基于统计参数图的电学层析成像数据分析研究

论文摘要

近二十余年发展起来的电学层析成像(ET)技术,以其无辐射、非侵入性、价格低廉、响应快速等技术优势,在过程工业和生物医学领域具有广阔的应用前景。电学层析成像技术中,将阵列电极附于物体表面并交替施加电流/电压激励,测量电极上的电压/电容值,运用边界上的测量值重建内部场域的电导率或介电常数的近似空间分布。应用于过程工业领域的电阻层析成像(ERT)和电容层析成像(ECT)技术分别检测内部场域的电导率分布和介电常数分布;应用于生物医学领域的电阻抗层析成像(EIT)技术则同时检测内部场域的电阻和电容信息。如何从电学层析成像数据中提取有用信息,是本课题研究的一项重要内容。本文中,应用统计参数图方法研究电学层析成像仿真图像。主要内容如下:1、在COMSOL中建立圆筒模型,三维EIT仿真得到圆筒内小圆柱的电导率随时间变化的断层图;2、探讨脑功能成像数据分析方法——统计参数图(SPM)的原理,运用SPM5软件包分别对无噪声、添加信噪比为70 dB的白噪声、添加信噪比为80 dB的白噪声三组三维EIT仿真图像进行数据分析,得到初步的统计结果;3、借鉴SPM图像融合的思想,运用一种可自确定最佳聚类数的K均值聚类算法分割ERT、ECT及ERT/ECT双模态图像。最后,作者对统计参数图的研究提出了一些建议。

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ABSTRACT

第一章绪论

1.1 电学层析成像技术简介

1.2 电学层析成像技术的研究概状

1.2.1 电阻抗层析成像技术在生物医学领域的研究概状

1.2.2 电阻/电容层析成像技术在两相/多相流领域的研究概状

1.3 本文的研究内容

1.4 本文的组织结构

第二章电阻抗层析成像技术基础理论

2.1 EIT 物理模型

2.1.1 EIT 敏感场数学描述

2.1.2 EIT 边界条件

2.2 EIT 正问题

2.3 EIT 逆问题

2.4 人体组织电阻抗理论

第三章统计参数图原理及应用

3.1 SPM 基本原理

3.1.1 数据预处理

3.1.2 统计模型建立

3.1.3 统计推断和结果显示

3.2 SPM 数据分析实例

第四章基于统计参数图的EIT 图像数据分析

4.1 三维EIT 仿真成像

4.1.1 三维EIT 正问题

4.1.2 三维EIT 逆问题

4.1.3 三维EIT 圆筒模型仿真

4.1.4 三维可视化

4.2 图像格式转化

4.3 SPM 数据分析

第五章 ERT/ECT 图像分割

5.1 ERT/ECT 双模态成像

5.1.1 ERT 物理模型

5.1.2 ECT 物理模型

5.1.3 ERT/ECT 双模态理论

5.2 K 均值聚类算法

5.3 K 均值聚类算法图像分割

第六章总结和建议

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢

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