基于矩阵模型的感应式磁声重建算法

感应式磁声成像(MAT-MI)是一种融合磁感应技术和超声断层扫描技术的新型生物电阻抗成像方法,兼具电阻抗功能成像和超声技术高空间分辨率的优点.目前针对声源重建大都采用时间反转法,该方法存在的问题有:求导数后对数据噪声有放大作用;声压的边缘Gibbs效应导致重建图像的伪影重等.为此,本文对已有的格林函数积分解进行离散,提出一种矩阵投影格式,并在此基础上提出一种迭代求解的算法.为了验证新方法的正确性,我们使用电导率具有空间分布3Dphantom模型进行了数值模拟并获得了不同截面处的声压波形.最后使用本文提出的方法由获得的声压重建得到了高精度的声源分布和电导率分布.     

基于栈式自编码器的磁探测电阻抗成像算法研究

针对目前磁探测电阻抗成像算法图像重建分辨率不高、精确度低的问题,提出了一种基于栈式自编码(SAE)神经网络的磁探测电阻抗成像算法。使用方形成像体进行仿真实验,通过训练样本建立SAE神经网络模型,确定神经元权重和偏置值。利用该网络模型重建成像体内部的电导率分布;并在异质体中心位置、算法的抗噪性能等方面将重建结果与基于Levenberg-Marquardt算法的反向传播神经网络的重建结果进行对比。结果表明栈式自编码神经网络算法显著提高了磁探测电阻抗成像的重建精度、抗噪性能。最后,通过仿体实验验证了SAE算法的可行性。根据实际测得的磁场,使用神经网络算法重建电导率,准确定位异质体位置。SAE神经网络算法的提出对于磁探测电阻抗成像技术的广泛应用具有重要意义。     

基于环形电极的开放式MREIT三维重建

针对主磁场为竖直方向的开放式磁共振系统,提出一种环形电极模式应用于三维磁共振电阻抗成像( magnetic resonance electrical impedance tomography,MREIT).首先通过对开放式磁共振系统中不同电流注入模式的分析,提出了基于环形电极的电流注入模式;然后研究了基于广义最小余量方法的单层灵敏度矩阵算法,将其用于三维电导率图像重建;最后用模拟数据验证了所提出的电流模式和所发展的算法.基于三维圆柱模型和真实小腿模型的仿真实验表明:环形电极模式适用于开放式磁共振系统的MREIT磁场测量,仅注入一支电流,并利用单一磁通密度分量即可实现重构,且电导率重建图像具有较高的定位准确性和抗噪性能;基于真实小腿模型的仿真实验初步验证了该方法用于复杂人体电导率检测的可行性.环形电极模式的提出对于开放式MREIT的广泛使用具有潜在的应用价值.     

钢板声发射时间反转聚焦增强定位方法

声发射检测方法具有实时动态监测优点,应用越来越广泛,但是对声源的定位始终没有更大的突破。在钢板声发射检测中,提出一种基于时间反转理论的声发射源准确定位的方法。由于声发射检测是一种被动检测技术,结合时间反转聚焦理论,推导出对声源信号实现时间反转聚焦增强处理方法,可增强检测信号中声源幅值,提高信噪比;然后根据声源信号到达时间推算出声源聚焦时刻,利用弹性波传播理论对传感器监测区域重建信号传播波动图,显示出声源位置和区域;最后通过实验测试对该方法进行验证,结果表明该方法能有效提高损伤声源信号的能量,对检测区域的信号重建和定位显示准确地给出损伤声源位置。     

基于时间反转理论的航空管板铸件声源定位算法研究

针对航空管板铸件的动态检测需求提出一种损伤声源定位方法,采用声发射检测技术对构件易损伤的部位进行时间反转定位方法研究。首先利用有限元软件建立复杂构件有限元模型;然后在模型上模拟一个声发射损伤信号,通过预置的声发射传感器接收声发射源信号;最后根据时间反转聚焦原理对接收信号进行聚焦增强处理,并进行区域成像,确定损伤声发射源的准确位置。仿真实验结果表明该方法定位结果较使用前结果更精确。     

波叠加法在机械噪声故障特征提取中的应用研究

声学故障诊断中,测量到的噪声信号是现场所有声信号的混合.为提取待诊设备噪声故障特征,建立机器系统的多声源宽带相关混合声场模型,使用波叠加法重建源表面为任意形状的空间声压场分布,计算出未知声源的数目与位置.提出的算法具有计算速度快、重建精度高,能够消除其他噪声源信号的干扰,从较小的信噪比的观测信号中分离待监测源信号的功率谱,有效提取机械噪声故障特征.实验结果验证模型与算法的可行性.     

基于反投影的MIT动态图像重建方法研究

磁感应断层成像(magnetic induction tomography,MIT)是一种无创、非接触的新型医学成像技术,图像重建算法是实现MIT快速、精确成像的关键.提出一种改进的反投影图像重建算法,首先根据成像区域的磁场分布,由磁力线确定反投影路径,降低了直线反投影用于磁场成像的定位误差;其次根据MIT电磁关系推导,构建了边界检测数据的修正模型,据此对边界相位差数据进行修正处理,进一步提高了重建图像定位准确性;最后分别对成像区域内扰动目标电导率大小变化及位置变化2种情况,构建了序列重建图像,对该图像序列联合分析获取纵向阻抗变化信息,反映了成像体随时间变化的动态信息.实验结果表明该算法具有重建速度快、定位准确的特性,能够准确反映成像区域内部电导率变化,结合序列图像联合分析实现MIT动态成像.     

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.     

基于结构先验信息的磁探测电阻抗成像算法研究

为了提高磁探测电阻抗成像中图像分辨率,提出了一种基于结构先验信息的磁探测电阻抗成像算法。通过水平集方法对预处理后CT图像进行分割,获得结构先验信息图像;进而建立模拟肺水肿病变的仿真模型,并结合灵敏度矩阵算法进行重建,获得MDEIT重建图像。仿体实验结果表明:基于结构先验信息的磁探测电阻抗成像算法减少了重建图像的伪影,使重建的电导率图像相对误差从88.47%减少到33.39%;图像相关系数也从0.33提升到0.81,验证了基于结构先验信息的磁探测电阻抗重建算法,在重建图像结构和电导率重建数值精度方面相比传统重建算法都有了显著提高,为磁探测电阻抗成像的临床应用奠定了基础。     

基于迭代补偿的纳米粒子磁化信号检测方法研究

磁粒子成像是一种无创成像技术,通过检测磁粒子示踪剂磁化信号,表征其浓度分布图像。在实际检测中,检测线圈的感应信号包含激励磁场信号与磁性纳米粒子磁化信号。将激励信号从感应电压中去除,获取粒子信号是磁性粒子成像信号检测需要解决的关键问题。针对磁性纳米粒子成像信号检测中激励磁场耦合消除方法进行研究,设计平面梯度检测线圈,并提出迭代补偿控制方法,消除激励磁场耦合,实现磁性纳米粒子磁化信号检测。仿真计算与实验测量的结果表明,对于不同检测模型,所提出的检测方法均可以完成粒子信号检测。该方法获得的粒子信号的信噪比是原有信号消去检测方法的2.2倍,与滤波方法相比信噪比提高到1.3倍,激励磁场耦合衰减可达到34 dB。