3D-EIT系统电极优化设计

探究三维电阻抗成像系统电极结构对数据测量及图像重建的影响。考虑到电极形状和电极在边界上的分布状态对成像效果的影响,在构建的3D电阻抗系统模型及层间准对角激励相邻(QBD)测量工作模式下,对方形电极(I型)、圆形电极(II型)、同心圆复合电极(III型)和方圆复合电极(IV型)4种形状电极,就0.2到0.7之间8种不同电极占空比(DR)情况进行对比研究。采用重建图像的相关度R,敏感场的灵敏度均匀性P,测量电压动态范围D进行评价。对比结果表明,在DR为0.4~0.5之间,4种电极结构下的图像相关度R均优于其他DR情况,而且IV型电极的R和P指标略优于I^III型,但复合型电极(III和IV型)在DR为0.3和0.35时边界测量电压动态范围D偏大,稳定性差。对三维场域中5个高度不等(7.5~30 cm之间)、电导率相同的物体,采用共轭梯度算法进行图像重建。数据经归一化处理,截取2个电极层、1个电极间层及2个电极外层共5个等间隔的不同断层图像进行对比,4种电极模型下的成像结果均与真实分布相吻合,IV型电极所成图像伪影略小,效果较好,与指标评价结果一致。本研究为QBD模式的三维电阻抗成像系统确定了电极形状及电极分布,为进一步研究三维空间的电阻抗分布奠定基础。

2D-EIT和3D-EIT仿真结果比较

电阻抗断层成像(Electrical Impedance Tomography,简称EIT)的原理是给人体施加微小的电流(电压),在电极上获得相应的测量电压(电流),从而根据一定的算法来实现电导率的重构.因电流在体内的传播是三维的、立体的,所以在研究二维EIT的基础上,通过仿真实验来验证三维EIT的可行性.仿真结果表明:相比2D-EIT,3D-EIT技术可以获得更为丰富的阻抗信息,重构出的图像分布更为接近真实情况.

节点反投影方法在三维EIT模型中的仿真与实验研究

电阻抗成像(EIT)技术中逆问题的病态特性是造成重建图像分辨率较低的主要原因之一,增加先验信息是改善成像效果的可行方法。建立三维圆柱体仿真模型,对边界电压数据进行多项式曲面拟合,增加先验信息,采用节点反投影方法进行图像重建。对两种目标模型进行仿真实验,并利用本实验室设计的128通道EIT系统进行水槽物理模型重建实验。仿真实验结果表明,较之传统的反投影方法,两种目标模型采用节点反投影方法重建的总体误差分别降低了8.87%和6.85%;在物理模型中,重建图像可清晰显示目标物体。所提出的方法有望用于提高临床检测与监护的成像质量。

基于二元模型的电阻抗成像方法

建立了一种双模型电阻抗成像系统,旨在解决一元模型电阻抗成像系统中耗时较多的问题。基于精细化三维圆柱体模型进行电阻抗正问题分析,采用粗梳三维圆柱体模型进行逆问题求解。在双模型成像系统中,基于稀疏矩阵建立映射公式实现粗疏有限元单元和精细有限元单元的匹配和转换。通过计算机仿真,在该系统中运用基于修正的Laplace Guass-Newton重建算法可以得到相应的阻抗重建图像,实验结果验证了双模型系统的正确性和可行性。

一种基于光子晶体的类EIT全光开关设计与分析

电磁诱导透明(Electromagnetically Induced Transparency,EIT)是一种由原子光激发介质通道之间的量子相干效应。该效应导致光在原子共振吸收频率处的吸收减小甚至于变成完全透明。因此,利用光学类EIT效应可以制作光通信系统中光开关器件。通过设计光子晶体结构,运用三维时域有限差分方法(3D-FDTD)进行仿真,结果显示在1 564 nm处能达到光开关的效果,可以将其运用到光通信领域之中,并发挥有效作用。

三维电阻抗断层成像仿真研究及图像重建质量评价

三维电阻抗断层成像(3D-EIT)近年来已成为EIT领域的重要研究分支,研究三维场域中不同位置单目标和多目标的成像、成像效果定量评价方法十分必要。通过有限元法将3D-EIT场域离散为正方体单元,对位于场域中心、中间、靠近场域边缘的单目标,以及近场域边缘的两个和四个目标模型,采用Tikhonov-Noser算法仿真成像,引入图像误差函数ER和结构相似度函数SSIM评价成像质量。结果显示:当单个目标由场域中心向边缘移动时,ER逐渐增大,SSIM逐渐减小,成像质量下降;近场域边缘多目标成像中,ER和SSIM随目标个数增加分别增大和减小,成像质量下降。Tikhonov-Noser是较为有效的3D-EIT成像算法。ER和SSIM适合3D-EIT图像特征,可从成像误差和图像结构质量这两个不同的角度定量评价成像结果。