一种结合时差成像和频差成像的电阻抗成像方法专利检索-电阻抗成像测量仪器和方法专利检索查询-专利查询网

一种结合时差成像和频差成像的 电阻抗成像方法

阅读：73发布：2020-05-18

专利汇可以提供一种结合时差成像和频差成像的电阻抗成像方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种结合时差成像和频差成像的电阻抗成像方法，该方法通过采用两个不同时刻同一频率处的两组测量数据进行时差成像，获得成像目标体积变化而导致的成像目标(位于成像区域内)电阻抗变化，然后通过采用同一时刻不同频率处的两组测量数据进行频差成像，获得成像目标电导率变化而导致的成像目标(位于成像区域内)电阻抗变化，最终结合时差重构结果和频差重构结果计算在某一时刻的成像目标体积(三维成像)或者成像目标面积(二维成像)。本发明利用时差成像和频差成像的各自特点，能够计算成像目标(位于成像区域内)在某一时刻的体积(或面积)。，下面是一种结合时差成像和频差成像的电阻抗成像方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种结合时差成像和频差成像的电阻抗成像方法，其特征在于，首先，通过采用两个不同时刻同一频率处的两组测量数据进行时差成像，获得成像目标体积变化与成像目标电阻抗变化之间的对应关系，即得到时差重构结果；然后，通过采用同一时刻不同频率处的两组测量数据进行频差成像，获得成像目标电导率变化与成像目标电阻抗变化之间的关系，即频差重构结果；最终，结合时差重构结果和频差重构结果计算在某一时刻的成像目标体积或面积。
2.根据权利要求1所述的结合时差成像和频差成像的电阻抗成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)采用两种频率f1和f2的电流分别在两个不同时刻t1和t2进行激励，分别获得两种频率处、两个不同时刻的测量数据和其中表示频率x处、在y时刻的
测量数据；
2)利用两个不同时刻t1和t2、频率f1处的两组测量数据和的差分结果
进行图像重建，获得频率f1处、因成像目标体积随时间发生变化而引起
的电阻抗变化利用下式求解
其中，S为敏感矩阵，为正则化系
数，L为正则化矩阵，为重构矩阵，T为矩阵的转置；
3)利用两个不同时刻t1和t2、频率f2处的两组测量数据和的差分结果
进行图像重建，获得频率f2处、因成像目标体积随时间发生变化而引起
的电阻抗变化利用下式求解
其中，为重构矩阵，L为正则化矩
阵，为正则化系数；
4)利用t1时刻两种频率f1和f2处的两组测量数据和的差分结果
进行图像重建，获得时刻t1处、因成像目标电导率随频率变化而引起的电阻抗变化利用下式求解
其中，为重构矩阵，L为正则化矩
阵，为正则化系数；
5)利用t2时刻两种频率f1和f2处的两组测量数据和的差分结果
进行图像重建，获得时刻t2处、因成像目标电导率随频率变化而引起的
电阻抗变化利用下式求解
其中，为重构矩阵，L为正则化矩
阵，为正则化系数；
6)基于成像目标的电阻抗变化与其体积和电导率特性成正比的关系，即：
根据下式计算t1时刻的成像目标体积那么，
以及t2时刻的成像目标体积其中，
和为成像区域的重构结果之和，分别采用以下四式进行计算：
和
3.根据权利要求1所述的结合时差成像和频差成像的电阻抗成像方法，其特征在于，电阻抗成像正问题计算方程为：S·Δρ＝ΔV；
其中，S是敏感矩阵，ΔV为待重构的边界测量数据变化向量，Δρ为成像目标的电阻抗变化，其与成像目标的体积C和电导率σf成正比，表示为Δρ∝C·σf。
4.根据权利要求1所述的结合时差成像和频差成像的电阻抗成像方法，其特征在于，待重建的边界测量数据包含各种激励-测量模式条件下采集的数据。
5.根据权利要求1所述的结合时差成像和频差成像的电阻抗成像方法，其特征在于，两种不同频率为任意频段内的两个不同频率。
6.根据权利要求1所述的结合时差成像和频差成像的电阻抗成像方法，其特征在于，两个不同时刻为任意间隔的两个不同时刻。
7.根据权利要求1所述的结合时差成像和频差成像的电阻抗成像方法，其特征在于，在二维成像中，计算成像目标的面积；在三维成像中，计算成像目标的体积。

