基于三维模型的改进正则化ERT成像算法

电阻层析成像（ERT）通过对被测场边界注入电流,测量被测场电压变化,重建物场内电导率．针对ERT成像分辨率低,提出一种基于三维模型的改进Tikhonov迭代电阻成像算法．针对Tikhonov正则化参数选择问题,提出基于同伦映射的方法,并利用非线性函数Sigmoid调节正则化参数,以获得的图像灰度值作为Tikhonov迭代法的初始值进行迭代,重建敏感场图像．仿真及实验结果表明,该方法有效地改进了ERT图像质量．     

基于内阵列电极的ECT/ERT双模态成像

电学层析成像(ET)技术正逐渐应用于各工业过程中.目前,实现ECT/ERT双模态成像一般通过双截面的ECT和ERT组合技术完成,因此难以实现同一截面、同时间获取信息的融合.文中设计了内置式单阵列电极的ECT/ERT双模态传感器,并进行了单模态和双模态的相应实验.仿真和实验结果表明,该双模态传感器不仅结构简单、安装方便,而且可实现油水两相流同一截面、同时间的连续测量,实验中含油率的测量值与理论计算值较好地吻合,有效拓宽了单阵列电极油水两相流范围.     

电阻层析成像激励电极加权研究

电阻层析成像（ERT）技术逐步进入到了工业应用研究阶段，根据物体内部介质的电阻率（或电导率）的不同，通过对物体表面电流、电压的施加、测量来获知物体内部电导率的分布，进而重建出反应物体内部结构的图像，与传统的过程参数技术相比，具有非侵入、无辐射、成本低等许多优点。计算发现相邻激励模式电流密度过于集中，气泡出现在激励附近时，场域电流密度变化很大，提出对于泡状流气泡出现在气泡附近进行主动检测，获得的数据用于电极主动加权，加大激励电极权值和减少激励电极权值可分别对边界处成像和对中心处成像有利。     

电磁层析成像中基于半周期采样的数字解调方法

电磁层析成像技术(EMT)是一种新型的电学层析成像技术.它可实现被测物场电导率和磁导率截面的分布成像,相敏解调是其硬件系统的关键环节.研究了一种基于半周期采样的正交序列解调方法,从频域的角度给出了相应的理论解释,并给出了基于Matlab的仿真结果和基于实际硬件系统的实验结果.结果表明,基于半周期采样的正交序列解调方法明...     

电磁层析成像中激励电流频率的选择

电磁层析成像技术中激励电流的频率影响硬件电路的设计难度和图像重建质量,根据高频电流的趋肤效应和趋肤深度的计算方法,总结出不同被测介质的激励频率规律。简单介绍了电磁层析成像技术的优点,根据其物理模型和高频电流趋肤效应计算方法,绘制激励电流频率和非导磁性介质导电率、趋肤深度的关系,给出了常见不同材质被测物激励频率的大致范围,并比较了相同被测物、相同物场空间位置和相同激励-检测方向下,不同频率激励电流下获得的图像重建结果,得出结论,金属需要较低的激励频率,kHz或者更小。而像生物组织和含水物体等电导率介质,需要MHz范围的频率。     

基于ECT的高速数据采集系统探讨

ECT成像技术和使用非常灵活,由于它主要使用多相流的参数检测,检测多相流的活动过程,所以使用此技术需要有较高的数据采集和处理速度.但是ECT成像技术相对价格要高些,直接影响了它的更广泛应用.因此,本文主要讨论ECT成像技术的原理,使用和采集系统.以更快优化ECT的层析成像技术,使此技术更快造福人类.     

ECT系统中重建高介电常数对象的算法

针对电容层析成像(ECT)系统中常用的快速图像重建算法线性反投影(LBP)算法在重建高介电常数成像对象的图像时,重建的图像质量差,提出一种高介电常数成像对象的快速图像重建算法,根据不同介电常数成像对象的成像敏感场分布图具有高度相关性的特点,采用成像敏感场灵敏度替换法提升高介电常数对象的成像敏感场灵敏度,利用正则化图像重...     

电阻层析成像场域的三维仿真

为了进一步认识电阻层析成像(ERT)系统中敏感场的分布特性,通过采用有限元数值仿真(FEA)的方法建立三维模型并求解,得到了ERT传感器敏感场的三维空间分布,分析了场域分布的不均匀性。并在此基础上,研究了电极构造、空间排列、激励模式等对所建立的场域带来的影响,结果显示,电极长度增加可以改善激励场域,而且相对激励模式所产生的场域要优于相邻激励模式。这些结论为改进敏感场电极阵列的设计,降低反成像算法带来的误差以及还原图像的解释等提供了便利与依据。     

利用ECT信息改进EST图像重建

提出了基于电容层析成像(ECT)与静电层析成像(EST)的双模态传感器技术.该技术应用电容层析成像重建得到的介质分布结果作为先验信息,提高了静电层析成像的图像重建精度.针对静电荷对ECT测量值的干扰进行了探讨.理论分析表明,ECT采用交流法检测电容,在高频交流激励、带通滤波方式下,微小电容检测系统可以消除颗粒感生电荷噪声的低频干扰.针对电荷灵敏场受介质分布的影响进行了研究,数值仿真计算表明,采用ECT提供的介质分布信息可修正实际流型下的电荷灵敏度,降低EST电荷分布反演的不确定度.由于EST的相对图像误差、相对电荷余量等图像重建指标均有所减小,所以图像相关性更好.     

