一种用于磁感应断层成像的图像重建算法

磁感应断层成像技术(magnetic induction tomography,MIT)是一种非接触、无损害的以人体电导率分布为成像目标的阻抗成像技术.本文提出一种用于MIT技术的图像重建算法--修正的Newton-Raphson(NR)算法.首先,推导并求解MIT的正问题和逆问题.其次.通过对比仿真计算和实际测量的结果证明基于有限元的MIT正问题求解方法的有效性.然后,对测量区域内的电导率扰动成功地进行了仿真图像重建.结果证明,本文提出的修正的NR算法是一种有效的MIT网像重建算法.它的实现为下一步物理模型以及生物体上的MIT成像实验打下了良好基础.     

磁感应断层成像中的一种高精度同步相位测量方法

磁感应断层成像(magnetic induction tomography, MIT)是一种新兴的非接触医学成像方法, 在脑部病变连续动态检测方面具有良好的应用前景.测量过程中的相位漂移是影响MIT系统检测精度的主要因素.为了提高检测精度, 实现了一种实用的MIT相位测量方法, 可以快速进行相位测量而且可以长时间保持稳定, 具有很低的相位漂移水平.该方法实现了激励信号、检测信号、参考信号、本振信号以及采样时钟之间的完全同步, 并引入了正交序列解调算法, 提高了解调的速度.实验结果表明: 单次相位测量时间小于1 ms,1 min内的最大相位漂移小于0.005°, 1 h内的最大相位漂移小于0.008°.基于该相位测量方法建立了一个16通道MIT系统, 并获得了初步的低电导率(0.84 S/m和1.26 S/m)物理模型成像结果.     

基于互易原理磁感应成像中灵敏度矩阵的计算

磁感应成像(MIT)是一种利用线圈传感器重建所测物体内部电导率分布的成像方法.MIT中的灵敏度矩阵为所测感应电压对物体电导率变化的函数,是反演成像的关键.基于有限元方法和互易原理,提出一种有效计算MIT灵敏度矩阵的方法,在所建立测量模型基础上,运用该方法进行了实验与分析.实验结果表明,该方法可以快速求解MIT中的灵敏度矩阵,应用在高斯一步牛顿算法中可以实现图像重建,为MIT逆问题提供了更有效的解决方案.     

基于同步检波的单通道磁感应成像技术研究

磁感应成像在医学领域的应用,由于生物组织的电导率非常小,需要一种测量相位精度高的系统才能满足应用需要。描述了一种基于同步检波的单通道磁感应测量系统,来测量微小相位变化。系统使用模拟开关代替模拟乘法电路,减少直流漂移,增加电路的动态范围。电路中引入了模拟的相移电路,使参考信号和与检测信号相位正交,提高相位测量的灵敏度。研究了单通道系统的稳定度和灵敏度,通过实测电路,该测量系统在1 min内的相位漂移0.001 5°,在1 h内的相位漂移0.006°;并给出电导率变化相应相位变化关系。     

车轮踏面动态感应热成像缺陷检测方法研究

涡流脉冲热成像是一种新型的无损检测技术,具有检测速度快,灵敏度高,探测范围大的特点。为适应车轮踏面缺陷的动态检测,本文提出了一种适应车轮踏面廓形的矩形磁轭电磁感应激励传感结构。通过传感器结构的磁路模型推导,从理论上证明了传感结构的可行性。通过数值模拟计算分析了踏面表面检测区域的磁场与涡流场分布,并对比了矩形磁轭与直导线的检测结果。在此基础上,本文搭建了一套车轮自动探伤检测系统,能够实现65 mm/s速度下的缺陷动态测量。结果表明,设计的矩形磁轭传感结构可优化感应加热的均匀性,对车轮踏面浅表层疲劳裂纹(轴向表面开口)具有更好的检测结果。     

基于滤波反投影的脑磁感应迭代重建算法研究

颅脑磁感应断层成像技术(BMIT)是一种非接触、无创的新兴颅脑医学成像技术,图像重建算法是提高重建图像质量的关键。依据BMIT反投影算法和迭代算法,设计出一套基于滤波反投影的脑磁感应迭代重建方法。首先根据滤波反投影重建算法原理,给出初始电导率分布,其次基于电导率变化敏感性加权计算滤波反投影矩阵,最后利用一步牛顿迭代构成滤波反投影迭代重建算法,通过设置理想条件数G来修正Hessian矩阵,改善重建过程的病态程度,并对待重建数据进行标准化位置校正处理。实验结果表明,该算法成像速度快,重建出的图像具有较高分辨率,能够准确反映成像区域内仿真病变的大小及位置信息,且轮廓清晰,为颅脑磁感应断层成像技术应用于临床监护奠定了基础。     

工业计算机断层成像系统—ICT—B01工业断层扫描仪

本文简要介绍了工业计算机断层成像（ICT）技术的原理和应用，概括了ICT的发展概况，描述了快速、实用的ICT－B01样机的组成及性能指标，最后列举了一些用户的检测实例。     

导电材料缺陷的涡流成像检测技术研究

针对目前涡流无损检测尚存在检测精度低、反演识别难的问题,利用理论仿真分析,设计了励磁均匀性较好的励磁线圈和阵列隧道磁阻(TMR)传感器探头,基于阵列探头提出了等空间间隔插值成像缺陷检测方法,搭建试验系统,并进行缺陷检测试验.结果表明,提出的方法可有效地避免探头速度对成像结果的影响,从而实现不同形状尺寸缺陷的轮廓成像检测...     

