電阻抗斷層成像算法研究及系統(tǒng)軟件設(shè)計.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，在醫(yī)學臨床監(jiān)護和工業(yè)測量等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。 近二十年來，EIT技術(shù)雖然取得了很大進展，但由于逆問題求解存在嚴重的不適定性，使得圖像重建質(zhì)量并不理想，圖像分辨能力較差。同時由于研究人員將更多的精力投入到硬件設(shè)計和算法研究中，系統(tǒng)軟件設(shè)

2、計相對滯后，成像軟件功能單一，顯示效果較差，成像速度較慢。針對目前存在的問題，本課題主要從EIT圖像重建算法及系統(tǒng)軟件設(shè)計兩方面進行深入研究。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。仿真與實驗結(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，同時實時性也能滿足目前應(yīng)用的需要。 二、EIT系統(tǒng)軟件設(shè)計應(yīng)用Visual C++編程環(huán)境設(shè)計了一套基于32位Windows平臺的EIT實時成像軟件系統(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；算法實現(xiàn)與應(yīng)用模塊；圖形顯示模塊；數(shù)據(jù)存儲和回放模塊。分別實現(xiàn)了對給定模型的自動有限元剖分；實現(xiàn)了基于RS-232串口通訊的實時數(shù)據(jù)采集，通過對多線程的有效分配提高了系統(tǒng)實時成像的速度；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，通過引入矩陣運算類簡化編程過程，通過對矩陣運算的特別安排，大大提高圖像重建的速度；完成對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，通過實時閾值