说明书全文

一种结合时差成像和频差成像的电阻抗成像方法

技术领域

[0001] 本发明属于电阻抗成像技术领域，涉及一种结合时差成像和频差成像的电阻抗成像方法。

背景技术

[0002] 基于不同生物组织具有不同电阻抗特性，以及同一种生物组织在不同生理和病理状态下的电阻抗特性也不同的原理，电阻抗断层成像技术(ElectricalImpedance Tomography，EIT)通过在被测体表面安放的电极施加一定的安全电流，同时采集边界电压响应信号，然后依据图像重构算法计算被测体内部的电阻抗分布或者电阻抗变化分布。依据成像方式，EIT可分为静态EIT成像、时差EIT成像和频差EIT成像。静态EIT以重构被测体内部的绝对电阻抗分布为目标，，但是其成像结果严重受被测体边界误差、电极位置误差、测量噪声等因素的影响，导致静态EIT成像在实际应用中困难很大。

[0003] 但是，实际应用一直需要被测体内部的绝对阻抗分布，特别是对于被测体内部某一目标在某一时刻的绝对阻抗分布(也就是，面积或者体积信息)的需求一直存在。尽管时差EIT和频差EIT分别利用不同时刻和不同频率下的测量数据进行差分成像，可反映人体被测部位内部不同时刻和不同频率下的电阻抗分布变化，具有明显降低被测体边界误差、电极位置误差、测量噪声对成像结果影响的优点，但是时差EIT和频差EIT计算的都是电阻抗相对变化信息，无法直接反映人体被测部位内部成像目标在某一时刻的绝对阻抗(面积或者体积信息)。

[0004] 因此，亟需一种能够利用时差EIT和频差EIT成像的优点，可计算成像目标面积或者体积的电阻抗成像方法。

发明内容

[0005] 为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种结合时差成像和频差成像的电阻抗成像方法，该方法能够计算被测部位内部成像目标的体积或面积信息。

[0006] 为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

[0007] 本发明公开了一种结合时差成像和频差成像的电阻抗成像方法，首先，通过采用两个不同时刻同一频率处的两组测量数据进行时差成像，获得成像目标体积变化与成像目标电阻抗变化之间的对应关系，即得到时差重构结果；然后，通过采用同一时刻不同频率处的两组测量数据进行频差成像，获得成像目标电导率变化与成像目标电阻抗变化之间的关系，即频差重构结果；最终，结合时差重构结果和频差重构结果计算在某一时刻的成像目标体积或面积。

[0008] 优选地，上述的结合时差成像和频差成像的电阻抗成像方法，具体包括以下步骤：

[0009] 1)采用两种频率f1和f2的电流分别在两个不同时刻t1和t2进行激励，分别获得两种频率处、两个不同时刻的测量数据和其中表示频率处x处、在y时刻的测量数据；

[0010] 2)利用两个不同时刻t1和t2、频率f1处的两组测量数据和的差分结果进行图像重建，获得频率f1处、因成像目标体积随时间发生变化而引起的电阻抗变化利用下式求解

[0011] 其中，S为敏感矩阵，为正则化系数，L为正则化矩阵，为重构矩阵，T为矩阵的转置；

[0012] 3)利用两个不同时刻t1和t2、频率f2处的两组测量数据和的差分结果进行图像重建，获得频率f2处、因成像目标体积随时间发生变化而引起的电阻抗变化利用下式求解

[0013] 其中，为重构矩阵，L为正则化矩阵，为正则化系数；

[0014] 4)利用t1时刻两种频率f1和f2处的两组测量数据和的差分结果进行图像重建，获得时刻t1处、因成像目标电导率随频率变化而引起的
电阻抗变化利用下式求解

[0015] 其中，为重构矩阵，L为正则化矩阵，为正则化系数；

[0016] 5)利用t2时刻两种频率f1和f2处的两组测量数据和的差分结果进行图像重建，获得时刻t2处、因成像目标电导率随频率变化而引起的
电阻抗变化利用下式求解

