一種基于二端子阻抗測量模式的四端子電阻抗層析成像方法技術

本發明專利技術公開了一種基于二端子阻抗測量模式的四端子電阻抗層析成像方法,屬于電學無損檢測技術領域。所述方法包括如下步驟：建立電阻抗層析成像傳感器的有限元模型，計算相鄰激勵、相對激勵或者對角線激勵模式下的四端子靈敏度矩陣；繼電器雙T型多通道切換模塊選通傳感器的電極，進行二端子阻抗測量；將二端子阻抗值轉換成相應激勵模式下的四端子阻抗值；求解敏感場內電導率差異分布，并進行圖像重建。本發明專利技術適用于非侵入式電阻抗層析成像技術，尤其適用于四端子阻抗測量方式不滿足應用需求或者不具備四端子阻抗測量儀器的情形。本發明專利技術可有效提高所重建圖像的對比度和分辨率，加快成像速度。

【技術實現步驟摘要】
—種基于二端子阻抗測量模式的四端子電阻抗層析成像方法
本專利技術屬于電學無損檢測
，尤其涉及。
技術介紹
近三十余年發展起來的電阻抗層析成像技術(Electrical ImpedanceTomography一EIT),以其非侵入性、便攜性、價格低廉、響應快速等技術優勢,在工業和醫學領域具有重要的應用前景。EIT技術實質上是根據敏感場的電導率分布獲得物場的媒質分布信息。通過在敏感場邊界施加激勵電流，當場內電導率分布變化時，導致場內電勢分布變化，從而場域邊界上的測量電壓發生變化，利用獲得的電阻抗信息通過一定的圖像重建算法，可以重建出場內的電導率分布，從而獲得物場的媒質分布。國家知識產權局在電阻抗層析成像領域只授權了一個專利技術專利基于微針電極的電阻抗層析成像儀及其微創式測量方法(ZL200610114600.6)，利用微針電極跨越人體皮膚高阻抗的角質層，替代傳統表面電極，作為電流激勵裝置以及測量電壓信號的傳感器，測量信號經過放大、濾波后輸入PC機進行數據處理，最后以灰度圖或彩圖反映斷層上各點的電阻抗分布信息。可以達到降低電流激勵與與采集帶來的誤差，同時使得實測對象區域內的電阻抗分布更趨于一階連續，從而使得重構所得圖像分辨率更高，置信度更高。在電阻抗測量中，二端子模式和四端子模式是兩種常見的測量模式，但是各有其優缺點。二端子阻抗測量的最主要缺點是會受到接觸阻抗的影響。J. J. Ackmann于1993年指出指出當進行四端子阻抗測量，頻率高于5kHz時，會引入不能接受的相位差(“Complexbioelectric impedance measurement system for the frequency range from5Hz toIMHzj ” Ann. Biomed. Eng.，vol. 21，no. 2，pp. 135-146，Mar. 1993.)。Szczepanik 和 Rucki于2000年指出當進行四端子阻抗測量，頻率高于5kHz時，在響應電極上測得的電壓會有較大的波動(Z.Szczepanik, and Z. Rucki, “Frequency analysis of electricalimpedance tomography system, ” IEEE Trans.1nstrum. Meas. , vol. 49, no. 4, pp. 844-851,Aug. 2000. )。Dickin于年指出四端子阻抗測量時容易產生電流源飽和現象，使得測量上限被限制(F. Dickin, and M. Wang, “Electrical resistance tomography for processapplications, ” Meas. Sc1. Technol. , vol. 7, no. 3, pp. 247-260，Mar. 1996. X在電阻抗層析成像中，二端子模式和四端子模式也是兩種常見的成像模式。在二端子阻抗測量模式下，對傳感器的每兩個電極依次施加激勵電流，再測量這兩個電極上感應到的電壓值，計算得到二端子電阻抗值。四端子模式下，對傳感器兩個電極施加激勵電流，再測量另兩個電極上感應到的電壓值，計算得到四端子電阻抗值。對于四端子模式，可以選擇相鄰激勵、相對激勵或者對角線等多種激勵方式。在利用靈敏度理論來進行電阻抗層析成像中，二端子模式下的成像質量和速度不及四端子模式下的成像質量和速度。加之在實際應用中，經常會遇到四端子模式不能滿足應用需求或者沒有四端子阻抗測量儀器兩種情形。因此極為有必要專利技術出，來克服上述缺陷，可有效提高成像對比度和分辨力，并能加快成像速度。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供，以能夠在四端子模式不能滿足應用需求或者不具備四端子阻抗測量儀器的情形，仍能提供聞質量、聞速度的圖像重建。為實現上述目的，本專利技術提供的，采用如下技術方案，其特征在于，包括如下步驟步驟一，建立電阻抗層析成像(EIT)傳感器11的有限元分析模型；步驟二,根據Geselowitz和Lehr提出的靈敏度理論,結合EIT傳感器11的有限元分析模型，計算所述EIT傳感器11在相鄰、相對或對角線等任意激勵模式下的四端子靈敏度矩陣S ；步驟三，利用繼電器雙T型多通道切換模塊14選通電極12為測量端子一、測量端子二、接地、浮空四個狀態之一，在傳感器只含均勻導電介質和被測對象13進入傳感器中這兩種情形下，分別通過二端子阻抗測量模塊15進行二端子阻抗測量，測量頻率為10kHz，并通過GPIB-USB接口將數據實時上傳至PC機16中；步驟四，一對電極A-B被電流激勵，測得另一對電極C-D的感應電壓，計算所得的四端子阻抗值記為Zm — AB ；四對電極A-C，A-D, B-C或者B-D分別被施加電流激勵，并測得該對電極之間的感應電壓，計算所得的二端子阻抗值記為zAD, zB。或者zBD ;根據本專利技術提供的的阻抗測量數據轉換公式本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于二端子阻抗測量模式的四端子電阻抗層析成像方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟一，建立電阻抗層析成像（EIT）傳感器（11）的有限元分析模型；步驟二，根據Geselowitz和Lehr提出的靈敏度理論，結合EIT傳感器（11）的有限元分析模型，計算所述EIT傳感器（11）在相鄰、相對或對角線等任意激勵模式下的四端子靈敏度矩陣S；步驟三，利用繼電器雙T型多通道切換模塊（14）選通電極（12）為測量端子一、測量端子二、接地、浮空四個狀態之一，在傳感器只含均勻導電介質和被測對象（13）進入傳感器中這兩種情形下，分別通過二端子阻抗測量模塊（15）進行二端子阻抗測量，測量頻率為10kHz，并通過GPIB?USB接口將數據實時上傳至PC機（16）中；步驟四，一對電極A?B被電流激勵，測得另一對電極C?D的感應電壓，計算所得的四端子阻抗值記為ZCD←AB；四對電極A?C,A?D,B?C或者B?D分別被施加電流激勵，并測得該對電極之間的感應電壓，計算所得的二端子阻抗值記為zAC，zAD，zBC或者zBD；根據本專利技術提供的的阻抗測量數據轉換公式將所測得的二端子阻抗值矩陣可轉換成相鄰、相對或對角線等不同激勵模式下的四端子阻抗值矩陣；在傳感器只含均勻導電介質的情形下的四端子阻抗值矩陣記為Z0，被測對象（13）進入傳感器中的情形下的四端子阻抗值矩陣記為Z，根據ΔZ＝Z?Z0計算出ΔZ；步驟五，利用逆問題求解方法求解ΔZ＝SΔσ，得到敏感場內電導率差異分布Δσ；步驟六，結合EIT傳感器（11）的有限元分析模型，利用所得的電導率差異分布進行圖像重建，在PC機（16）中顯示被測對象（13）的形狀、位置等信息。FDA00002587158300011.jpg...

