开放式电阻抗成像建模及其仿真

为克服封闭式电阻抗成像电极位置不确定性引入的图像重构误差,采用固定电极阵列的开放式电阻抗成像(open electrical impedance tomography,OEIT)模型。将求解整个开放场域电磁场边值问题,近似转化为局部的虚拟场域。通过仿真实验选取有效边界参数和电极阵列结构。利用有限元法求解OEIT的正问题,采用一步牛顿法进行图像重构。实验结果表明OEIT能够探测到目标位置、区域以及电导率的变化,重构图像较清晰。OEIT在浅层体表具有较好的分辨率和定位准确度,有一定的临床应用价值。     

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．     

生物电阻抗复合检测及成像系统设计

根据临床应用中对疾病快速检测及定位的需求,提出了磁感应结合电阻抗的复合检测方式,利用磁感应方式无须直接接触,测量效率高.而采用加密和交叉测量的电阻抗测量方式,检测深度大,定位准确.实现了便携的一体化硬件设计,稳定的双恒流源激励,可加密的复合检测方式,交叉平面数据获取,三维图像重构成像等,通过复合电阻抗成像物理模型分析两种方式相结合后场域内电导率、分辨率、相对位置误差等,结合灵敏度关系分析该方式的特点,形成了包括精准前端采集、高效图像处理、适用范围广的软硬件系统,能够获得微弱的生理信号采集,满足床旁实时动态监测,快速医疗诊断,以及社区医疗初步筛查等需求.     

MDEIT中电流密度成像替代电导率成像的可行性分析

针对新型磁探测电阻抗成像技术的正问题,利用有限元方法求解得到目标体内部的电压和电流密度分布,然后根据Biot-Savart定律获得目标体外部的磁感应强度数据,并且分析了有限元方法计算正问题的精度.结果表明,其足以用于磁探测电阻抗成像的电导率图像重建.在此基础上,通过仿真实验发现环形电极模式避免了电流的扩散效应,远离电极部分的z方向电流密度图像与电导率图像一致,以电流密度成像替代电导率成像,使得磁探测电阻抗成像简化为磁探测电流密度成像,缩短了数据测量时间和图像重建时间,为快速成像奠定了基础.     

三维电阻抗成像系统激励模式仿真分析

为克服电阻抗成像(electrical impedance tomography, EIT)信息量少,正、逆问题计算时由于实际三维场近似到二维时引入误差等弊端,在开放式EIT基础上改进一维电极阵列为二维电极阵列,拓展求解域到整个三维场,以增加信息量,消除模型误差。针对目前EIT的几种激励模式,运用有限元法求解不同模式下的正问题,以区分度和表面投影成像的方法评估各种激励模式对三维场域内扰动的敏感度。结果表明背电极方式在探测深度、精度上具有明显优势,临床应用简便,可为下一步三维EIT的研究提供参考。     

医用电阻抗成像系统的模块化设计

电阻抗成像是一种新的无损伤的功能成像技术．采用模块化设计,建立一种基于物理模型的医学电阻抗成像硬件系统．该系统主要有恒流源模块、驱动模块、测量模块、信号处理模块、控制和成像模块组成．该系统通过测量被测目标表面电信号并进行分析和处理,再通过逆问题求解,重构出电阻抗分布图像．实验表明,该系统设计合理,工作稳定,具有实时检测、使用方便及扩展性强等特点．     

适用于家庭健康检测的生物电阻抗测量系统

针对家庭健康检测的需求,研制了一种低成本的生物电阻抗测量系统。采用由一对激励电极及一对敏感电极组成的四电极结构,利用单片机结合低通滤波器产生50kHz的正弦波恒流信号,施加在与人体皮肤接触的激励电极对上,通过测量敏感电极对的电压,实现人体生物阻抗的检测,有效克服了接触电阻抗以及空间电磁波的干扰。利用该系统对人体腿对腿间的生物电阻抗进行了实际测量,并将测量结果与TanitaBF-639的测量结果进行了对比分析。结果表明,这种测量系统在测量结果的线性、重现性、稳定性及准确性等方面的性能可满足人体成分测量的要求,为人体肥胖程度的家庭检测提供了一种有效的工具。     

