定飛行員的健康狀況，以便及時(shí)采取相應(yīng)的防護(hù)或急救措施，保護(hù)飛行員生命及國家財(cái)產(chǎn)安全。

相關(guān)研究表明，人體的各組織具有不同且動態(tài)變化的阻抗特性，如骨骼的電阻率約為166Ω·m、肺（呼出-吸入）電阻率范圍約為7.27～23.63Ω·m。同時(shí)，人體作為一個(gè)動態(tài)系統(tǒng)，在進(jìn)行生理活動或者發(fā)生疾病時(shí)，會導(dǎo)致人體阻抗信息的變化。因此，生物電阻抗攜帶著豐富的生理和病理信息。根據(jù)測量所得的組織（器官）阻抗值，可以生成阻抗分布圖。通過對圖像進(jìn)行分析，并與參考數(shù)據(jù)或圖像進(jìn)行對比，可以推斷出人體當(dāng)前階段的病理和生理狀況。電阻抗成像（EIT）技術(shù)的應(yīng)用前景十分廣闊，現(xiàn)階段主要集中在肺部呼吸功能成像、腹部臟器功能成像、腦部功能成像等領(lǐng)域[3]。

肺部呼吸功能成像是目前EIT 技術(shù)應(yīng)用最成熟的技術(shù)之一。其與現(xiàn)有的較為完善的醫(yī)學(xué)成像技術(shù)（如X-ray、CT、MRI等）對比來看，EIT 技術(shù)對人體細(xì)胞無損害，可多次使用，反復(fù)測量，對工作環(huán)境的要求不高，具有成本低廉、便于攜帶、可以隨時(shí)隨地監(jiān)測的特點(diǎn)，因此適用于醫(yī)療實(shí)時(shí)動態(tài)監(jiān)測。近年來，EIT技術(shù)越來越受到研究人員的關(guān)注。

生物電阻抗的理論是由1798 年意大利科學(xué)家Galvani 發(fā)現(xiàn)了青蛙腿部神經(jīng)活動的電性質(zhì)而被提出來的。這一現(xiàn)象說明了生物組織內(nèi)也存在著電信號，其特性可以用電學(xué)觀點(diǎn)進(jìn)行表征。1871 年，德國科學(xué)家Herman 成功測定了骨骼肌的電阻值。20世紀(jì)初，Cole兄弟建立了生物組織的Cole-Cole等效電阻抗模型，并以此為基礎(chǔ)分析生物阻抗的頻譜特性。1957 年，Schwan提出的頻散理論進(jìn)一步補(bǔ)充了對生物組織電學(xué)特性的闡述。生物電阻抗的理論基礎(chǔ)至此基本成型[4]。

在實(shí)現(xiàn)對生物電阻抗測量的技術(shù)方面，早期采用的方法是使用單頻的交流小信號進(jìn)行生物阻抗的測量。由于存在個(gè)體以及待測部位的差異，對應(yīng)的測量結(jié)果隨之呈現(xiàn)相當(dāng)大的差異。因此，現(xiàn)代測量技術(shù)引入多頻率的交流小信號以降低個(gè)體差異性帶來的誤差。EIT 技術(shù)是20 世紀(jì)末期迅速發(fā)展起來的一種新型的成像技術(shù)，它的雛形出現(xiàn)在20 世紀(jì)20 年代，最早被應(yīng)用于地址勘測領(lǐng)域。地質(zhì)工作者首先將電流注入大地中，通過測量其地表上的電壓分布來確定不同電層的電阻率，經(jīng)過一系列的分析研究，最后結(jié)合巖面和礦物質(zhì)的特性來達(dá)到對礦藏分布的位置及儲量的預(yù)測。電阻抗成像便是基于此建立的。