【技術特征摘要】
1.一種基于二端子阻抗測量模式的四端子電阻抗層析成像方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟一，建立電阻抗層析成像(EIT)傳感器(11)的有限元分析模型； 步驟二，根據Geselowitz和Lehr提出的靈敏度理論,結合EIT傳感器(11)的有限元分析模型，計算所述EIT傳感器(11)在相鄰、相對或對角線等任意激勵模式下的四端子靈敏度矩陣S ； 步驟三，利用繼電器雙T型多通道切換模塊(14)選通電極(12)為測量端子一、測量端子二、接地、浮空四個狀態之一，在傳感器只含均勻導電介質和被測對象(13)進入傳感器中這兩種情形下，分別通過二端子阻抗測量模塊(15)進行二端子阻抗測量，測量頻率為IOkHz，并通過GPIB-USB接口將數據實時上傳至PC機(16)中； 步驟四，一對電極A-B被電流激勵，測得另一對電極C-D的感應電壓，計算所得的四端子阻抗值記為Zm—AB ;四對電極A-C，A-D, B-C或者B-D分別被施加電流激勵，并測得該對電極之間的感應電壓，計算所得的二端子阻抗值記為zAD, zB。或者zBD;根據本發明提供的的阻抗測量數據轉換公式= (ZAe_ZADt(i — ZBD)將所測得的二端子阻抗值矩陣可轉換成相鄰、相對或對角線等不同激勵模式下的四端子阻抗值矩陣；在傳感器只含均勻導電介質的情形下的四端子...

【專利技術屬性】
技術研發人員：曹章，陳健軍，周海力，徐立軍，蔣昌華，
申請(專利權)人：北京航空航天大學，
類型：發明
國別省市：