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．     

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.     

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。     

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．     

电容层析成像多电极激励方法分析

电容层析成像中的图像重建是一个不适定求解问题，电容的微测量误差将会引起较大的图像重建误差，因此提高互电容测量精度是保证图像重建质量的关键．分析了电容层析成像中电容测量原理，在此基础上，将多电极激励方式运用于电容层析成像中．经仿真实验表明：在电容层析成像的电容检测中，与目前普遍采用的单电极激励方式相比，采用多电极激励方式同样可以提高检测电极的电荷量32％～180％，从而有利于提高对互电容的检测精度。     

基于Walsh函数的电阻抗层析成像激励模式

为提高电阻抗成像数据采集系统的信噪比并且简化硬件电路设计,提出了一种基于Walsh函数的最优电流激励模式。利用Walsh电流对敏感场域进行激励,测量其电压响应,借助统计线性回归求解阻抗矩阵并将最优激励模式下的电压响应表示为Walsh电压响应的线性组合。结合正则化Gauss-Newton法重建阻抗图像。仿真结果表明,Walsh函数最优电流激励模式可以改善硬件系统的抗噪声能力,并且保证整个敏感场域内电流密度分布的均匀性。结合最优电流激励模式进行图像重建,提高了重建算法的收敛速度及重建图像的质量。     

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。     

基于评价指标的EIT算法参数选择方法研究

为客观准确地选择EIT算法参数,采用8种评价参数指标对共轭梯度算法的迭代次数和Tikhonov正则化算法的正则化因子的选择进行研究.首先,构建EIT正问题模型,并求得两种算法的逆问题解;然后,根据8种评价参数的定义,获得图像重建时的最佳参考值范围:共轭梯度迭代算法的迭代次数在70~80次,正则化因子的取值范围为0.01~0.1.为了验证上述结论,重建EIT图像,并进行对比分析.结果表明:基于评价指标获得参数重建图像的效果更令人满意;针对参数选择,提出的方法可为其他电阻抗图像重建算法提供一种客观的评价依据,为EIT图像质量评价体系的构建奠定基础.     

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。     

一种混合变差肺部电阻抗成像算法研究

采用混合变差算法进行图像重建既能保持重构结果的连续性又可保持图像重建过程中的非连续性.建立基于有限元方法的二维EIT肺部模型,对模型进行离散,定义模型和各离散对象的物理特性,施加边界条件,计算边界电压,进行正问题仿真,确定算法的目标函数,进行图像重建并对混合变差算法的性能进行评估.在合适的权重值条件下采用混合变差算法重建的图像的结构相似度比采用吉洪诺夫算法和总变差算法重建的图像的结构相似度在无噪声时分别提高了约5.1%和9%,在含噪声时分别提高了约2.7%和6.3%.既可用于仿真研究与实验中,也可用于临床实测数据的图像重建.     

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．     

非闭合电极电容层析成像传感器参数优化方法

提出了一种新的非闭合电极电容层析成像传感器结构参数的优化方法,采用均匀设计结合非线性偏最小二乘法,提取传感器结构参数与待优化目标间的函数关系;在此基础上建立新的目标泛函.通过对优化目标泛函的求解,最终获得传感器结构参数的最优值.本文以12电极非闭合电极电容传感器为研究对象,进行了结构参数的优化设计,并根据优化结果制作了非闭合电极电容传感器.数值仿真结果表明,就本文所考察的重建对象而言,采用参数优化后的传感器所获得的图像重建质量优于未优化的传感器;从而为ECT传感器设计提供了一种新的有效方法.     