EIT 技術(shù)在國外的研究相對成熟，已經(jīng)從實(shí)驗(yàn)室階段轉(zhuǎn)向了臨床研究，并取得了顯著成果。英國Sheffield 團(tuán)隊(duì)研究了用于肺部成像EIT 技術(shù)；英國Oxford 團(tuán)隊(duì)主要研究重建算法和自適應(yīng)斷層掃描系統(tǒng)；美國Rensselaer 團(tuán)隊(duì)研究了最佳電流配置和重建算法。國內(nèi)在EIT 技術(shù)領(lǐng)域起步較晚，研究領(lǐng)域主要集中在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、圖像重構(gòu)算法，以及電極系統(tǒng)及臨床實(shí)踐等方面，也形成了自己的特色[5]。經(jīng)過多年的研究和發(fā)展，國內(nèi)在EIT 研究領(lǐng)域也取得了很多成果。激勵頻率也從單一頻率向多頻和掃頻發(fā)展，數(shù)據(jù)處理速度不斷提升，測量精度不斷提高。在成像算法上的優(yōu)化和改進(jìn)使得成像質(zhì)量和分辨率上有大幅提高。但是目前尚處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，大部分醫(yī)療設(shè)備仍需從國外采購，價(jià)格較高。

在軍事訓(xùn)練和作戰(zhàn)任務(wù)中，許多飛行員置身于惡劣的駕駛環(huán)境，如飛機(jī)飛行速度和方向迅速改變引起的過載、高空的缺氧和減壓，以及飛行員高度專注所帶來的神經(jīng)壓力等[6]。研究飛行員對各種不利因素的耐受度以及尋找相對應(yīng)的防護(hù)措施具有重要意義。在航空領(lǐng)域方面，我國在機(jī)載呼吸防護(hù)設(shè)備投入了大量的精力進(jìn)行相應(yīng)的研發(fā)工作，但大多還停留在依靠飛行員自己判斷自身健康狀態(tài)，而缺乏監(jiān)測設(shè)備對飛行員健康狀態(tài)的判斷，從而提醒飛行員及早進(jìn)行自救或聯(lián)系地面采取相應(yīng)救援措施。

本文基于EIT 技術(shù)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種基于生物阻抗成像的飛行員健康監(jiān)測測試系統(tǒng)，初步驗(yàn)證了系統(tǒng)實(shí)時(shí)持續(xù)地監(jiān)測人員健康狀態(tài)的能力，為未來便攜式飛行員肺部健康狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的研究與開發(fā)提供技術(shù)支撐。

1 基于EIT技術(shù)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)了一款基于EIT 技術(shù)的健康狀態(tài)監(jiān)測測試系統(tǒng)，為實(shí)現(xiàn)飛行員肺部健康實(shí)時(shí)持續(xù)監(jiān)測提供了原理驗(yàn)證與功能測試，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程如圖1所示。

系統(tǒng)硬件部分由主控板和兩個(gè)拓展板構(gòu)成，其中主傳感板由三個(gè)部分組成：用于對測量電極片注入交流信號的電流驅(qū)動電路；用于測量電流驅(qū)動輸出電壓的電壓測量電路；帶有ESP32 微控制器的控制電路，最終完成與上位機(jī)之間的通信[7]。拓展板是采集模塊的一部分，通過控制算法，可進(jìn)行不同電極數(shù)量的電壓數(shù)據(jù)采集，并可通過拓展板進(jìn)一步增加電極數(shù)量，進(jìn)而提高測量的精度。

系統(tǒng)軟件部分將測量得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用正則化的高斯-牛頓算法在PyCharm 中實(shí)現(xiàn)了圓形場域的阻抗信息的圖像重建，實(shí)現(xiàn)對不同位置、不同個(gè)數(shù)的成像對象的圖像重建。

