电阻抗层析成像技术图像重建方法研究.pdf

摘要

电阻抗成像(ElectricalImpedanceTomography，EIT)技术作为一种新型成像技术，

其原理是向被测场域内注入电流，并在被测场域的边界上获取电压响应，经过逆问题计

算得到场域内电导率分布的信息。相较于传统成像技术，EIT技术具有无辐射、成本低、

成像速度快等优点，目前已在生物医学领域显示出巨大潜力。然而由于获取的边界电压

数远小于感知区域内待求解电导率的个数，导致EIT逆问题具有不适定性，从而造成了

电阻抗层析成像技术重建的图像空间分辨率较低。本文针对以上问题，对电阻抗层析成

像图像重建算法展开了深入研究：

1.针对Tikhonov正则化算法的解过于平滑导致重建图像质量差的问题，提出了一

种将Tikhonov正则化算法与小波框架相结合的EIT图像重建方法。首先用Tikhonov正

则化算法进行逆问题求解，再采用小波框架方法对得到的解优化处理，最终得到最优的

电导率变化分布。通过仿真结果可以清晰看出采用所提方法进行图像重建时，重建的图

像质量得到了提升，定量分析也进一步表明所提方法比Landweber迭代算法、TV正则

化算法和Tikhonov正则化算法成像的效果更好，并且抗噪性能得到了提升。此外，还

基于实验数据进行了图像重建，得到的重建图像质量明显优于其他三种方法，目标物重

建的更精确，重建图像中几乎没有伪影。

2.为了增强Newton-Raphson算法重建图像的空间分辨率，提出了一种改进的鸟群

优化算法来优化初始的电导率分布。在求解目标函数时，引入动态惯性权重参数，使鸟

群的飞行间隔随迭代次数的增加而变化。所提方法在优化过程中，增强了全局有哪些信誉好的足球投注网站能力，

能够在寻找全局最优解时跳出局部最优，得到全局最优电导率分布。为了验证所提方法

在图像重建方面的性能，在数值仿真部分研究了无噪声条件以及不同噪声水平下的图像

重建结果，并与Landweber迭代算法和Newton-Raphson算法进行了比较，仿真结果与

定量分析表明，所提方法能够有效提高重建图像的分辨率。同时物理模拟实验的结果进

一步证明了所提方法在电导率分布可视化方面的优越性。

关键词：电阻抗成像，小波框架，改进鸟群优化算法，图像重建

ABSTRACT

ElectricalImpedanceTomography(EIT)isanewimagingtechnology.Withcurrentinjectedinto

themeasuredfieldandvoltagemeasuredfromtheboundary,theinformationofinternalconductivity

distributioncanbeobtainedbysolvingtheinverseproblem.Comparedwithtraditionalimagingtechnology,

EIThastheadvantagesofradiation-free,lowcostandfastimagingspeed.Ithasshownitsgreatpotentialin

thebiomedicalfield.However,sincethenumberofmeasuredboundaryvoltageismuchsmallerthanthe

numberofconductivitypixelsinthesensingregion,theinverseproblemofEITisill-posedleadingtothe

lowspatialresolutionofthereconstructedimage.Forfurtherimprovementofreconstructionaccuracyof

reconstructedimages,anin-depthstudywasconductedontheimagereconstructionmethodofelectrical

impedancetomography:

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