当前位置:主页 > 医学论文 > 生物医学论文 >

IPM算法与对向驱动的等位线反投影算法的仿真对比研究

发布时间:2016-12-15 19:30

  本文关键词:生物电阻抗成像研究的现状与挑战,,由笔耕文化传播整理发布。


《第四军医大学》 2011年

基于全变差正则化的PD-IPM算法与对向驱动的等位线反投影算法的仿真对比研究

陶峰  

【摘要】:电阻抗断层成像(Electrical Impedance Tomography, EIT)是一种兴起于20世纪80年代的成像技术,在医学领域具有巨大的应用潜力。相对于传统医学影像手段,EIT操作简便、对人无创无害、成本低廉,能够进行长时间的实时动态床旁监护,有望在未来成为一种与传统医学影像手段互补的辅助临床监护方式。等位线反投影算法以其快速的成像速度和一定的抗噪能力而成为应用于临床监护的动态EIT算法的代表,但是其本身的缺陷使得重建图像存在较大伪影,对扰动目标的边界保留情况较差,不能很好地满足医学图像对于空间分辨率和锐度的要求。 因此,为了解决上述问题,本文讨论了一种具有良好边界保留特性的算法——基于全变差(Total Variation, TV)正则化的PD-IPM(Primal Dual-Interior Point Method)算法。目前临床监护所采用算法的效果优于等位线反投影算法,但是需要调节重构参数,而等位线反投影算法无需如此。为了更方便的对算法进行评估,本文采用最为简单的等位线反投影算法作为对比,首先实现了对向驱动的等位线反投影算法,对其边界保留的情况做了初步评估;进而根据不足,开展了具有良好边界保留性质的PD-IPM算法的研究;最后通过仿真实验,以定量的评价指标作为标准,对两种算法的边界保留性质进行了全面的评估。全文大体可以分为三个部分: (1) EIT基本问题的阐述 首先介绍了EIT的生理基础、基本原理和过程,随后介绍了EIT的关键组成部分——图像重构算法,最后从数学的角度对EIT的数学模型以及正问题和逆问题进行了阐述。 (2)等位线反投影算法的回顾和PD-IPM算法的介绍 对于经典的等位线反投影(Back Projection, BP)算法,从数学物理基础出发,介绍了反投影过程;随后介绍了改进驱动方式为对向驱动后的BP算法并给出了关键部分——反投影矩阵的计算方法,最后给出了计算公式并对其边界保留情况进行了初步的评估。对于基于TV正则化的PD-IPM算法,分别阐述了TV正则化的边界保留特性和PD-IPM算法的推导过程,最后给出了基于该算法的动态EIT的迭代公式并讨论了迭代次数和算法参数。 (3)仿真对比研究 以MATLAB为仿真平台对两种算法进行了对比研究。为了定量评价重建图像的质量,引入了重建质量函数D、图像结构偏离度函数SSIM和边界坡度函数G三个指标。首先在无噪声条件下对单扰动目标和双扰动目标两种情况分别进行了仿真对比研究。仿真结果表明,PD-IPM算法对正则化参数的选择敏感。无论是单扰动目标(6个成像位置)还是双扰动目标(4个成像位置),PD-IPM算法的重建结果均更加清晰,对于扰动目标的边界保留效果明显更优,而评价指标的比较也支持了这一结论。其次以单扰动目标(1个成像位置)为例,对比研究了两种算法的抗噪性能。结果表明,PD-IPM算法具有一定的抗噪能力,且在相同噪声水平下其重建结果仍然优于BP算法,但是对于噪声更加敏感。 通过仿真对比可以得出结论,PD-IPM算法具有良好的边界保留性质,同时具备一定的抗噪能力,是一种较优的算法。有必要进行进一步的物理模型和人体实验,从而为将该算法最终应用于临床监护打下基础。

【关键词】:
【学位授予单位】:第四军医大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TP391.41
【目录】:

下载全文 更多同类文献

CAJ全文下载

(如何获取全文? 欢迎:购买知网充值卡、在线充值、在线咨询)