1.1 電流驅(qū)動電路

電流驅(qū)動電路由一個(gè)信號發(fā)生器、一個(gè)可調(diào)節(jié)的測量放大器和一個(gè)壓控電流源組成。信號發(fā)生器的作用是產(chǎn)生一個(gè)指定頻率的恒幅差分正弦波形。結(jié)合生物阻抗技術(shù)的測量原理和本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)需求分析，信號發(fā)生器應(yīng)具備多頻率可調(diào)、幅值可調(diào)，以及能夠穩(wěn)定輸出正弦信號等特性。同時(shí)，還需要考慮模塊的功耗、成本和集成度。

本文主要通過兩個(gè)運(yùn)算放大器ADA4841 以一種鏡像的、改進(jìn)的霍蘭德電路配置方式來實(shí)現(xiàn)。改進(jìn)后為帶緩沖反饋的霍蘭德電流源電路如圖2 所示。其與標(biāo)準(zhǔn)霍蘭德電流源電路的區(qū)別在于：額外使用了一個(gè)運(yùn)算放大器構(gòu)成電壓跟隨電路，以驅(qū)動正反饋回路[8]。

1.2 電壓測量電路

考慮到人體安全電流的限制，向人體注入的電流非常微小，因此導(dǎo)致人體表面可以采集到的電壓信號也相對微弱。這對硬件電路的設(shè)計(jì)提出了較高的要求，電路的性能直接影響信號采集和提取的精度。是本文系統(tǒng)需要特別關(guān)注的模塊。

圖3呈現(xiàn)了本文系統(tǒng)中電壓測量電路的示意圖。測量電極獲得電壓信號，其幅值較小且?guī)лd能力非常差。系統(tǒng)中的電壓緩沖放大電路對電壓信號進(jìn)行近端保護(hù)，起到了增強(qiáng)信號質(zhì)量的關(guān)鍵作用。通過使用高通濾波器處理緩沖后的信號，可進(jìn)一步提高信號質(zhì)量。濾波與緩沖后的電信號隨后輸入差分轉(zhuǎn)單端程控放大電路。緊接著信號進(jìn)行調(diào)制，并適當(dāng)降壓以驅(qū)動模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC。

A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換電路是電壓測量模塊的最后一級電路，其功能是將經(jīng)過處理的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為微控制器（MCU）能夠處理和分析的數(shù)字信號。本文系統(tǒng)選用模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片為ADS901E。

1.3 多路復(fù)用板和電極

兩個(gè)多路復(fù)用器板可以堆疊在頂部，并將信號引導(dǎo)到各個(gè)電極。由于EIT 激勵電流和測量信號非常微弱，同時(shí)通道間存在耦合電容，可能導(dǎo)致靠近激勵電極的測量電極產(chǎn)生較大的誤差信號。多路開關(guān)的性能對EIT 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集起到關(guān)鍵作用[9]。因此，需要確保多路開關(guān)在不同通道間的串?dāng)_較小，具備良好的通道隔離性能，以維持信號的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。需要確保多路開關(guān)能夠有效地實(shí)現(xiàn)電極激勵通道及測量通道的快速切換。選用具有較低導(dǎo)通電阻和平坦導(dǎo)通電阻特性的多路開關(guān)，確保信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性和精度。此外，選擇經(jīng)過可靠性測試、具有較長壽命和良好質(zhì)量保證的多路開關(guān)，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和持久性。

綜合考慮，本文系統(tǒng)的多路模擬開關(guān)選用ADI 公司的型號為ADG731 芯片，其為32 通道模擬多路復(fù)用器，配有一個(gè)串行控制的三線式接口。ADG731 將32 路輸入（S1-S32）之一切換至公共輸出D。多路復(fù)用器采用三線式串行接口，并且與接口標(biāo)準(zhǔn)兼容。

EIT系統(tǒng)中，輸入/輸出通道個(gè)數(shù)小于電極數(shù)目，而且EIT 測量方式是遍歷所有電極對，這時(shí)就需要高速模擬多路復(fù)用器模塊來連接電極傳感器和信號輸入/輸出通道[10]。

