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
第2章 电阻抗层析成像技术综述
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(4) PT技术中的传感器和数据采集系统要安装在工业现场，这要求它不仅能与过程对象的几何、机械、物理特性相适应，而且还要适应恶劣的现场环境(电磁干扰、震动、电压波动等)。
总之PT技术相对于CT技术有很多优点。它将传统的对过程参数的单点、局部的测量，发展为多点、截面分布式的测量；它在不破坏、干扰流体流动的情况下，获得管或设备内部两相/多相流体的二维/三维分布信息；为在工业条件下对基于热动力学、反应动力学和流体动力学原理建立的过程、设备模型的证实提供一种方便的手段；还可以为优化过程设备及装置的设计、改进过程工艺、实现两相流/多相流体输送，反应复杂生产过程的调节与控制提供全面、准确的信息和辅助的研究手段。
特别是基于电学方法的层析成像(Electrical Tomography，简记ET)技术，由于其结构简单、响应迅速、成本低等特点，取得了较快的发展，目前，已进入到工业应用研究阶段，并在应用于在线监测和环境监测方面等诸多工业过程测量领域取得一些研究成果[25]。
PT技术经十几年的发展，已有多种不同原理的PT系统问世。根据获得被测物场信息所采用的方法不同，可将PT技术主要分为核PT、光学PT、电学PT、微波PT、核磁共振PT及声学PT等[26]。不同的PT方法具有基于不同物理原理的空间传感器敏感阵列，因而具有不同的信息处理系统及图像重建算法。表2-1列出应用于工业过程检测的各种PT系统的基本原理和应用范围。
国内外最新研究进展表明，基于电学和超声等传感机理的PT技术将是今后重点发展的过程层析成像技术，尤其是基于电学原理的各种PT技术，以其成本低、速度快、适用范围广、系统结构简单、安全性能好等特点，近年来已取得了长足的进步，某些研究成果已接近于工业实际应用。核子方法PT技术在图像的空间分辨率和图像质量等方面有其独特优势，但是其成本高，安全性能低。
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燕山大学本科生毕业设计(论文) 表2-1 各种PT系统的基本原理和应用范围 PT方法 类型 透射 被测介质特性参数 衰减系数μ 典型应用 多相流成像，混合过程，流化床 核子工业无损检测和估计，粒子流成像 气液两相流的空隙成像，无损检测 液体研究，燃烧诊断，火焰检测 温度场成像，等离子体诊断 混合过程 油气、气液两相流成像，流化床成像 气液两相流，混合过程，地貌、环境检测 无损检测 核子 辐射 辐射系数e 散射 空隙率β 透射 衰减系数μ 光学 辐射(红外) 温度分布T 干涉 折射率n 介电常数ε或电导率分布σ 介电常数ε或电导率分布σ 磁导率μ或电导率σ 电容ECT 电学 电阻ERT(EIT) 电磁EMT 2.3 EIT技术理论基础
目前比较成熟的成像技术，例如CT技术、核磁共振技术和B超等，由于使用射线、核素，对人体有害，并且其价格昂贵等缺点，从而不能进行长时间、连续监测和临床医学图像监护。特别是在灾难、事故急救和创伤外科中由于缺乏方便、有效的图像监护手段，以致错过抢救时机，导致患者死亡的事例时有发生[27]。与这些成像技术相比，EIT技术在处理类似事件时有很大的优势，主要体现在以下几方面[28]：
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第2章 电阻抗层析成像技术综述
(1) 硬件设备体积小、便于携带。
可将设备送至事故现场，从而为急救节省宝贵时间。
(2) 是一种廉价的医学成像技术。 (3) 对人体无害。
EIT技术不使用射线或核素，对人体无毒害。
(4) 是一种无损伤医学图像检测技术。
EIT是通过给体表配置电极阵列，外加安全的激励电流来提取与人体生理、病理状态相关的组织和器官的电特性信息。
(5) 功能成像。
它是以生物体内组织和器官的电阻抗分布和变化为研究对象，反映的是组织和器官功能状态以及变化规律的功能性图像结果。因此，它能够在组织和器官发生结构性变化之前，及时检测到与疾病相关的组织和器官的功能性变化，提示疾病的发生，跟踪其发展过程，这对相关疾病的普查、预防和早期诊断与治疗是非常有利的[29]。
如上图2-1所示即EIT应用实例，(a)中所示为在盐水溶液中加入具有一定形状的塑料片，然后进行图像重建，(b)中即重建所得的图像。
(a)
图2-1 EIT应用实例
(b)
2.3.1 EIT技术生物学基础
生物体里面的不同组织，不同器官有着不同作用，不同组织、器官在进行正常活动时有不同的电导率(电阻率)。表2-2列出了人体正常组织器官的电阻率值。并且各组织、器官的电导率(电阻率)由于生理和病理的变化，也
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会有不同程度的改变[30]。EIT技术的特点就是反映这些电导率的变化规律，通过给物体注入安全可调的电流，并测量体表的边界电位值，来重建生物体内组织、器官的电导率分布，并以图象的形式显现出来。这是一种能反应生物体内器官功能和组织结构的医学成像技术。在一些病理初期或者恢复期，
表2-2 人体正常组织器官的电阻率值
组织 骨头 脂肪 肺
大脑灰质 大脑白质 纵向心肌 横向心肌
电阻率(Ωm) 166 21-28 7.3-24 2.8 6.8 1.6-5.8 4.2-5.1
组织
纵向骨骼肌 横向骨骼肌 肝脏 血液 血浆 脑髓液
电阻率(Ωm) 1.3-1.5 18-23 3.5-5.5 1.5 0.66 0.65
使用传统的CT检测可以获得体内的组织或者器官的图像，但EIT技术检测到的是组织电导率的变化，即阻抗分布的情况，它能够在组织和器官发生结构性变化之前，及时检测到与疾病相关的组织和器官的功能性变化，提示疾病的发生，跟踪其发展过程。
2.3.2 EIT技术基本原理
用于两相流检测的EIT技术的基本原理是：由于管道或者容器内两相流体各相的组分具有不同的电阻率，因此可以说电阻率的分布和各相组分的分布是一一对应的。在管道某一横截面的边界等间隔的布置多个电极，这些电极在测量过程中分别作为电流激励电极和电压测量电极，轮流对某一电极对施加激励电流作为输入信号，在管道内部建立起敏感场，再测量其他电极对上的电压信号。当管道内两相流流体流动情况发生变化时，电阻率的分布也会变化，电流场的分布也随之变化，从而管道边界上的测量电压也要发生变化。利用边界上电压的变化，通过一系列的成像算法，可以重建出管道内电阻率分布或者反应电阻率分布情况的灰度的变化，从而了解管道内两相流流体的流动情况，实现可视化测量[31]。
由上述原理可知，通过EIT测量得到的是管道某一横截面的两相流分布情况，在管道上不同位置分别进行测量，可以得到多个横截面的两相流分布
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