CAJViewer阅读器支持CAJ、PDF文件格式


【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 汤孟兴,董秀珍,秦明新,王志敏,付峰,史学涛;动态电阻抗断层成像反投影算法的仿真研究[J];第四军医大学学报;1997年01期

2 尤富生,董秀珍,史学涛,付峰,刘锐岗,李江;电阻抗断层成像中临近和对向驱动模式的研究[J];第四军医大学学报;2004年01期

3 罗辞勇;朱清友;;改进的电阻抗反投影成像算法[J];重庆大学学报;2009年03期

4 史学涛;霍旭阳;尤富生;付峰;刘锐岗;徐灿华;董秀珍;;颅内出血电阻抗成像系统及初步动物实验[J];航天医学与医学工程;2007年01期

5 侯文生;阻抗断层成像中的图像重建技术[J];生物医学工程学杂志;2000年02期

6 彭源,莫玉龙;动态电阻抗成像中Tikhonov正则化参数的选择[J];生物医学工程学杂志;2003年04期

7 李云霞;全变差函数的性质[J];湘潭师范学院学报(自然科学版);2002年04期

8 付峰,董秀珍,刘锐岗,尤富生,史学涛;实时电阻抗断层成像系统的成像算法及软件系统实现[J];医疗设备信息;2003年06期

9 邓娟;王妍;吕婧华;任超世;;三种EIT算法重建图像评价的仿真研究[J];医疗卫生装备;2010年05期

10 董秀珍;;生物电阻抗成像研究的现状与挑战[J];中国生物医学工程学报;2008年05期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 徐管鑫;电阻抗成像技术理论及应用研究[D];重庆大学;2004年

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 李江海,孙秦;结构型吸波材料隐身特性的优化设计算法研究[J];兵器材料科学与工程;2004年02期

2 苑希超;王长龙;纪凤珠;左宪章;;利用有限元神经网络计算漏磁场方法研究[J];兵工学报;2011年11期

3 张跃江,陈红宇,龚中麟;薄介质涂层导体柱散射的快速多极分析[J];北京大学学报(自然科学版);2000年01期

4 班永灵,周乐柱,于哲峰,王湃;单轴各向异性背腔式微带贴片天线的表面缝隙场分布及交叉极化方向图分析[J];北京大学学报(自然科学版);2004年03期

5 王杰,吕善伟;有限元方法设计赋形波束缝隙面阵馈电网络[J];北京航空航天大学学报;2002年05期

6 刘少刚;邱波;庞永刚;;电磁弹射式森林消防炮的研究[J];北京林业大学学报;2010年01期

7 郑万松,董秀珍,尤富生,李正,张国鹏,赵大庆;家兔腹部内出血模型电阻抗断层成像初步研究[J];北京生物医学工程;2005年05期

8 王浩;刘国强;江凌彤;张洋;夏慧;李艳红;李士强;;感应式磁声成像中的三维电磁场正逆问题研究[J];北京生物医学工程;2008年06期

9 许加柱;罗隆福;李季;李勇;黄登威;;电力机车主变压器的三维漏磁场与夹板涡流损耗计算和优化[J];变压器;2006年09期

10 姜智鹏;庄飚;;船用柴油机磁场仿真计算及验证[J];船舶工程;2005年06期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 王传礼;丁凡;许贤良;彭天好;;伺服阀用超磁致伸缩转换器驱动磁场的有限元分析[A];2004“安徽制造业发展”博士科技论坛论文集[C];2004年

2 唐杰;许会;;二维微波场数值计算中网格剖分方法研究[A];科技创新与产业发展(A卷)——第七届沈阳科学学术年会暨浑南高新技术产业发展论坛文集[C];2010年

3 陶峰;董秀珍;;基于多媒体定时器的一维电阻抗测试软件的实现[A];中国生物医学工程学会成立30周年纪念大会暨2010中国生物医学工程学会学术大会壁报展示论文[C];2010年