[0017] 其中，为重构矩阵，L为正则化矩阵，为正则化系数；

[0018] 6)基于成像目标的电阻抗变化与其体积和电导率特性成正比的关系，即：

[0019]

[0020]

[0021]

[0022]

[0023] 根据下式计算t1时刻的成像目标体积那么，以及t2时刻的成像目标体积其中，
和为成像区域的重构结果之和，分别采用以下四式进行计算：
和

[0024] 优选地，电阻抗成像正问题计算方程为：S·Δρ＝ΔV；

[0025] 其中，S是敏感矩阵，ΔV为待重构的边界测量数据变化向量，Δρ为成像目标的电阻抗变化，其与成像目标的体积C和电导率σf成正比，表示为Δρ∝C·σf。

[0026] 优选地，待重建的边界测量数据包含各种激励-测量模式条件下采集的数据。如上述的四个电压数据和在EIT领域中，有非常多的数据采集模式可以获得电压数据，本发明的方法可以适合所有采集模式下得到的数据。

[0027] 优选地，两种不同频率为任意频段内的两个不同频率。

[0028] 优选地，两个不同时刻为任意间隔的两个不同时刻。

[0029] 优选地，在二维成像中，计算成像目标的面积；在三维成像中，计算成像目标的体积。

[0030] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

[0031] 本发明提供的一种结合时差成像和频差成像的电阻抗成像方法，通过采用两个不同时刻同一频率处的两组测量数据进行时差成像，获得成像目标体积变化而导致的成像目标(位于成像区域内)电阻抗变化；然后通过采用同一时刻不同频率处的两组测量数据进行频差成像，获得成像目标电导率变化与成像目标电阻抗变化之间的关系，最终结合时差重构结果和频差重构结果计算在某一时刻的成像目标体积或面积(绝对阻抗分布)。现有技术只能重构获得两个不同时刻之间的成像目标体积变化或者两个不同频率之间的成像目标电导率变化，无法获得某一时刻成像目标的体积，而本发明通过结合时差成像和频差成像解决了该问题。本发明提供的一种结合时差成像和频差成像的电阻抗成像方法，可根据实际应用情况灵活应变：依据成像目标的电阻抗频谱特性，任意选择成像目标具有电导率差异的两个不同频率进行数据采集和成像；依据成像目标的体积变化情况，任意选择成像目标具有体积差异的两个不同时刻进行数据采集和成像。附图说明

[0032] 图1是本发明的方法流程图。

[0033] 图2是本发明用于计算仿真测量数据的仿真模型。

[0034] 图3是本发明的仿真重构模型。

[0035] 图4是时差成像结果和频差成像结果，其中401和402分别为在两个频率处的时差成像结果，403和404为在两个时刻的频差成像结果。

具体实施方式

[0036] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

[0037] 需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

[0038] 下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

[0039] 参照图1，本实施例给出一种结合时差成像和频差成像的电阻抗成像方法，分别采用两种不同频率的电流在两个不同时刻进行激励，获得两种频率处、两个不同时刻的测量数据，共四帧测量数据；其次，分别重构在两个频率处的时差图像，以及分别重构在两个不同时刻的频差图像；最后，基于上述四种重构结果分别计算在两个时刻的成像目标体积。

[0040] 在本实施例中，以二维成像为例，假设一个成像部位为以半径12cm的圆域，圆域内有一成像目标。成像目标在第一个时刻t1第一种频率f1处的电导率为1.0S/m，在第一个时刻t1第二种频率f2处的电导率为1.05S/m，在第二个时刻第一种频率f1处的电导率为1.1S/m，在第二个时刻第二种频率f2处的电导率为1.15S/m；圆域内的电导率在所有时刻和所有频率处均为1.0S/m，如图2所示，图2中201为第一个时刻t1的仿真模型；图2中202为第二个时刻t1的仿真模型，成像目标的面积在两个时刻变化为0.873cm2(成像目标的面积在第一和第二时刻的面积分别为0.873cm2和1.746cm2)。当仿真模型所有参数设置完成后，根据电阻抗成像原理，分别生成在两个时刻和两个频率处的仿真测量数据，而且为了模拟真实情况，向仿真数据中添加一定的噪声，最终获得四帧测量数据：和

