基于牛頓-拉弗遜正則化算法的開放式電阻抗成像研究.pdf

1、電阻抗成像技術(shù)(Electrical Impedance Tomography,EIT)是當(dāng)今生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)重大研究課題之一，它是繼形態(tài)、結(jié)構(gòu)成像之后，于最近二十年才出現(xiàn)的新一代無損傷成像技術(shù)。電阻抗成像技術(shù)通過配置于人體體表的電極陣列，提取與人體生理、病理狀態(tài)相關(guān)的組織或器官的電特性信息，不但反映了解剖學(xué)結(jié)構(gòu)，更重要的是可望給出功能性圖像結(jié)果，這是X-CT、核磁共振等其它成像技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)的。
　　 本論文以電阻抗成像技術(shù)為研究

2、對(duì)象，實(shí)現(xiàn)了基于全電極模型的有限元法的正問題計(jì)算，并對(duì)于動(dòng)靜態(tài)電阻抗重構(gòu)算法、以及開放式電阻抗成像技術(shù)的原理、建模和應(yīng)用等方面進(jìn)行了研究，搭建了開放式電阻抗成像系統(tǒng)軟件平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)模型顯示、實(shí)時(shí)測量、圖像輸出等功能，便于進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證仿真結(jié)果。
　　 本文的主要工作如下：
　　 ①在電阻抗成像正問題研究中，研究了四種數(shù)學(xué)模型的不同特點(diǎn)，并比較了全電極模型的計(jì)算數(shù)據(jù)與實(shí)測數(shù)據(jù)差別，實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了全電極模型的計(jì)算精度。使

3、用稀疏矩陣封裝有限元方程，可實(shí)現(xiàn)一次性計(jì)算各次測量的邊界電壓值。
　　 ②在電阻抗成像重構(gòu)技術(shù)研究中，闡述了正則化牛頓-拉夫遜算法的原理，并通過仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)比了Tikhonov正則化與變差正則化重構(gòu)的性能。為了結(jié)合兩種算法的優(yōu)勢，提出了基于混合正則化算法的動(dòng)態(tài)算法，并對(duì)該方法的實(shí)現(xiàn)過程及其圖像重建性能進(jìn)行了研究。
　　 ③提出了開放式電阻抗成像模型，它能夠解決臨床應(yīng)用中電極定位不準(zhǔn)確的問題。通過仿真實(shí)驗(yàn)確定了開放式場域的尺

4、寸和電流注入策略，并使用動(dòng)態(tài)混合正則化算法進(jìn)行開放式電阻抗重構(gòu)仿真和水槽實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明重構(gòu)圖像對(duì)淺層目標(biāo)具有良好的分辨率，對(duì)于淺層體表的醫(yī)學(xué)檢測，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。
　　 ④在MATLAB環(huán)境下建立開放式電阻抗成像軟件平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)有限元顯示、串口通信、采集電壓數(shù)據(jù)、正、反問題計(jì)算、數(shù)據(jù)和圖形輸出等功能。
　　 最后對(duì)論文的研究工作進(jìn)行了總結(jié)，給出了所完成的主要研究工作及取得的成果，指出了目前存在的問題，提出了一些不足之處