4 卢爱红;徐欧;徐金平;刘晓春;;含单轴媒质的多层介质中金属栅的电磁散射分析[A];2005'全国微波毫米波会议论文集(第一册)[C];2006年

5 王周海;;一种新颖的微波结构-空气带状线垂直过渡[A];2005'全国微波毫米波会议论文集(第一册)[C];2006年

6 高强;闫敦豹;袁乃昌;付云起;;频率选择表面的有限元分析[A];2005'全国微波毫米波会议论文集(第三册)[C];2006年

7 安翔;吕志清;;迭代子结构法在三维电大散射问题中的应用[A];2007年全国微波毫米波会议论文集(上册)[C];2007年

8 梁兵;刘濮鲲;;十字形缝隙天线特性研究[A];2007年全国微波毫米波会议论文集(上册)[C];2007年

9 杜磊;陈如山;叶珍宝;孙晶;;微波电路的时域有限元分析[A];2007年全国微波毫米波会议论文集(上册)[C];2007年

10 王青;赵岩;史小卫;徐乐;刘淑芳;;电磁场有限元法中结点编码优化算法研究[A];2007年全国微波毫米波会议论文集(上册)[C];2007年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 刘少刚;基于单一平面电容传感器的木材含水率检测系统研究[D];哈尔滨工程大学;2009年

2 白会娟;导电材料结构电磁热弹性多场行为的理论研究[D];兰州大学;2010年

3 易煦农;人工电磁材料的光学特性及应用研究[D];华中科技大学;2010年

4 郑罡;频域有限差分方法的改进研究[D];电子科技大学;2010年

5 胡永忠;微波阵列天线成像处理中干扰抑制及快速成像方法的研究[D];电子科技大学;2010年

6 姚善化;复杂矿井巷道中电磁波传播特性及相关技术研究[D];安徽大学;2010年

7 聂勇;新型可编程电液比例控制器关键技术研究[D];浙江大学;2010年

8 尹文禄;高阶矢量有限元方法在电磁领域中的研究及应用[D];国防科学技术大学;2010年

9 向道朴;微多普勒回波模拟与微动特征提取技术研究[D];国防科学技术大学;2010年

10 刘士利;改进的边界元法及其在电场计算中的应用[D];华北电力大学(北京);2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 李鹏;磁悬浮风力发电机转子系统的研究[D];山东科技大学;2010年

2 刘兴鹏;基于微波同轴谐振腔物料密度测量技术的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

3 孔令宽;CBTC系统缝隙波导信号传输性能的研究[D];北京交通大学;2010年

4 吴启铎;基于分形的多频段微带天线研究与实现[D];解放军信息工程大学;2010年

5 任帅;基于缝隙结构的分形微带宽带天线研究与实现[D];解放军信息工程大学;2010年

6 叶珍;微波管输入输出窗及任意结构腔体有限元理论与CAD技术[D];电子科技大学;2011年

7 邢立丹;PML吸收边界条件在波导不连续性问题中的应用[D];电子科技大学;2011年

8 于云龙;轴对称周期永磁聚焦系统二维有限元分析[D];电子科技大学;2011年

9 易翎杰;基于负折射率材料的超级透镜成像研究[D];电子科技大学;2011年

10 彭斓;微波管电磁聚焦系统CAD技术[D];电子科技大学;2011年

【二级参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 李猛,古汉礼;晚发性维生素K缺乏致颅内出血90例分析[J];蚌埠医学院学报;2002年02期