[0041] 图3为用于重构图像的仿真重构模型，该模型由12层有限元组成，所有有限元网格均为规则的三角形剖分网格，圆域内电导率均匀分布，为1.0S/m。

[0042] 本发明提出的结合时差成像和频差成像的电阻抗成像方法，包括以下步骤：

[0043] 1)利用两个不同时刻(t1和t2)、频率f1处的两组测量数据和的差分结果进行图像重建，利用下式重构在频率f1处、因成像目标体积随时间发生变化而引起的电阻抗变化
其中，S是敏感矩阵，L为正则化矩阵(本实
施例中L＝diag(STS))，为正则化系数(本实施例中 )，为重构矩阵。的重建结果如图4中401所示。

[0044] 2)利用两个不同时刻(t1和t2)、频率f2处的两组测量数据和的差分结果进行图像重建，利用下式求解重构在频率f2处、因成像目标体积随时间发生变化而引起的电阻抗变化
其中，L为正则化矩阵(本实施例中L＝diag(STS))，为正则化系数(本实施例中)，为重构矩阵。的重建结果如图4中402所示。

[0045] 3)利用t1时刻两种频率f1和f2处的两组测量数据和的差分结果进行图像重建，利用下式重构在时刻t1处、因成像目标电导率随频率变
化而引起的电阻抗变化
其中，L为正则化矩阵(本实施例中L＝diag(STS))，为正则化系数(本实施例中)，为重构矩阵。的重建结果如图4中403所示。

[0046] 4)利用t2时刻两种频率f1和f2处的两组测量数据和的差分结果进行图像重建，利用下式重构在时刻t2处、因成像目标电导率随频率变
化而引起的电阻抗变化
其中，L为正则化矩阵(本实施例中L＝diag(STS))，为正则化系数(本实施例中)，为重构矩阵。的重建结果如图4中404所示。

[0047] 从图4中可以看出，尽管时差成像或频差成像结果能够反映成像目标的位置信息，但是无法准确获得成像目标的面积(或体积)信息。

[0048] 5)基于成像目标的电阻抗变化与其体积和电导率特性成正比的关系，根据下式计算t1时刻的成像目标体积，以及t2时刻的成像目标体积其中，和为成像区域的重构结果之
和，分别采用以下四式进行计算：
和经计算，

[0049] 和那么本发明提出的方法的计算的两个时刻的成像目标面积与真实面积之间的误差分别为0.8％和1.03％，均小于5％(5％以内通常被认为是可接受范围)。所以本发明提出的结合时差成像和频差成像的电阻抗成像方法能够准确计算成像目标在不同时刻的面积(或体积)。

[0050] 综上所述，本发明的方法通过采用两个不同时刻同一频率处的两组测量数据进行时差成像，获得成像目标体积变化而导致的成像目标(位于成像区域内)电阻抗变化，然后通过采用同一时刻不同频率处的两组测量数据进行频差成像，获得成像目标电导率变化而导致的成像目标(位于成像区域内)电阻抗变化，最终结合时差重构结果和频差重构结果计算在某一时刻的成像目标体积(三维成像)或者成像目标面积(二维成像)。本发明利用时差成像和频差成像的各自特点，能够计算成像目标(位于成像区域内)在某一时刻的体积(或面积)。

[0051] 以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

标题	发布/更新时间	阅读量
一种注入电流式热声成像方法	2020-05-17	63
一种混合变差生物电阻抗成像方法	2020-05-22	482
变电站接地网数字化管理系统	2020-05-20	590
一种中心供电式电阻抗成像电极系统的控制方法	2020-05-22	979
基于格子波尔兹曼模型的光在介质中传播的描述方法	2020-05-14	20
一种基于FPGA的便携式电阻抗成像系统及其工作方法	2020-05-14	519
一种电阻抗成像电极物理模型装置	2020-05-24	455
一种电阻抗成像的数据采集摄像机用连接机构	2020-05-08	593
一种沉浸式电子游戏操作系统	2020-05-23	850
电阻抗成像设备	2020-05-12	203

一种结合时差成像和频差成像的电阻抗成像方法

一种结合时差成像和频差成像的电阻抗成像方法

技术领域

背景技术

发明内容

具体实施方式

该功能需要专业版企业版VIP权限，您可以：