适用于家庭健康检测的生物电阻抗测量系统

针对家庭健康检测的需求,研制一种低成本的生物电阻抗测量系统。采用由一对激励电极及一对敏感电极组成的四电极结构,利用单片机结合低通滤波器产生50 kH z的正弦波恒流信号,施加在与人体皮肤接触的激励电极对上,通过测量敏感电极对的电压,实现人体生物阻抗的检测,有效克服了接触电阻抗以及空间电磁波的干扰。利用该系统对人体腿对腿间的生物电阻抗进行了实际测量,并将测量结果与T an ita BF-639的测量结果进行了对比分析。结果表明,这种测量系统在测量结果的线性、重现性、稳定性及准确性等方面的性能可满足人体成分测量的要求。这为人体肥胖程度的家庭检测提供了一种有效的工具。     

脑水肿与脑出血的动态阻抗测量和阻抗成像基础研究

利用电阻抗成像技术,分别从一维阻抗测量、二维断层成像、三维立体成像等三个方面对颅内脑水肿、脑出血进行仿真研究,并对一维电阻抗成像进行了临床实验,同时还对电流的透颅效果进行了动物实验和仿真研究。研究结果表明：低频电流能够穿过颅骨;从一维颅表测量的电阻抗变化,可以反映颅内出血和水肿的动态过程;利用二维电阻抗断层成像可以反映颅内出血的变化情况;三维电阻抗重建图像对目标定位准确,可以分辨出多个成像目标。以上研究结果为脑水肿与脑出血的图像实时监护奠定了理论基础,积累了临床实践经验。     

神经元集群电信号探测用微电极阵列

介绍了一种用于神经元集群电信号探测的2 x2微电极阵列芯片.该芯片集成了4个直径为20 μm、中心间距为100μm的圆形微电极.4个电极点周围都布满地线作为参考电极,4个电极点与参考电极的间距分别为5,10,15和20μm.芯片版图设计及验证采用华大九天系统设计软件Zeni完成,并通过无锡CSMC公司的0.6 μm DMDP CMOS标准工艺实现,芯片面积为O.28mm x0.40mm.对芯片进行了在晶圆电学测试,采用频率为10 Hz～1MHz,幅度为50 mV的正弦信号作为输入信号,分别测试4个电极点的阻抗特性.测试结果表明,在10 kHz处4个电极点的等效阻抗模值在0.7～2.1 MΩ之间,达到了细胞外电信号测量的要求.在芯片表面进行了1-929细胞和胎鼠海马神经元培养实验,结果表明芯片经过表面生物相容性修饰后可用于细胞外电信号测量.     

一维热波法测量薄膜纵向热扩散系数

针对薄膜样品的纵向热扩散系数测量的困难性,研究了利用稳态纵向热流法(SCHF)的测量结构和Angstrm法的一维热波理论相结合的方法,分析了热波在样品中传播的过程,并导出了样品的纵向热扩散系数.文中测量了厚度为30 μm~1 mm的聚四氟乙烯、聚氯乙烯和聚丙烯薄膜,结果表明,该方法是真实可信的.     

基于线线关系的正轴测投影线图研究

提出了一种从单幅正轴测投影线图求解平面立体线框的新方法。根据正轴测投影线图中隐含的直线与直线之间的相互关系建立约束方程。考虑画出隐藏线的正轴测投影线图,根据线画图中隐含的约束条件,建立一个线性系统,通过求解该线性系统,得出平面立体的三维信息。     

一种新型地下管线方位测量与重建方法

在非开挖管道的探测中,由于管线的绝对位置难以测量,管道中心线的形状重建是一个关键性问题.提出了一种根据管道中心线在离散点上切线的空间方向角进行平面和空间形状重建的方法,通过两相邻离散点之间的空间位置关系,建立递推方程,以此将管道中心线形状重建出来.通过仿真算例验证该方法的重建误差在2%以内.同时也介绍了基于此测量方法的地下管线检测系统中传感头的设计,并进行了相应的实验,获得了良好的效果.     

