電阻抗斷層成像算法研究及系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì).pdf

1、電阻抗層析成像技術(shù)(Electrical Impedance 170mography，EIT)是近年來發(fā)展起來的新型測(cè)量技術(shù)，由于該技術(shù)具有無輻射、非侵入、響應(yīng)快、結(jié)構(gòu)簡單以及成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，在醫(yī)學(xué)臨床監(jiān)護(hù)和工業(yè)測(cè)量等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。 近二十年來，EIT技術(shù)雖然取得了很大進(jìn)展，但由于逆問題求解存在嚴(yán)重的不適定性，使得圖像重建質(zhì)量并不理想，圖像分辨能力較差。同時(shí)由于研究人員將更多的精力投入到硬件設(shè)計(jì)和算法研究中，系統(tǒng)軟件設(shè)

2、計(jì)相對(duì)滯后，成像軟件功能單一，顯示效果較差，成像速度較慢。針對(duì)目前存在的問題，本課題主要從EIT圖像重建算法及系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)兩方面進(jìn)行深入研究。主要工作和結(jié)論如下： 一、EIT圖像重建算法研究總結(jié)非線性逆問題求解常用算法的理論原理并將其推廣到電阻抗成像的圖像重建。針對(duì)EIT逆問題解的不適定性及重建圖像分辨率較低的問題，提出一種基于總變差(Total Variation，簡稱TV，又稱全變分)正則化的圖像重建算法，同傳統(tǒng)的Tikho

3、nov正則化算法相比，這種新算法不僅保證了逆問題求解的穩(wěn)定性，而且提高了對(duì)介質(zhì)非連續(xù)分布的區(qū)域成像的分辨能力，具有良好的保邊緣性。仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果均表明，同其它算法相比，TV正則化算法在成像質(zhì)量方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，同時(shí)實(shí)時(shí)性也能滿足目前應(yīng)用的需要。 二、EIT系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)應(yīng)用Visual C++編程環(huán)境設(shè)計(jì)了一套基于32位Windows平臺(tái)的EIT實(shí)時(shí)成像軟件系統(tǒng)EIT SystemII。軟件系統(tǒng)主要包括以下功能模塊：場域模型建立及

4、有限元剖分模塊；串口通訊功能模塊；算法實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用模塊；圖形顯示模塊；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和回放模塊。分別實(shí)現(xiàn)了對(duì)給定模型的自動(dòng)有限元剖分；實(shí)現(xiàn)了基于RS-232串口通訊的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，通過對(duì)多線程的有效分配提高了系統(tǒng)實(shí)時(shí)成像的速度；在軟件系統(tǒng)中集成了目前常用的圖像重建算法和TV正則化算法，通過引入矩陣運(yùn)算類簡化編程過程，通過對(duì)矩陣運(yùn)算的特別安排，大大提高圖像重建的速度；完成對(duì)重建圖像的灰度等值線和等值云圖的繪制，大大提升圖像的可視效果，通過實(shí)時(shí)閾值