工业CT断层图像缺陷检测的可视化方法研究

针对工业CT断层图像缺陷检测中的传统二维图像处理方法,提出了将三维可视化技术应用于二维灰度图像缺陷检测领域的算法流程.应用该算法流程,系统能够充分利用CT断层灰度图像信息,获得清晰的三维视觉效果,从而显著增强了系统检测缺陷的能力.在大型工业CT图像重建与检查分系统中采用该算法流程取得了较为理想的效果.     

MIT中反投影矩阵的计算与数据处理方法

反投影算法是磁感应断层成像技术(MIT)中一种有效的图像重建算法.该算法中反投影矩阵的计算与检测数据的处理是提高重建图像质量的关键.依据磁感应断层像原理,提出了一种有效的MIT反投影矩阵计算方法和检测数据的处理方法.在所建立的仿真模型和实际模型基础上,分别运用该方法进行了图像重建实验与分析.实验结果表明,该方法应用在反投影算法中可以实现MIT图像重建.重建图像能准确反映成像区域内部电导率变化,具有较高分辨率,扰动目标定位准确,形状信息清晰可见.进而验证了该方法的可靠性和有效性.     

Analysis of response for magnetic induction tomography with internal source

Magnetic induction tomography (MIT) can reconstruct the distribution of conductivity within the sensing field in a non-invasive and non-intrusive manner, thus receives wide attentions for its applications in industrial and biomedical detections. In some particular cases, internal signals exist in the sensing field that would affect the response of MIT. The information of the internal signals might aid the understanding of the condition of the process/object being measured. In order to understand the effects of internal sources upon the reconstruction accuracy and dynamic responses of MIT, the Izhikevich model is applied to generate different internal sources, and numerically simulated to study the responses of magnetic induction with the internal signals. The simulation results show that an internal signal causes a shifting of the object’s location in the reconstructed image, and the amplitude of the U-shape curve formed by the measurement of MIT receivers is helpful to recognize the internal sources of different signal pattern and number. Dynamic responses of the MIT to the point source model and the multi-point source model of different internal signal shapes are also numerically investigated. A modified independent component analysis (ICA) method is introduced to separate the internal signals from the measured signals. Simulation results show that the internal signals induced in MIT’s receivers can be separated by using ICA, and the kurtoses of the separated independent components are robust in identifying different internal sources. This work verifies that MIT could handle the coupling information detections, and the coupled signals could be separated effectively with ICA.     

基于平面地磁感应线圈测量高速自旋弹丸转速的方法

针对高自旋弹丸的转速测试问题,推导了在三维转动中地磁感应线圈的输出公式,并在合理的假设下对高自旋弹丸的输出信号进行了简化,给出了输出信号的半周期确定方法及基于相位信息的转速测试原理。测试结果表明,利用本文方法得到的转速曲线和遥测结果是一致的。     

无源线圈在电磁感应溶液测量中的增强效应

将一只由线圈与电容元件共同组成的无源线圈放置于探测线圈与待测电解质溶液组成的测量系统中,借助无源线圈与两者之间的电磁感应耦合,可在谐振频率点附近提高测量系统的探测性能。以塑料容器内0~5%质量分数浓度的Na Cl溶液为探测目标,对无源线圈置于目标溶液前侧及背侧两种情况下的阻抗谱进行了实验分析。结果表明,相同探测距离下,介入无源线圈的测量系统对电解质溶液的浓度表现出更高的灵敏度。当目标溶液位于探测线圈敏感距离之外时,介入无源线圈后依然可实现有效的溶液浓度测量。无源线圈的这种增强效应可提升电磁感应系统的有效探测距离,实现电解质溶液或生物组织等低电导率物质的远距离非接触测量。     

交流励磁三维定位系统中磁传感器设计

交流励磁定位系统可以对介入式微型医疗装置在人体内的三维位置实现非接触式遥测。在定位系统中，为了测量磁场分布范围宽、下限磁场微弱的交变磁场，本文设计开发了感应线圈式磁传感器。根据电磁感应原理，感应线圈先将交变的磁信号转换为电信号，再通过后级信号处理电路在强大的噪声背景中提取出有用的电信号，结合传感器的输入输出特性，即获得待测磁场大小。实验结果表明：磁传感器能准确测量微弱交变磁场，且具有宽测量范围、高分辨率、高稳定性和高精度的优点。磁传感器还能适用于一切非导磁环境中跨度大的交变磁场的测量，具有通用性。     

互感式自检测磁悬浮轴承系统的检测原理研究

基于差动变压器原理，提出从控制电磁铁线圈的两端提取因偏置磁通随位移变化而互感的诱导电压（电流），作为反馈信号构成闭环控制的自检测磁悬浮轴承系统。偏置电磁铁采用脉宽调制（PWM）电压信号驱动。所要检测的互感电压（电流）信号的PWM的电流频率的成分是电磁铁互感系数的函数，互感系数又是转子气隙位移的函数。该信号经过全波整流得到与转子位移成比例的电压信号，将该位移信号由PID控制器转换为调整转子位移的控制信号。