在EIT系統(tǒng)中電極數(shù)目最常用的是8 電極、16 電極、32電極和64 電極。隨著電極數(shù)量的提高，測量精度也在不斷增強(qiáng)，但是隨之而來的是更長的測量時(shí)間以及電極之間的影響。在多路復(fù)用器的設(shè)計(jì)上，本文選擇使用32 選1 的芯片，EIT 系統(tǒng)激勵和測量方式選擇四端電極的相鄰測量法，相鄰測量法如圖4 所示。

兩個(gè)電極用于施加電流，稱為激勵電極，另外兩個(gè)電極用于測量電壓，稱為測量電極。激勵電極施加電流，而測量電極用于測量電壓。傳統(tǒng)的兩電極測量中，電極與電解質(zhì)接觸會導(dǎo)致電極極化，影響測量準(zhǔn)確性。四電極測量法通過獨(dú)立的電流電極和電壓電極，使得電極極化影響降到最低。

1.4 控制電路

本文系統(tǒng)使用ESP32進(jìn)行控制，其集成了Wi-Fi 和藍(lán)牙雙模，可以在同一設(shè)備上同時(shí)運(yùn)行Wi-Fi 和藍(lán)牙連接。這使得它適用于需要同時(shí)進(jìn)行Wi-Fi 和藍(lán)牙通信的應(yīng)用，如智能家居設(shè)備。同時(shí)ESP32 采用先進(jìn)的電源管理技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)低功耗操作，這對于移動設(shè)備和需要長時(shí)間運(yùn)行的電池供電的應(yīng)用非常重要。

電流驅(qū)動電路和電壓測量電路均由ESP32 微控制器通過SPI 通道和GPIO 引腳控制。通過兩條獨(dú)立的SPI 總線（HSPI 和VSPI）實(shí)現(xiàn)控制電路。第一條SPI 總線用于控制信號發(fā)生器（AD5930）和數(shù)字變阻器（AD5270）。第二條SPI 總線用于IO擴(kuò)展器（MCP23S17），該擴(kuò)展器驅(qū)動多路復(fù)用器的芯片選擇引腳以及各種其他數(shù)字輸入。ADC轉(zhuǎn)換器輸出直接路由到ESP32 GPIO引腳，并以20MHz采樣。

2 系統(tǒng)測量實(shí)現(xiàn)

將EIT 設(shè)備、測量電極片以及被測物連接好后，編寫程序測量信號。將測量需要設(shè)置的參數(shù)輸入庫的構(gòu)造函數(shù)中去，然后調(diào)用庫的take_measurement（）函數(shù)開始收集數(shù)據(jù)，通過初始化構(gòu)造函數(shù)進(jìn)行確定電極數(shù)量，再通過自動校準(zhǔn)，最大化ADC通道范圍內(nèi)的電壓響應(yīng)，校準(zhǔn)完成后，可以通過take_measurement（）函數(shù)開始收集數(shù)據(jù)。默認(rèn)情況下，測量數(shù)據(jù)按順序從電極對檢索，即從一個(gè)電極對開始，然后從陣列周圍的其余電極對檢索。通過Arduino IDE 的串口傳輸助手，將EIT 測量板測量數(shù)據(jù)返回到上位機(jī)中。使用Python 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最終完成被測物的成像[11]，現(xiàn)有健康狀態(tài)數(shù)據(jù)對比，反映出健康狀態(tài)。

3圖像重建

EIT技術(shù)包含正問題和逆問題的求解。正問題是指根據(jù)物體體內(nèi)的電導(dǎo)率的分布和注入的電流值來計(jì)算物體周圍的電位值，如圖5 所示。逆問題則是根據(jù)注入的電流和物體周圍測量出來的電位值來求解物體內(nèi)部的電阻率的值及其分布，如圖6所示。

在實(shí)際的情況下，EIT系統(tǒng)中的電流場其實(shí)是一個(gè)三維場，但由于三維效應(yīng)對人體不同部位的影響不同，在當(dāng)較大縱向范圍內(nèi)橫截面電導(dǎo)率分布差別不大的部位影響較小時(shí)，忽略不計(jì)，可將EIT場域近似為二維場域進(jìn)行研究。

