电阻抗断层成像技术 ——基于ANSYS的电阻抗断层成像正问题研究

论文摘要

应用ANSYS软件进行电阻抗断层成像技术分析是一种新兴的方法,国外学者对该方法进行了一些研究,但从公开资料中无法获知其具体应用方法,而国内仅有一篇文章进行过初步的讨论。本论文主要研究应用ANSYS有限元分析软件对于复杂的EIT正问题进行计算分析,研究范围涉及二维EIT正问题和三维EIT正问题,以及对结果进行图像仿真分析,评估利用ANSYS进行EIT正问题计算的可行性,以及影响计算结果的因素。简化繁琐的正问题计算步骤,为EIT技术的发展做出贡献。首先对于二维EIT正问题,我们利用有限元分析软件ANSYS对二维问题进行建模、分析、计算。并对结果进行电场仿真,分析误差和可能影响计算结果的因素。其次,对于三维EIT正问题,我们建立了模拟人体头部的四层结构头模型,并在此基础上进行三维正问题的计算与结果仿真。同时,建立三维圆柱体模型与头模型进行对比计算,综合分析计算结果。我们在研究过程中发现,应用ANSYS可以快速、准确的完成二维以及三维EIT问题的建模与计算分析,并且在建模难度、准确性以及正问题计算分析的复杂程度上要明显优于以往的程序建模方法。在二维EIT正问题的仿真分析中,我们验证了建模的准确性,得到了计算结果,以及影响二维EIT正问题计算结果的相关因素。而在三维问题的人体头部模型与三维圆柱体模型的对比计算中发现,单纯从二维的角度对EIT问题进行研究的实际意义是非常有限的,EIT问题应属于三维问题范畴。这与近期发表的论文观点相一致。影响EIT正问题计算结果的因素多种多样,复杂多变。使用ANSYS软件进行EIT问题分析是一种高效,可行的手段,为复杂的正问题计算编程提供了一种新的解决方式,有利于研究人员发现正问题计算中存在的问题,以及分析影响计算结果的因素。在精度以及计算速度方面均有良好的表现。未来通过与编程软件接口的融合,ANSYS软件将在EIT问题研究中发挥更加重要的作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.1.1 医学成像断层技术概述
• 1.1.2 EIT技术基本原理以及基本特点
• 1.1.3 EIT技术的生物医学基础
• 1.1.4 EIT技术研究意义
• 1.1.5 EIT技术研究现状
• 1.1.6 EIT技术研究难点
• 1.2 课题主要研究内容
• 1.3 论文组织结构
• 2 电阻抗断层成像技术的硬件构成以及数据采集系统
• 2.1 EIT技术的理论构成
• 2.2 EIT技术的驱动模式
• 2.2.1.相邻驱动模式
• 2.2.2.Avis-Barber交叉驱动模式
• 2.2.3.相对驱动模式
• 2.3 EIT数据采集系统
• 2.3.1 数字化恒流源模块设计
• 2.4 本章小结
• 3 电阻抗断层成像技术算法基础
• 3.1 EIT正问题算法基础
• 3.1.1 EIT正问题基本概念
• 3.1.2 有限元方法
• 3.1.3 有限元方法程序算法
• 3.2 EIT逆问题算法基础
• 3.2.1 EIT技术逆问题基本概念
• 3.2.2 EIT逆问题动态重构算法
• 3.2.3 EIT逆问题静态算法
• 3.3 本章总结
• 4 应用ANSYS软件求解EIT正问题基础
• 4.1 ANSYS有限元问题分析一般步骤
• 4.2 应用ANSYS解软件决EIT正问题的意义
• 4.3 本章小结
• 5 应用ANSYS软件求解EIT正问题
• 5.1 利用ANSYS求解EIT二维正问题
• 5.1.1 建立有限元实体模型
• 5.1.2 有限元划分
• 5.1.3 二维问题的加载与求解
• 5.2 二维EIT正问题求解结果分析
• 5.2.1 划分程度对结果的影响
• 5.2.2 载荷位置对结果的影响
• 5.2.3 多个高阻抗区域结果成像
• 5.2.4 小结
• 5.3 利用ANSYS求解三维EIT正问题探讨与结果分析
• 5.3.1 人体头模型
• 5.3.2 人体的四层头模型的建模与三维问题的计算分析
• 5.3.3 三维圆柱体模型对比建模与计算分析
• 5.4 本章小结
• 6 课题总结与未来工作展望
• 致谢
• 参考文献