无创生物电阻抗成像是当今生物医学工程领域重大研究课题之一。生物组织电阻抗的变化与其生理和病理状况密切相关,因此生物电阻抗成像技术能为医学诊断和医学研究提供有价值的信息。生物电阻抗成像不但能反映解剖学结构且能给出功能性结果,与CT、超声等成像技术相比具有一定的优势。基于磁共振成像系统的生物电阻抗成像技术(MREIT)是近几年发展起来的新型非入侵式成像技术,该技术的成像精确度与空间分辨率都较普通阻抗成像技术要高很多,受到了越来越多阻抗成像技术工作者的关注。由于MREIT的磁场能穿透如颅骨和胸部脂肪等低电导率的表层生物组织而作用到深层组织,该阻抗成像方法能提供更多关于组织内部的信息。目前MREIT技术在头部组织应用上存在以下问题:1)大多数MREIT头部成像算法都是基于头部组织均质阻抗成像,对非均质电导率的研究甚少；2)成像物体在核磁共振成像系统中的旋转问题。这两个问题阻碍了MREIT技术在头部阻抗成像应用上的继续发展。本课题从MREIT在人体头部阻抗成像上的应用,即图像重构算法入手,从机理和结论方面,比较研究了多种算法,进行了以下的工作:针对上述两个影响MREIT技术发展的问题展开了研究,首先对头部组织电导率均质、非均质和各向异性电特性对电阻抗成像问题中电磁场分布的影响进行了分析,提出了几种三维MREIT成像算法,实现了对三维物体的阻抗重建；针对成像物体在MRI系统中的旋转问题,提出了利用单个／两个方向磁感应强度测量值对三维物体电导率分布进行重建的MREIT算法。上述算法的可行性与有效性均在头模型上进行了计算机仿真实验验证,并取得了令人满意的结果。　　 本论文安排如下:　　 第一章简述了选题意义,介绍了脑功能成像中头部阻抗成像的研究背景、意义和头部阻抗成像的基本问题,从有创和无创两个角度对阻抗成像方法进行了介绍,总结了各种成像方法的优势和局限性以及目前头部阻抗成像研究中的重点和难点,最后介绍了本论文的主要研究内容和创新点。　　 第二章介绍了MREIT的数学描述,从正问题求解和逆问题求解两方面对MREIT问题的数值和解析解进行了研究。　　 第三章介绍了头部组织非均质和各向异性电特性对阻抗成像问题中电磁场分布的影响。对头部组织电特性,包括组织均质电导率、非均质电导率及各向异性电导率对传统EIT及MREIT的正问题中电磁场分布的影响进行了研究,为MREIT技术在头部组织成像中的应用奠定了一定程度的理论基础。　　 第四章主要将均质电导率重构的RBF-MREIT算法扩展到重构头部大脑内各向同性的脑脊液、灰质组织和各向异性的白质组织电导率上。对建立在扩散张量核磁共振成像(Diffusion Tensor-Magnetic Resonance Imaging,DT-MRI)数据基础上的白质组织各向异性电导率和各向同性的灰质、脑脊液目标电导率进行重构。在五层真实形状头模型(包括头皮、颅骨、脑脊液、灰质和白质组织)上进行的仿真实验结果表明将MREIT技术用于头部结构复杂组织的电导率(白质各向异性和灰质、脑脊液各向同性)重构是可靠且有实际研究意义的。　　 第五章首先应用基于敏感度矩阵的MREIT算法对简单模型进行阻抗成像；并为了解决现有MREIT技术在头部阻抗成像应用上的局限性,提出了基于By-Bz分量的代数重构MREIT算法来对头部各组织非均质电导率分布进行重构；并进一步提出了two-Step MREIT算法对更加精细复杂的头部组织非均质电导率分布进行重构。在真实头模型上进行的仿真实验研究结果表明,上述算法可以比较精确地重构出组织的非均质电导率并具有良好的抗噪声能力,重构的阻抗图像具有较高的分辨率；利用Two-Step MREIT算法对占位性病变组织电导率检测进行的仿真研究结果表明,该算法在临床应用上有一定的可行性,并具有潜在的发展空间。　　 第六章总结了全文的工作并对未来的工作进行了展望。