對于電阻抗成像而言，由于施加的電流為低頻恒定電流，一般小于100kHz，可以使得位移電流忽略不計(jì)，為了計(jì)算方便，本文做出以下假設(shè)：（1）電流場滿足似穩(wěn)條件，即待測場域的最大尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于電流場的波長。這樣便可以使得場域中任何一點(diǎn)電流的變化都是同步的[12]。（2）為了可以在場域中應(yīng)用歐姆定律，以及電場強(qiáng)度和自由電荷分布之間的關(guān)系式，需要假設(shè)場內(nèi)沒有與外加電流頻率相同的電流源[12]。（3）假設(shè)被研究的物體可以視為一個(gè)離子導(dǎo)電體。（4）為了問題簡化，假設(shè)場域的電導(dǎo)率與電流密度無關(guān)，且是各向同性的。這樣電導(dǎo)率的分布就可以用標(biāo)量函數(shù)來進(jìn)行表示。

當(dāng)滿足以上假設(shè)和條件，被研究的物體體內(nèi)的電流場可以視為一個(gè)準(zhǔn)靜態(tài)場，根據(jù)麥克斯韋方程組、歐姆定律和拉普拉斯方程，得到

通過以上的拉普拉斯方程組和邊界條件，可以根據(jù)測量得到的邊界節(jié)點(diǎn)的電位計(jì)算出被測物體內(nèi)部的電導(dǎo)率分布。

當(dāng)涉及電阻抗成像時(shí)，有動態(tài)電阻抗成像（DEIT）和靜態(tài)電阻抗成像（SEIT）兩種主要方法。DEIT 法通過在生物體內(nèi)施加交變電流，并測量相應(yīng)的電壓響應(yīng)來實(shí)現(xiàn)成像。這種方法涉及在不同時(shí)間點(diǎn)應(yīng)用交變電流，然后測量相應(yīng)的電壓，通過這些電壓數(shù)據(jù)構(gòu)建圖像，反映生物體內(nèi)的電阻抗分布。動態(tài)電阻抗成像可以提供關(guān)于生物體組織結(jié)構(gòu)和特性的動態(tài)信息。DEIT 法通常需要復(fù)雜的電子設(shè)備和算法來處理動態(tài)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)較為復(fù)雜。SEIT 法通過在生物體內(nèi)施加恒定電流，并測量相應(yīng)的電壓響應(yīng)來實(shí)現(xiàn)成像。系統(tǒng)穩(wěn)定性較高，適用于研究生物體內(nèi)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)、器官形態(tài)和位置等。EIT 逆問題是一個(gè)高度病態(tài)且非線性的問題。這種問題存在不唯一解，并且對輸入數(shù)據(jù)中的微小擾動非常敏感，這使得無法通過解析方法得到精確解。因此，通常必須依賴數(shù)值方法來求解。需要建立仿真模型，設(shè)定并使用初始電阻率分布進(jìn)行正向計(jì)算，得到模型內(nèi)部的電流分布和邊界電壓分布?；谶吔珉妷悍植?，利用圖像重建算法（如反問題求解算法）嘗試重建更準(zhǔn)確的電阻率分布。根據(jù)重建得到的電阻率分布，不斷修正初始電阻率分布的估計(jì)值。使其逼近實(shí)際的阻抗分布。

基于牛頓算法的EIT 圖像重建過程包括構(gòu)建與邊界測量電位有關(guān)的目標(biāo)函數(shù)，從目標(biāo)函數(shù)中獲取電導(dǎo)率的步長，進(jìn)而獲取電導(dǎo)率的更新值并計(jì)算相應(yīng)值下的邊界電位，將實(shí)際測量電位與正問題計(jì)算的電位進(jìn)行比較，直至兩種電位的差值滿足問題的求解條件。此時(shí)的電導(dǎo)率即為目標(biāo)函數(shù)的解[14]。