基于Walsh函数的电阻抗成像激励信号分析

电阻抗断层成像(electrical impedance tomography,EIT)技术是一种利用生物组织与器官的电特性,提取与人体生理和病理状况相关信息的医学检测技术。研究了一种基于Walsh函数的同时多频激励信号,分析了该激励信号的数学原理、优势和合成方法。通过能量分析验证了该信号用于EIT系统的可行性。采用Verilog HDL硬件描述语言,在Quartus II平台对以f(5,t)和f(7,t)为例的两个不同信号进行了仿真,结果和理论计算值一致。经过理论计算和实验仿真得出结论:基于Walsh函数的同时多频信号主谐波分量能量占信号总能量的大部分,符合EIT频率要求,是一种可以用于EIT系统的有效激励信号。     

电容-电阻双模式材质识别传感器设计与实验

提出一种由同面双电极接近感知单元和炭黑填充硅橡胶力敏传感单元构成的电容-电阻双模式材质识别传感器.研究电极尺寸、屏蔽距离对电容模式材质识别性能的影响,通过COMSOL Multiphysics仿真软件优化电容模式材质识别传感单元结构设计;探究炭黑含量、制备工艺及力敏材料尺寸等对电阻模式材质识别性能的影响机制.构建材质识别电容、电阻信息采集与实验平台,将待识别目标物属性信息与电容-电阻双模式材质识别数据库进行匹配以完成复合式材质识别.实验结果表明:提出的双模式材质识别传感器具有结构紧凑、检测范围广、操作便捷等优点,同时克服了单模式材质识别单元检测性低、检测目标物受限等弊端.     

一种用于磁感应成像中灵敏度矩阵的计算方法

生物组织中的磁感应成像(MIT)是一种通过测量交变磁场中因扰动导体所引起的感应电压来重建复合电导率分布的方法.灵敏度矩阵即是映射电导率分布的变化与接收线圈中感应电压变化的对应关系.基于有限元方法和补偿原理,提出一种快速计算灵敏度矩阵的方法,并应用这种方法进行了多种仿真分析实验.结果表明,通过该方法可以快速地对单个扰动和多个扰动的灵敏度矩阵进行有效求解,即为MIT中逆问题的图像重建提供了有效的方法.     

最大似然-可分离抛物面替代函数双能CT重建算法

针对重建算法对不同的检测对象需要建立不同的查找表问题,提出了一种基于最大似然-可分离抛物面型替代函数的重建算法.根据双能CT的物理模型和统计模型建立了对数似然函数,并以之为目标函数.根据目标函数的凸性,构造了可分离抛物面型替代函数.实验结果表明,该算法重建所得各能级图像与原始图像的相关系数大于0.983,信噪比大于12 d B,均大于查表法重建结果的相应值,重建图像质量优于查表法.     

用Kalman滤波改进的背景建模红外运动目标检测

针对运动目标检测中的背景重建问题,提出一种用Kalman滤波理论改进混合高斯背景模型的建模方法,进行背景图像的重建和更新.把当前帧目标图像与背景图像进行差分运算,检测出运动目标.通过红外图像库中标准数据集的测试,实验结果验证了该方法应用于红外图像运动目标检测的有效性.     

一种新的电磁层析成像激励系统

针对局部线圈激励模式和空间线圈激励模式存在的不足,根据理论分析和仿真研究提出了一种新的电磁层析成像激励系统,能方便地构成了不同的激励电流分布,在此系统上实现的似乎平行场激励方案,可以产生较多的独立投影方法,并能获得比较均匀的灵敏度分布,改善了系统图像重建的质量。     

基于字典学习的超分辨率显微CT图像重建

为提高显微CT重建图像的空间分辨率,提出了一种基于字典学习的超分辨率图像重建算法.首先,将重建图像进行网格细化,并使用面积权值模型实现对投影过程的精确建模.然后,选择高质量的图像作为训练样本,采用K-SVD算法构建图像字典.基于该图像字典,利用正交匹配追踪算法实现对重建图像的稀疏表达,并以此作为稀疏项约束引入到重建算法的目标函数中.最后,使用梯度下降法求解目标函数.实验结果表明:与传统的基于插值的超分辨率重建算法相比,所提算法的超分辨率结果在图像对比度、边缘保持方面具有优势,并且保留了更多的图像高频信息,从而有效提高了重建图像的空间分辨率.     

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。