学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

基于虚拟仪器的电阻抗成像算法研究

作　者: 朱清友
导　师: 熊兰
学　校: 重庆大学
专　业: 电工理论与新技术
关键词: 电阻抗成像有限元法反投影算法图像重构 LabVIEW
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 101次
引　用: 2次
阅　读: 论文下载

内容摘要

电阻抗成像技术(Electrical Impedance Tomography,EIT)是当今生物医学工程学重大研究课题之一,它是继形态、结构成像之后,于最近二十年才出现的新一代无损伤成像技术。电阻抗成像技术通过配置于人体体表的电极阵列,提取与人体生理、病理状态相关的组织或器官的电特性信息,不但反映了解剖学结构,更重要的是可望给出功能性图像结果,这是X-CT、核磁共振等其它成像技术难以实现的。电阻抗成像技术不使用核素或射线,对人体无害,可以多次测量,重复使用,可以成为对病人进行长期、连续监护而不给病人造成损伤或带来不适的医院监护设备。加之其设备成本低廉,不要求特殊的工作环境等,因而是一种理想的、具有广泛应用前景的无损伤医学成像技术和图像监护技术。本论文在分析、研究国内外有关电阻抗成像重建算法及其研究状况的基础上,以电阻抗成像技术为主要目标,利用虚拟仪器LabVIEW软件实现了一种实用、快速、具有一定分辨率的电阻抗成像算法——等位线反投影算法,对成像算法进行了仿真研究和数据分析。本文主要工作如下:(1)介绍了EIT成像技术的研究意义,阐述其成像原理,简述了该项新技术的应用及其在国内外的研究概况。(2)对电阻抗成像的正问题进行了理论研究。建立了正问题的理论模型,采用有限元法对正问题进行求解,分析了场域电导率的分布变化对边界电位的影响,包括对场域内某一区域电导率增加、电导率减小、电导率区域扩大和不同区域电导率改变等多种情况的分析。研究表明:场域内电导率的改变会使场域四周的边界电位发生变化。(3)对电阻抗成像中等位线反投影算法进行了改进研究。在Sheffield等位线反投影算法基础上进行了改进,给出了投影长度的近似计算公式,考虑了投影路径的长度对图像重建的影响。和原算法相比,重建图像更加清晰,减小了重建图像的伪迹。论文对改进的等位线反投影算法的性能进行了研究,包括对同一区域不同电导率成像,同一电导率不同区域成像,单个目标成像,2个目标的远距离和近距离成像,3个目标成像。研究表明:改进的等位线反投影算法不但可以较准确地对场域内目标进行定位,而且具有一定的分辨率;当场域内电导率分布发生改变时,重建图像可以较好地反映出其电导率的变化。(4)利用LabVIEW研制电阻抗成像仿真软件。完成了有限元自动剖分,分析了有限元节点和三角单元的编号规律,给出了高斯消元法和正问题求解的程序框图,对等位线反投影改进算法的程序框图也做出了说明。有限元模型的规模可以在软件内调节,为算法的仿真研究带来方便。最后,对论文的研究工作进行了总结,给出了所完成的主要研究工作及取得的成果,指出了目前存在的问题和不足之处以及对本课题今后的研究展望。

全文目录

中文摘要  4-6
英文摘要  6-8
目录  8-10
1 绪论  10-17
  1.1 引言  10
  1.2 电阻抗成像技术简介  10-16
    1.2.1 EIT成像的研究意义  10-11
    1.2.2 EIT的图像重建方式  11-12
    1.2.3 EIT成像的问题及难点  12-13
    1.2.4 EIT的国内外研究现状  13-15
    1.2.5 EIT成像的应用  15-16
  1.3 本文研究内容  16-17
2 电阻抗成像正问题的研究  17-35
  2.1 EIT工作原理  18-20
  2.2 EIT的正问题及求解方法  20-21
  2.3 有限元方法(FEM)的三角单元分析  21-26
  2.4 网格自动生成的有限元模型  26-28
  2.5 场域电导率分布变化对边界电位的影响  28-33
    2.5.1 场域内某一区域电导率增加  28-30
    2.5.2 场域内某一区域电导率减小  30-31
    2.5.3 场域内电导率变化区域扩大  31-32
    2.5.4 场域内不同区域电导率改变  32-33
  2.6 本章小结  33-35
3 电阻抗成像等位线反投影改进算法的研究  35-55
  3.1 理论基础  35-36
  3.2 等位线反投影算法原理  36-45
    3.2.1 反投影重建算法的物理概念  36-41
    3.2.2 等位线反投影算法原理  41-42
    3.2.3 等位线反投影算法的实现  42-45
  3.3 电阻抗成像等位线反投影算法的改进  45-48
    3.3.1 CT中考虑投影路径的反投影算法  45-46
    3.3.2 考虑投影路径的电阻抗成像反投影改进算法  46-48
  3.4 电阻抗成像反投影改进算法性能研究  48-54
    3.4.1 同一区域不同电导率  49-50
    3.4.2 同一电导率不同区域  50
    3.4.3 单个目标  50-53
    3.4.4 多个目标  53-54
    3.4.5 结论  54
  3.5 本章小结  54-55
4 基于LabVIEW电阻抗成像软件平台研究  55-65
  4.1 LabVIEW软件概述  55-56
  4.2 有限元自动剖分  56-61
    4.2.1 节点编号规律  57-59
    4.2.2 三角单元数值编号规律  59-60
    4.2.3 高斯消元法求解电位  60-61
  4.3 正问题求解的程序框图  61-62
  4.4 电阻抗成像反投影改进算法的程序框图  62-63
  4.5 本章小结  63-65
5 结论与展望  65-67
致谢  67-68
参考文献  68-73
附录:A.作者在攻读硕士学位论文期间发表的学术论文  73-74
  B.作者在攻读硕士学位论文期间参加的科研项目  73-74

基于虚拟仪器的电阻抗成像算法研究

内容摘要

全文目录

相似论文