发布时间 : 星期一 文章燕山大学毕业设计：EIT图像重建技术研究更新完毕开始阅读
目 录
摘要 ....................................................................................................................... I Abstract ................................................................................................................ II 第1章 绪论 ........................................................................................................ 1
1.1 课题背景知识 ....................................................................................... 1 1.2 EIT图像重建技术研究现状 ................................................................. 1 1.2.1 EIT技术国内外研究现状 .............................................................. 2 1.2.2 EIT技术国内外研究成果 .............................................................. 2 1.3 课题研究内容及论文安排 ................................................................... 4 第2章 电阻抗层析成像技术综述 .................................................................... 5
2.1 引言 ....................................................................................................... 5 2.2 过程层析成像技术简介 ....................................................................... 5 2.3 EIT技术理论基础 ................................................................................. 8 2.3.1 EIT技术生物学基础 ...................................................................... 9 2.3.2 EIT技术基本原理 ........................................................................ 10 2.3.3 EIT技术相关参数介绍 ................................................................. 11 2.4 EIT系统简介 ....................................................................................... 14 2.5 本章小结 ............................................................................................. 15 第3章 EIT技术数学模型及有限元建模 ....................................................... 16
3.1 引言 ..................................................................................................... 16 3.2 传输管道三维建模的EIT技术数学模型 ......................................... 16 3.2.1 EIT技术数学模型理论基础 ........................................................ 16 3.2.2 用于传输管道三维建模的EIT数学模型 .................................. 17 3.3 用于传输管道多相流检测的EIT求解路线 ..................................... 18 3.4 有限元法求解EIT正问题 ................................................................. 19 3.4.1 EIT正问题 .................................................................................... 19 3.4.2 有限元法基本原理 ...................................................................... 21
III
3.4.3 有限元模型 .................................................................................. 22 3.4.4 使用EIDORS 3.4进行ERT正问题求解 .................................. 24 3.5 本章小结 ............................................................................................. 25 第4章 EIT技术图像重建算法 ....................................................................... 26
4.1 引言 ..................................................................................................... 26 4.2 EIT逆问题 ........................................................................................... 26 4.3 几种常见的图像重建算法研究 ......................................................... 27 4.3.1 灵敏度系数算法研究 .................................................................. 27 4.3.2 Landweber算法研究 .................................................................... 28 4.3.3 Tikhonov正则化算法研究 .......................................................... 30 4.3.4 不同算法图像重建效果对比 ...................................................... 32 4.4 本章小结 ............................................................................................. 34 结论 .................................................................................................................... 35 参考文献 ............................................................................................................ 35 致谢 .................................................................................................................... 39 附录1 开题报告 附录2 中期报告 附录3 外文文献 附录4 外文翻译
IV
第1章 绪论
第1章 绪论
1.1 课题背景知识
多相流广泛存在于动力、石油、化工、核能、食品和医学等多个领域。与单相流动相比，多相流动相间存在着界面效应和相间速度，其流动特性更加复杂多变，因此要建立可靠的多相流动力学模型，并对多相流动过程进行预测、设计及控制，必须解决多相流过程中的参数检测问题[1]。而有些成像方式会破坏对象的表面，这样便不能满足多数要求。因此有必要研究一种无损成像方式对多相流进行成像。
层析成像(Tmography)技术也称为计算机层析(断层)成像(Computerized Tomography, CT)技术，是一种无损成像技术[2]。CT技术是指在不损害对象内部结构的条件下，利用某些探测源，用过从对象外部的设备检测得到的投影数据，运用一定的数学模型和重建技术，通过计算机的软件生成被测对象内部的二维或三维图像，实现对象内部特征的重现。CT成像技术与常规的从“图像到图像\的计算机图像处理技术不同，它是由外部测量的投影数据重建反映对象内部特征，这是一种特殊的图像处理技术[3]。如图1-1所示为利用CT技术对人体进行成像。
图1-1 CT技术应用实例
而多相流检测领域中的层析成像技术一般被称作过程层析成像(Process Tomography,PT)技术，它是医学工程中的层析成像技术与工业技术的要求相
1
燕山大学本科生毕业设计(论文)
结合而形成的[4]。PT技术是在医学CT技术的基础上发展起来的一种新的层析成像技术。
电阻抗层析成像(Electrical Impedance Tomography，简称EIT)技术是一种基于电阻传感机理的PT技术，它通过测量电阻率的分布获得相介质的分布[5]。相比较之下，虽然EIT技术在图像重建的某些方面比不上传统的医学技术，但由于其成本低、对人体无害、无损成像等特点，被当做一种具有广泛应用前景的功能成像技术。
EIT的发展经历了以下几个阶段：
(1) 上世纪20年代，地质学家将电流注入到地层，通过测量地表电压来获得不同底层的导电特性，从而确定地下矿藏的分布，首次涉及到EIT的测量原理[6]。
(2) 上世纪70年代，美国Pennsylvania大学的David B.Geselowitz提出的阻抗电磁理论；
(3) 1978年，美国Wisconsin大学Henderson和Webster做出第一幅阻抗图像；
(4) 1982年，英国She街eld大学Brown和Barber实现第一个手臂的阻抗层析成像；
(5) 90年代以来，EIT技术进入了迅速发展时期。1990年，英国Sheffield大学I LFreeston和R C Tozer提出了感应电流式EIT系统[7]；1995年，希腊Demokritos大学C.S.Koukourlis和Thessaloniki大学的J.N.Sahalos做出了一个32电极数据采集系统[8]；以及后来Cape Town大学的J.Tapson提出了基于频分和码分复用电阻抗成像的电极电路[9]。同时，国外的研究小组还实现了对人体的喉、脑、胸腔以及小腿的电阻抗成像，取得了很好的成果。
1.2 EIT图像重建技术研究现状
1.2.1 EIT技术国内外研究现状
EIT系统具有非侵入性无损成像、功能性成像、设备简单及使用方便等特点，这些特点使得EIT技术引起医学界和工业界的广泛关注，并成为世界各国科学研究工作者研究的热点课题[10]。
2