基于电阻抗成像技术的细胞检测传感器开发

现有的电阻抗成像(EIT)方法多用于大尺度目标物的检测,对小尺度的目标物检测精度低。针对这一问题,本文开发了一种由印刷电路板(PCB)制作、低成本、小尺度的EIT传感器,可用于细胞检测领域。首先,设计了一种用于细胞检测的传感器,并通过有限元仿真对比了不同成像算法(Landweber算法和Tikhonov算法)和不同电极数量对成像效果的影响。结果显示:Tikhonov算法的图像重构效果明显优于Landweber算法,且随着电极数量的增加,图像相关系数逐渐增大,且在Tikhonov算法下,八电极的图像相关系数超过了0.8;最后,对八电极传感器进行了实验验证,对观背青鳉鱼鱼卵发育过程进行了监测,验证了EIT系统对细胞监测的可行性。

磁探测电阻抗成像及其在经络三维定位中的应用

目的:经络是中医理论基础的核心组成,而经络理论研究的关键是三维定位,成像是经络三维定位的一种科学且实用的方法。方法:通过讨论经络实质和经络定位的研究方法和现状,以及生物电阻抗成像(electrical impedance tomogra-phy,EIT)的各种方法,对比分析了应用于经络定位时各类方法的优缺点。结果:比较EIT的各种方法可得磁探测电阻抗成像(magnetic detection electrical impedance tomography,MD-EIT)具有明显的优势,适用于经络三维定位。结论:MD-EIT不仅应用于经络定位,还可应用于心肺检测和肿瘤诊断等,它在医学方面有广泛的应用,具有极大的发展空间。

基于EIS的飞机复合材料异常检测技术研究

先进复合材料在飞机上应用的越来越多,随着其服役时间的增长可能会出现异常,为保证飞行安全,需对飞机的复合材料构件进行必要的异常检测。该文将电阻抗谱法应用于飞机复合材料构件的异常检测。制作了同面双电极传感器和两块碳纤维复合材料试样,并设计了实验电路。采用双电极测量法测量了2个碳纤维被测样本的电阻抗谱,在Matlab中绘出了电阻抗谱图,并进行了对比分析。初步的实验结果表明,通过对复合材料构件电阻抗谱的测量能识别出其异常,将电阻抗谱测量用于飞机复合材料构件的异常检测是可行的。

基于环形电极的开放式MREIT三维重建

针对主磁场为竖直方向的开放式磁共振系统,提出一种环形电极模式应用于三维磁共振电阻抗成像(magnetic resonance electrical impedance tomography,MREIT)。首先通过对开放式磁共振系统中不同电流注入模式的分析,提出了基于环形电极的电流注入模式;然后研究了基于广义最小余量方法的单层灵敏度矩阵算法,将其用于三维电导率图像重建;最后用模拟数据验证了所提出的电流模式和所发展的算法。基于三维圆柱模型和真实小腿模型的仿真实验表明:环形电极模式适用于开放式磁共振系统的MREIT磁场测量,仅注入一支电流,并利用单一磁通密度分量即可实现重构,且电导率重建图像具有较高的定位准确性和抗噪性能;基于真实小腿模型的仿真实验初步验证了该方法用于复杂人体电导率检测的可行性。环形电极模式的提出对于开放式MREIT的广泛使用具有潜在的应用价值。

基于栈式自编码器的磁探测电阻抗成像算法研究

针对目前磁探测电阻抗成像算法图像重建分辨率不高、精确度低的问题,提出了一种基于栈式自编码(SAE)神经网络的磁探测电阻抗成像算法。使用方形成像体进行仿真实验,通过训练样本建立SAE神经网络模型,确定神经元权重和偏置值。利用该网络模型重建成像体内部的电导率分布;并在异质体中心位置、算法的抗噪性能等方面将重建结果与基于Levenberg-Marquardt算法的反向传播神经网络的重建结果进行对比。结果表明栈式自编码神经网络算法显著提高了磁探测电阻抗成像的重建精度、抗噪性能。最后,通过仿体实验验证了SAE算法的可行性。根据实际测得的磁场,使用神经网络算法重建电导率,准确定位异质体位置。SAE神经网络算法的提出对于磁探测电阻抗成像技术的广泛应用具有重要意义。

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.

基于结构先验信息的磁探测电阻抗成像算法研究

为了提高磁探测电阻抗成像中图像分辨率,提出了一种基于结构先验信息的磁探测电阻抗成像算法。通过水平集方法对预处理后CT图像进行分割,获得结构先验信息图像;进而建立模拟肺水肿病变的仿真模型,并结合灵敏度矩阵算法进行重建,获得MDEIT重建图像。仿体实验结果表明:基于结构先验信息的磁探测电阻抗成像算法减少了重建图像的伪影,使重建的电导率图像相对误差从88.47%减少到33.39%;图像相关系数也从0.33提升到0.81,验证了基于结构先验信息的磁探测电阻抗重建算法,在重建图像结构和电导率重建数值精度方面相比传统重建算法都有了显著提高,为磁探测电阻抗成像的临床应用奠定了基础。

几种磁场方式电阻抗成像技术的新进展

本文介绍了4种磁场方式的电阻抗成像技术,分别为磁感应电阻抗成像技术、磁感应磁声成像技术、磁共振电阻抗成像技术、磁探测电阻抗成像技术,分析了每种技术的成像原理与研究进展,并指出电阻抗成像技术在临床医学方面具有广阔的应用前景。

