電阻抗靜態(tài)成像中正則化算法研究.pdf

1、電阻抗成像技術(shù)(Electrical Impedance Tomography,EIT)是一種新興的計(jì)算成像技術(shù),它根據(jù)生物體內(nèi)不同組織導(dǎo)電參數(shù)(如電阻率、電容率)的不同,通過(guò)對(duì)生物體表面電流、電位的施加及測(cè)量,來(lái)計(jì)算重構(gòu)各組織導(dǎo)電參數(shù)的分布情況,進(jìn)而得到反映生物體內(nèi)部組織相關(guān)信息的圖像。EIT技術(shù)具有無(wú)創(chuàng)、廉價(jià)、便攜、安全等特點(diǎn),其重構(gòu)圖像不僅能在一定程度上反映生物體的解剖學(xué)結(jié)構(gòu),更能對(duì)生物體組織進(jìn)行功能性成像,即在組織或器官發(fā)生結(jié)構(gòu)

2、性病變之前,就及時(shí)檢測(cè)出該組織或器官的功能性變化,這對(duì)疾病的普查、預(yù)防與診治非常有利,因而極具潛在的臨床醫(yī)學(xué)應(yīng)用價(jià)值。論文在闡述EIT技術(shù)研究現(xiàn)狀、逆問(wèn)題基本理論的基礎(chǔ)上,從提高EIT成像質(zhì)量和重構(gòu)速度的角度出發(fā),圍繞靜態(tài)重構(gòu)中的正則化算法展開(kāi)研究。首先,為提高EIT正問(wèn)題的計(jì)算精度,采用了計(jì)及電極實(shí)際尺寸和接觸電阻的全電極邊界條件模型,并提出用疏、密剖分模型分別作為EIT逆問(wèn)題和正問(wèn)題計(jì)算模型;繼而,在EIT逆問(wèn)題研究中,針對(duì)Tikh

3、onov正則化算法采用連續(xù)函數(shù)作罰函數(shù),會(huì)因其平滑效應(yīng)引起重構(gòu)圖像質(zhì)量不高(對(duì)比度低、目標(biāo)區(qū)域邊界不清)的弊病,提出了兩種新的正則化算法:變差正則化算法和混合正則化算法,前者是用離散變差函數(shù)作為正則化罰函數(shù)而形成的一種算法,它能有效克服連續(xù)罰函數(shù)的平滑效應(yīng),使重構(gòu)圖像對(duì)比度、清晰度得到提高;后者則結(jié)合了變差罰函數(shù)和Tikhonov罰函數(shù)的特點(diǎn),將兩種罰函數(shù)加權(quán)后作為新的正則化罰函數(shù)項(xiàng)而形成的一種算法,它在提高重構(gòu)圖像對(duì)比度、清晰度的同時(shí)

4、,進(jìn)一步提高了重構(gòu)算法的收斂精度和抗噪性能;此外,論文還針對(duì)Jacobi矩陣計(jì)算量大,計(jì)算速度慢的問(wèn)題,提出一種快速微分算法,使該矩陣的計(jì)算速度得到極大提高,并用“虛”激勵(lì)矩陣拓展了該算法的適用范圍;然后,論文運(yùn)用混合正則化算法開(kāi)展了多種設(shè)定情況的仿真研究,特別對(duì)顱內(nèi)異物和人體胸腔進(jìn)行了重構(gòu)成像。通過(guò)與Tikhonov正則化算法重構(gòu)結(jié)果的對(duì)比,顯示了該算法能有效克服低電導(dǎo)率顱骨的屏蔽效應(yīng),實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)區(qū)域準(zhǔn)確、清晰的重構(gòu),所得重構(gòu)圖像更具