柱面NAH中的采样间隔取值研究

目前柱面NAH的重建参数选取方面未见有专门分析,多数沿用平面NAH的选取原则,或作为平面NAH的延伸稍加讨论。但两者在算法实现等方面存在较大差异,应单独对其重建参数选取进行研究;该文系统分析了2种NAH在参数选择方面的不同之处,对柱面NAH中采样间隔的取值做了细致分析,并综合考虑了它与其它重建参数间的相互关系;在这些研究的基础上,给出了采样间隔在轴向和周向的取值范围,文中采用数值仿真验证了结论的正确性。     

排球扣球动作的三维手势重建系统设计

为了精确、快速、低成本地获得运动员的排球扣球动作三维手势模型并对其进行数字化模拟,需要对排球扣球动作的三维手势进行重建系统设计。传统的基于多台Kinect的排球扣球动作三维手势重建系统设计方法,首先使用两台Kinect分别采集运动员排球扣球动作二维手势图像的点云数据,通过标定得到两台Kinect采集到的排球扣球动作二维手势图像姿态关系;然后基于标定结果,使用迭代最近点算法对两部分排球扣球动作三维手势图像的点云数据进行配准得到完整的排球扣球动作三维模型。存在重建成本高,噪声干扰严重导致重建系统失真严重的问题。为了降低噪声干扰,提高重建精确度,降低成本,提出一种基于立体视觉的排球扣球动作三维手势重建系统设计方法,首先通过传感器或摄像机等设备获取排球扣球动作二维手势图像,并对其进行平滑去噪;然后采用基于2D平面标靶的标定原理,建立摄像机成像的排球扣球动作三维手势图像几何模型并获得其参数;最后利用双目立体视觉算法实现对排球扣球动作三维手势图像的特征提取与匹配,完成三维手势重建。实验结果分析证明,所提方法可以提高排球扣球动作三维手势重建效率,提高重建精确度,降低噪声影响,具有更加广泛的使用价值。     

序列图像三维重建中的关键算法

主要讨论了基于序列图像的三维重建中的两个关键算法:特征数据点列的重采样算法与三角化算法.本文改进了Chetverikov等提出的轮廓曲线中高曲率点的检测算法,使在重采样时,数据的压缩比得到了明显的改善,也显著地提高了可视化速度.并使用一种简单的三角化算法,对重采样后的数据点列进行三角化,实现目标的三维重建.     

基于影灭点的单视图三维重构

提出了一种单视图三维重构方法,该方法需要用户提供图像点及其对应三维点之间的几何信息.由于结构场景有大量平面构成,存在大量的平行性和正交性约束,所以该方法主要应用于结构场景的三维重构.重构过程分为两部分:首先,基于三组互相垂直方向的影灭点,对方形象素摄像机进行定标;然后,基于用户提供的共面性和场景平面的影灭线,计算点的三维坐标.采用真实图像测试,说明该方法有效且简单易用.     

基于2D-SOONE算法的MIMO稀疏面阵二维成像

为了解决采用传统的1D-CS算法进行分维处理时丢失耦合信息导致越单元徙动、影响成像质量且运算时间长的问题,研究了接收阵元整行整列稀疏的MIMO面阵结构特性,分析了该稀疏面阵所接收回波信号的二维联合稀疏特性,采用2D-SOONE算法对回波信号进行二维联合重构,算法采用序列一阶负指数取代传统SL0算法的高斯函数,拓至二维并利用梯度投影求解,具有二维联合重构性能的同时提高重构精度。通过实验,仿真了该算法在不同阵列稀疏度、不同信噪比下用于MIMO稀疏面阵的成像效果。仿真结果表明,2D-SOONE抑制了传统的1D-CS算法的越单元徙动问题,减少了运算时间,且成像质量较2D-SL0更优。     

基于仿射变换特征匹配的虚实注册方法

提出了一种新的基于仿射变换特征匹配的虚实注册方法,以解决基于平面自然特征的三维注册系统中的误差积累问题.该方法分为离线三维重建和在线实时注册两个阶段.离线阶段系统根据双目视觉原理建立平面坐标系,并根据用户指定的三点建立世界坐标系,同时利用仿射变换生成待匹配特征点的样本集合,供后续匹配过程使用.实时注册阶段,系统先将当前图像与样本集合做特征匹配以获取特征点间的对应关系,再利用上述对应关系恢复出当前帧与平面结构间的单应性关系,进而求取三维注册所需的变换矩阵.实验结果表明该方法是有效可行的,而且在克服误差积累方面较传统方法有明显改善.