电阻抗图像重建算法研究

发布时间：2017-09-18 10:25

  本文关键词：电阻抗图像重建算法研究

  更多相关文章： 电阻抗断层成像 重建算法 场域剖分 正则化 GREIT

【摘要】：电阻抗断层成像技术(Electrical Impedance Tomography, EIT)是一种有着广阔发展前景的新颖成像技术。它将测量电极放置在被测物体的表面,以电流或电压的方式提取测量电信息。之后将电信息送至计算机,通过重建算法,得到被测对象的实时剖面图像。和以往的成像技术如X-射线计算机断层成像(X-ray Computerized Tomography,CT)、核磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging, MRI)相比,它具有很好的便携性、重复性和实时性。EIT成像的必要过程就是场域剖分。为了研究其对EIT问题的求解效率及计算精度的影响,本文利用有限元仿真软件COMSOL Multiphysics,对求解场域进行了不同疏密程度的剖分；采用数学软件MATLAB,根据共轭梯度算法进行重建。仿真结果基于多种评价指标,以图形化、数字化的方式,从EIT正、逆问题的不同角度,评价了场域剖分对求解质量的影响。结果表明,场域剖分细化程度的增加,不一定会改善EIT问题的求解质量,甚至会导致求解质量下降。同时,针对EIT反问题求解,采用最小二乘拟合法构建正则参数与评价参数的MATLAB数学模型,取极值获得正则参数值。然后利用COMSOL Multiphysics建立仿真场域,最后利用MATLAB求解反问题,重建图像。结果表明,所用方法及正则参数能够有效改善反问题的病态性,使反问题的求解质量最优。文章最后利用GREIT的品质因数,对不同算法及目标移动做出了评价。
【关键词】：电阻抗断层成像 重建算法 场域剖分 正则化 GREIT
【学位授予单位】：天津科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP391.41;R310
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 1 绪论8-18
• 1.1 EIT技术简介及研究意义8-11
• 1.1.1 EIT技术简介8-10
• 1.1.2 EIT技术研究意义10-11
• 1.2 EIT技术的发展现状11-15
• 1.3 EIT技术的难点15-16
• 1.4 论文研究内容16-17
• 1.5 论文组织结构17-18
• 2 EIT技术的生物医学基础18-21
• 2.1 生物组织电特性18
• 2.2 电阻抗与人体生理状况的关系18-19
• 2.3 小结19-21
• 3 EIT技术原理及系统构成21-28
• 3.1 EIT数学模型21-23
• 3.2 EIT正问题23-24
• 3.3 EIT逆问题24-26
• 3.3.1 EIT逆问题概述24-25
• 3.3.2 EIT逆问题病态性分析25-26
• 3.4 EIT系统构成26-28
• 4 EIT正问题研究28-45
• 4.1 COMSOL软件的使用28
• 4.2 基于COMSOL的正问题仿真28-30
• 4.2.1 建立圆形场域仿真模型28-29
• 4.2.2 求解域设定29
• 4.2.3 边界设定29
• 4.2.4 有限元剖分29-30
• 4.2.5 求解30
• 4.3 二维EIT网格剖分对求解的影响30-40
• 4.3.1 数学描述30-35
• 4.3.2 评价方法35-37
• 4.3.3 仿真结果37-39
• 4.3.4 结论39-40
• 4.4 三维EIT电极数量对求解的影响40-45
• 4.4.1 三维电阻抗成像基本思想40
• 4.4.2 建立三维模型40-41
• 4.4.3 正问题求解41
• 4.4.4 逆问题求解及结论41-45
• 5 EIT逆问题研究45-55
• 5.1 图像重建算法介绍45-49
• 5.1.1 线性反投影算法45-46
• 5.1.2 Tikhonov正则化算法46
• 5.1.3 Landweber迭代法46-48
• 5.1.4 Newton-Raphson算法48-49
• 5.2 改进的Tikhonov正则化算法49-55
• 5.2.1 算法原理50
• 5.2.2 评价参数50
• 5.2.3 正则参数优化50-52
• 5.2.4 图像重建52-53
• 5.2.5 结果与讨论53-55
• 6 评价指标55-62
• 6.1 品质因数定义55-57
• 6.2 品质因数对算法参数的验证57-59
• 6.2.1 品质因数对迭代次数的验证57-58
• 6.2.2 品质因数对正则因子的验证58-59
• 6.3 品质因数对目标移动的验证59-62
• 7 结论62-63
• 8 展望63-64
• 9 参考文献64-69
• 10 攻读硕士学位期间论文发表情况69-70
• 11 致谢70

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