ERT／ECT双模态敏感阵列电极优化设计

在过程层析成像系统中,传感器电极阵列的设计直接影响到整个系统．为了使系统获得更高的图像分辨率,通过电磁场有限元仿真软件COMSOL分析,构建ERT／ECT双模态敏感阵列电极三维模型．基于敏感场分布的均匀性、相关系数及空间分辨率等优化指标,进行了ERT／ECT双模态敏感阵列电极优化设计．实验表明,三维ERT电极选圆形电极,且其电极直径为0．3s;而三维ECT阵列电极选矩形电极,其宽为0．65s,高为1．8R（s为2πR／16;R为管道半径）为佳．优化设计的敏感阵列电极可获得较均匀的灵敏场分布及较高图像质量．     

基于高场3T磁共振的人体组织电特性成像

结合现代的影像学方法,提出了一种基于磁共振成像的生物组织电特性成像方法.根据磁共振图像扫描信号中包含目标体的电导率和介电常数等信息这一原理,从法拉第定律和安培定律出发,推导出了激励射频磁场与电特性之间的关系.利用基于双角度法的自旋回波扫描序列,对志愿者头部进行了高场3 T下的磁共振成像实验,初步得到了质子密度像、射频场映像以及相应的电特性像.改进的算法中引入梯度项后,图像上不同组织内部的电特性变化更加明显.与传统电阻抗成像以及常规磁共振成像相比,本文的新型磁共振电特性成像兼具高对比度和高分辨率的特点,作为一种功能成像,有望在相关重大疾病的预防和诊断方面发挥作用.      

单电流注入的三维MREIT快速重建及实验

磁共振电阻抗成像（MREIT）是将磁共振成像（MRI）与传统电阻抗成像（EIT）技术相结合的一种电导率成像技术,通过提供成像体精确的几何信息与成像体内部的磁通密度值,改善了电阻抗成像的病态性,使得电导率图像的分辨率显著提高．针对MREIT系统的快速成像问题,在分析磁共振电阻抗成像的数学模型和正逆问题的基础上,提出利用单次电流的磁通密度分量即可进行电导率图像重建的方法,缩短了测量时间,并降低了电极间的电磁干扰;将灵敏度矩阵法扩展到三维MREIT,采用半解析法计算灵敏度矩阵,使得图像重建速度得到提高;并通过仿真与仿体实验验证了该方法的有效性．结果表明获得的电导率分布图像具有较高的分辨率和图像质量,测量与重建时间的缩短为MREIT的临床应用奠定了基础．     

三维电阻抗成像的测量模式

电阻抗成像技术（EIT）是一种非侵入的成像技术,通过测量介质的边界参数,从而获得介质的分布状态．为研究EIT的测量模式对其数据测量和图像重建的影响,借助仿真软件COMSOL建立了具有双层电极结构的EIT系统．设计和采用了4种典型的激励模式和2种测量模式,并通过评价指标进行比较．结果显示,在理想条件下,几种模式的组合表现均可．考虑到既易于测量且成像质量高,推荐双层24电极EIT系统使用同层准对向驱动模式．     

Magnetoacoustic tomography with current injection

Magnetoacoustic tomography combines the advantages of electrical impedance tomography with sonography.It can reconstruct conductivity images of biological tissue with high spatial resolution and high contrast.In addition,magnetoacoustic tomography is a new nondestructive functional imaging technology,with which we can realize the early diagnosis of human diseases.In this paper,through theory analysis we deduced the analytical formula of acoustic pressure.Computer simulation and experimental studies on magnetoacoustic tomography with current injection(MAT-CI)were made,and a copper ring was used as the model for the simulation and experiment.Experimental setup and methods are introduced,and the acoustic signals and the image of a metal object by means of MAT-CI are presented.Results of the simulation and experiment were in a good agreement.The reconstructed image of an acoustic source can reflect the conductivity information of a sample.The conductivity distribution of a sample can be obtained by means of MAT-CI.The results provide foundations of study on a model with complex conductivity distribution and tissues for MAT-CI.     

代数重建和同步迭代重建在电容层析成像中的比较研究

针对电容层析成像技术(ECT)中的逆问题——图像重建算法的非线性和病态性问题,以12电极电容层析成像系统为对象,研究了代数重建算法(ART)与同步迭代重建算法(SIRT).分别对仿真电容值和实测电容值进行图像重建的实验验证,从成像效果、相对误差及重建时间3个方面对这两种算法进行了评估与分析.结果表明,ART算法和SIRT算法均能有效地实现ECT图像重建,其中SIRT算法能够在100次迭代内达到高精度,在收敛速度和成像效果上更具有优势.     

基于分割Bregman迭代的内-外置电极电容层析成像

针对电容层析成像(electrical capacitance tomography,ECT)逆问题的病态性和不适定性,提出了一种基于分割布雷格曼迭代(split Bregman iteration,SBI)的图像重构算法。在目标函数中引入基于参考图像的正则化、低阶约束和空间约束,从而提高成像质量和空间分辨率。对内-外置电极的ECT敏感场内环形区域进行图像重建。仿真结果表明:与Tlkhonov正则化算法和Landweber迭代算法相比,基于布雷格曼迭代的图像重建算法具有较好的空间分辨率,图像误差降低至0. 162 1,图像相关系数提升至0. 874 4,图像重建的精度和质量较高,说明了该算法在ECT图像重建领域的可行性和有效性。     

流型自适应的归一化方法对Tikhonov正则化算法的改进

电容层析成像的成像数据采用不同的归一化模型,对重建图像的质量有重要影响.针对两相流的典型流型,研究了采用不同的归一化模型时,Tikhonov正则化算法性能与流型及相含率的相关性.仿真采用新的归一化模型与常规的模型处理电容测量值,重建原图像.结果表明,基于单一的归一化模型,不能在各流型分布下都有最好的成像效果.提出了基于流型识别、自动适应流型的归一化方法,新方法提高了Tikhonov正则化算法的性能.