基于图像融合技术提高磁探测电阻抗成像质量的研究

为了提高磁探测电阻抗成像(magnetic detection electrical impedance tomography,MDEIT)中图像分辨率,提出了一种基于图像融合技术提高磁探测电阻抗成像质量的研究。通过利用水平集方法对预处理后的CT图像进行分割,获得结构信息图像;采用CT图像建立模拟肺水肿病变仿真模型,并利用传统灵敏度矩阵算法进行重建,获得MDEIT功能信息图像;利用小波融合算法进行图像融合以获得结构—功能融合图像,并对融合结果进行分析。仿真结果表明,结构信息图像与功能信息图像相融合的图像效果较好。融合图像中重建电导率信息分布更清晰,并且可以实现在实际组织中对病变组织位置和大小精准定位,从而使磁探测电阻抗成像质量得到很大提升,为磁探测电阻抗成像的临床应用奠定了基础。

基于有限元分析的CT修正胸腔建模与感生磁场计算的研究

磁探测电阻抗成像(magnetic detection electrical impedance tomography,MDEIT)通过体表电极向成像体注入激励电流,利用外部空间磁场分布数据重建成像体内部电导率分布。MDEIT技术应用于肺部肿瘤的动态检测,实现更加贴近实际的仿真计算;应用图像分割在临床CT图像获取胸腔内部结构先验信息,进而构建正常人与肺部肿瘤患者胸腔的三维模型,应用有限元分析分别计算胸腔外部磁场分布,并对其进行特征分析。正常人与肺部肿瘤患者胸腔周围的磁感应强度在空间分布上存在差异,两者对比结果显示,患者比正常人高出10.52%。外部磁感应强度的异常一定程度上反应了胸腔内组织的病理变化,为MDEIT在肺癌检测中的应用提供合理参考。

高压直流接地极线路断线故障高频阻抗特性及阻抗监视系统适应性

基于输电线路分布式参数模型,对高压直流输电系统接地极线路断线故障下高频阻抗特性进行推导和分析。研究发现,当接地极线路长度超过高频注入信号半波长时,一旦接地极线路出现双回断线故障,首端高频测量阻抗的虚部将随故障距离呈周期性变化,但变化量超过正常运行时的阻抗值;当线路长度与注入信号半波长的整数倍接近时,线路某些特定位置发生单回断线故障,测量高频阻抗与正常运行时几乎相等,阻抗监视系统存在明显死区。为了提升阻抗监视策略的可靠性,提出了一种高频注入信号频率优化选择策略,基于线路实测参数,选择注入信号频率,消除保护策略死区。根据某实际±800 kV/8 000 MW特高压直流系统参数,搭建PSCAD电磁暂态仿真模型,仿真算例验证了分析及结论的有效性。

脑部电阻抗测量中电极与导电膏性能对比研究

目的:通过对不同类型的生物电极和电极与导电膏组合在脑部电阻抗测量应用中的接触阻抗的性能差异的综合对比,优选最适合电阻抗成像(electrical impedance tomograpy,EIT)动态监护系统和脑部电阻抗快速检测系统的生物电极。方法:选择4种生物电极和5种导电膏一共16种电极与电极-导电膏组合,测量10名被试者额部的接触阻抗信息,并对不同种组合的皮肤-电极间接触阻抗大小、最大时间变化率和频率变化量3个方面进行综合评估。结果:100 Hz频率下,一次性心电电极具有更小的最大时间变化率;在10 k Hz频率下,Ag/Cl盘状电极-GT5导电膏组合具有较小的最大时间变化率和最小的接触阻抗;在100 Hz^1 MHz频率内,Ag/Cl粉末电极-GT5导电膏具有最小的频率变化量。结论:对于EIT动态监护系统,较低频率下,一次性心电电极具有最优的时间稳定性;较高频率下,Ag/Cl盘状电极-GT5导电膏性能更优;对于脑损伤快速检测系统,Ag/Cl粉末电极-GT5导电膏频谱性能最优。

基于磁检测电阻抗成像技术的接地网成像重建研究

接地网的拓扑结构和断点将直接影响接地网工作性能。论文提出了一种基于磁检测电阻抗断层成像(MDE⁃IT)的电阻率重建方法,用于测量接地网的拓扑结构和断点。首先,论文描述了MDEIT中接地网格检测的前向和后向推导问题,并计算了接地网上方的磁场分布。然后,提出了基于最小二乘法的电阻率重建方法。最后,论文通过数值算例验证了该方法的可行性,表明该方法可用于测量接地网的拓扑结构和断点。

磁探测电阻抗成像呼吸监测仿真研究

为了探索磁探测电阻抗成像应用于肺部呼吸监测中的可行性,针对新型磁探测电阻抗成像技术的正问题,以真实人体肺部数据构建成像体物理模型,采用了有限元方法得到成像体内部的电势和电流密度分布,然后根据毕奥-萨伐尔定律分别获得呼气末与吸气末成像体外部的磁感应强度仿真数据。结果表明,吸气末时成像体周围的磁感应强度值比呼气末小8.875%。研究结果显示了呼吸时由于肺容积、电导率的不同而导致周围磁感应强度的差异等信息,为后续磁探测电阻抗成像的图像重建以及临床疾病检测奠定了基础。

磁共振电阻抗成像方法的研究进展

磁共振电阻抗成像方法是传统电阻抗成像和磁共振成像的结合，是一种新的电阻抗成像方法。按照电阻抗测量激励器与接收器的不同，可将其划分为接触式和非接触式两种。应用磁共振电阻抗成像方法可以获得高分辨率、高精度的电阻抗图像，对临床辅助诊断具有重要意义。对磁共振电阻抗成像方法的两种形式及其发展前景给予综述。