颅脑电阻抗断层成像（Electrical Impedance Tomography,EIT）是EIT应用的一个重要领域，对及时有效监测颅脑出血等危重病症有重要意义。在人体头部的各种组织中，颅骨的电阻率远远高于头部其他组织，对流过头部的电流有很强的屏蔽作用。同时，颅骨具有形状不规则、电阻率分布不均匀等特性，这些特性对颅脑EIT成像精度和生物电逆问题的研究有显著影响。探索颅骨特性对颅脑EIT成像的影响是颅脑EIT研究领域的一个关键问题。因此，建立近似真实形状和非均匀电阻率分布的颅骨模型，探索颅骨特性对颅脑EIT成像的影响，对颅脑EIT研究的深入开展具有重要现实意义。　　目前，由于国际上缺乏对颅骨结构和电阻率变化的研究，大多数课题组关于颅脑EIT的研究主要集中于计算机仿真领域，未见关于真实结构和电阻率分布的头部物理模型的研究报道。但是实际测量是一个复杂的、多种因素相互作用的过程。计算机仿真可以指导物理实验，但参数设置过于理想化，不能代替物理实验，其仿真结果需要经过物理实验的证实。此外，动物的颅骨与人脑颅骨差别较大，动物实验不可控因素较多，不利于研究单一因素的作用。相对于计算机仿真实验和动物实验，基于头部物理模型的实验研究可以更好地接近真实情况，有利于定量研究颅骨不规则形状、高电阻率、非均匀电阻率分布等因素对颅脑EIT定位精度和分辨率等方面的影响，便于评估应用于颅脑EIT的硬件系统和成像算法，易于模拟临床病例，为推动颅脑EIT在临床的进一步应用打下基础。基于以上原因，结合课题组前期研究成果，本文围绕近似真实头部物理模型的建立从以下几个方面进行了探索：　　⑴不同水粉配比的石膏与其电阻率之间的相关关系研究　　得到不同水粉配比的石膏与其电阻率的关系是准确建立头部物理模型的前提。为了得到更加接近人体真实情况的数据，本研究模拟人体的测量环境，严格控制温度、湿度条件，测量不同水粉配比的石膏电阻率。通过多组测量，减小了误差，最终得到了在一定温度和湿度条件下石膏水粉配比与其电阻率之间的相关关系，为建立颅骨模型提供了依据。　　⑵建立三种不同的头部物理模型　　依据石膏水粉配比与其电阻率之间的相关关系，结合课题组在人脑颅骨阻抗特性与电阻率分布方面取得的研究成果，本文利用激光快速成型技术和口腔修复中的取模工艺建立了三种不同的颅骨物理模型，分别是均匀电阻率分布的半球形颅骨模型、均匀电阻率分布的头形颅骨模型和非均匀电阻率分布的头形颅骨模型。在此基础上，本研究还制作了相应的树脂容器，搭建了包含逼近真实头部特性的物理模型实验平台。　　⑶基于头部物理模型的成像实验研究　　基于三种不同的头部物理模型，从定性、定量两个方面分别研究颅骨外形和电阻率非均匀分布对颅脑EIT成像的影响，验证不同算法的成像效果。实验表明，颅骨形状和电阻率分布特性对图像的质量、定位误差有显著影响。如果重构模型忽略了这些特性信息，则会降低图像质量,增大定位误差，反之，则有利于改善成像性能。实验结果为算法的改进提供了依据，证明了头部物理模型对算法研究的有效性和实用性。　　总之，本文围绕建立近似真实形状和非均匀电阻率分布的头部物理模型开展了一系列研究，主要研究特色和创新之处有：　　⑴首次在近似人体环境下研究了上海硬石膏水粉配比与其电阻率之间的关系，拟合出二者的计算公式，并扩展了上海硬石膏水粉配比的研究范围，为建立近似真实头部物理模型提供了更准确的实验依据。　　⑵首次建立了近似真实形状和非均匀电阻率分布的颅骨模型，并搭建了头部物理模型实验平台，为进一步研究颅骨特性对颅脑EIT成像的影响提供了实验条件。　　⑶基于建立的头部物理模型进行了一系列成像实验，定性、定量地分析了颅骨形状和非均匀电阻率分布对成像的影响，验证了阻尼最小二乘（Damped least Square,DLS）算法和自适应阻尼最小二乘（自适应DLS）算法的成像性能，为算法的改进提供了实验依据和方向，证明了头部物理模型的实用性。