正則化高斯-牛頓算法流程如圖7 所示。采用正則化高斯-牛頓算法解決EIT 逆問題，利用相關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行求解。首先，對場域模型進(jìn)行有限元剖分，得到141 個(gè)節(jié)點(diǎn)和248 個(gè)剖分單元。在被測場域模型中設(shè)置均勻的初始電導(dǎo)率分布為250S/m，將目標(biāo)區(qū)域電導(dǎo)率設(shè)為50S/m，并以不同顏色加以區(qū)分。設(shè)定正則化參數(shù)為0.00001，采用16 個(gè)電極，通過計(jì)算得到電極上的電位分布，并在不同迭用相對激勵-相鄰測量方式。通過正問題代次數(shù)下進(jìn)行仿真，生成成像結(jié)果如圖8～圖10 所示，歸一化尺度下電導(dǎo)率單位S/m。

根據(jù)以上結(jié)果圖顯示，使用具有16 電極的EIT 系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)良好的成像效果。該系統(tǒng)不僅能夠有效區(qū)分不同大小的目標(biāo)，還能準(zhǔn)確定位和檢測這些目標(biāo)。隨著迭代次數(shù)的增加，場域的阻抗分布變得更加清晰。采用正則化的高斯-牛頓算法可以大致反映被測場域的電阻抗分布，而且成像速度較快。然而，在目標(biāo)區(qū)域周圍可能會出現(xiàn)一些偽影，這是由成像算法的誤差和重構(gòu)過程的病態(tài)性造成的[8]。

此外，通過引入正則化參數(shù)和單位矩陣，能夠減小海森矩陣最大和最小特征值之間的差值，從而降低海森矩陣的條件數(shù)，改善其病態(tài)性。正則化參數(shù)的選擇與病態(tài)性改善相關(guān)，其取值既不能過小也不能過大。取值過小則可能增加海森矩陣的條件數(shù)，從而影響改善效果；而當(dāng)值過大時(shí)，可能影響海森矩陣所包含的信息。同時(shí)，隨著迭代次數(shù)的增加，重建圖像變得更清晰，但也會導(dǎo)致運(yùn)行時(shí)間增加，影響系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。

因此，如何選擇最適合的正則化參數(shù)和迭代次數(shù)需要進(jìn)一步深入研究，以進(jìn)一步完善成像結(jié)果，更準(zhǔn)確、更快速地反映場域內(nèi)的阻抗分布情況。

4 結(jié)論與展望

高性能戰(zhàn)機(jī)持續(xù)高載荷、高角加速度等特點(diǎn)，以及飛行環(huán)境中突發(fā)的急性缺氧、呼吸肌疲勞等對飛行員的機(jī)體儲備、特別是對心肺功能的耐受力提出了較高要求。本文基于EIT 技術(shù)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種基于生物阻抗成像的飛行員健康監(jiān)測測試系統(tǒng)?；趨⒖技皽y試的相關(guān)電壓數(shù)據(jù)，采用正則化的高斯-牛頓算法在PyCharm 中實(shí)現(xiàn)了圓形場域的阻抗圖像重建，解決了EIT 的逆問題，實(shí)現(xiàn)了對不同位置、不同個(gè)數(shù)的成像對象的圖像重建。初步驗(yàn)證了系統(tǒng)實(shí)時(shí)持續(xù)地監(jiān)測人員肺部健康狀態(tài)的能力，可為便攜式飛行員肺部健康狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的研究與開發(fā)提供技術(shù)支撐。

目前國內(nèi)外對飛行員飛行中肺功能狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用較少，大多仍停留于地面訓(xùn)練。對于此類系統(tǒng)進(jìn)一步深入研究與開發(fā)能為飛行員的健康監(jiān)測提供便捷而有效的解決方案，為飛行員自救及地面人員對飛行員施救提供有力保障。