2 杜岩,柳重堪,程吉宽;电阻抗成像的加权 Newton-Raphson 算法[J];北京航空航天大学学报;1998年02期

3 付峰,董秀珍,尤富生,史学涛,刘锐岗;实时电阻抗断层成像系统中的一种动态成像算法[J];北京生物医学工程;2003年02期

4 费力,季耀东;颅脑损伤亚急性期病情恶化临床分析(附16例报告)[J];创伤外科杂志;2001年03期

5 史学涛,董秀珍,秦明新,尤富生,汤孟兴,刘锐岗;用于电阻抗断层成像的多频波形发生器的设计[J];第四军医大学学报;1998年S1期

6 尤富生,董秀珍,秦明新,史学涛,汤孟兴,刘锐岗;一个32电极电阻抗断层成像硬件系统[J];第四军医大学学报;1998年S1期

7 董秀珍,秦明新,付峰,汤梦兴,尤福生,史学涛;生物电阻抗断层成像技术的研究进展[J];第四军医大学学报;1999年03期

8 董秀珍,史学涛,秦明新,尤富生,汤孟兴,刘锐岗,付峰,吴小明;用于电阻抗参数成像的多频率组合扫频信号源[J];第四军医大学学报;2000年11期

9 尤富生,董秀珍,秦明新,史学涛,付峰,刘锐岗,汤孟兴,李江,吴晓明;电阻抗断层成像中驱动和测量模式程控系统的设计[J];第四军医大学学报;2001年03期

10 向海燕,董秀珍,秦明新,尤富生,史学涛,付峰,刘锐岗,马建英;感应电流EIT中激励线圈的设计[J];第四军医大学学报;2002年06期

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王荣林;陈淑珍;熊乃学;操蜂;;计算机图像外发光和投影算法的研究与实现[J];计算机工程;2006年10期

2 王旭智;向长波;宋建中;乔双;;实时字符识别在视频读表系统中的应用[J];电子器件;2006年04期

3 陶玲,王惠南,田芝亮;医学图像光线投影体绘制中重采样快速算法研究(英文)[J];Transactions of Nanjing University of Aeronautics & Astronau;2005年01期

4 陈刚;;一类不确定非线性系统的鲁棒自适应控制[J];系统工程理论与实践;2006年12期

5 杨家稳;孙合明;;MD-AMNN在图像回忆中的最佳库向量[J];滁州学院学报;2010年02期

6 朱娟娟,郭宝龙,冯宗哲;一种基于灰度投影算法的电子稳像方法[J];光子学报;2005年08期

7 宋尚玲;王长宇;梅良模;;基于自定义特征检测模板的快速眼睛定位方法[J];山东大学学报(工学版);2006年01期

8 孙辉;张永祥;熊经武;刘晶红;权春娟;;高分辨率灰度投影算法及其在电子稳像中的应用[J];光学技术;2006年03期

9 田洁;解学军;刘海宽;;时变关联系统的分散自适应输出反馈控制[J];控制理论与应用;2008年02期

10 赖桂文;王永初;;神经网络全局收敛快速算法在非线性建模中的应用[J];厦门理工学院学报;2008年01期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 沈飞;廖宜涛;应义斌;;连续投影算法(SPA)在近红外光谱定量分析中的应用[A];纪念中国农业工程学会成立30周年暨中国农业工程学会2009年学术年会(CSAE 2009)论文集[C];2009年

2 张忠桢;;线性规划的投影算法及其在网络最优化中的应用概述[A];1995年中国控制会议论文集(下)[C];1995年

3 陈晖;汪红;李光杨;王艳;姚锦元;丁桂甫;;微结构电铸过程分析与模拟[A];2009年全国电子电镀及表面处理学术交流会论文集[C];2009年

4 王妍;沙洪;任超世;;电位反投影算法用于非相邻测量的电阻抗成像系统[A];中国生物医学工程学会第六次会员代表大会暨学术会议论文摘要汇编[C];2004年

5 陈跃庭;冯华君;徐之海;李奇;汪小勇;;多参考点三步搜索法快速稳像算法[A];浙江省光学学会第九届学术年会暨新型光电技术青年论坛论文集[C];2005年

6 顾阿伦;孙永广;;求解线性方程组的残差算法[A];2006“数学技术应用科学”[C];2006年

7 罗镇宝;张永科;吴钟建;;基于扩展相位相关的图像快速匹配算法研究[A];图像图形技术与应用进展——第三届图像图形技术与应用学术会议论文集[C];2008年

8 李克;王兴泰;王劲松;;电阻率层析成像中的等位线追踪法[A];1996年中国地球物理学会第十二届学术年会论文集[C];1996年

9 李密丹;刘冬梅;;二维平面上点电荷系和连续带电体静电场电势分布的计算机模拟[A];2005年全国高校非物理类专业物理教育学术研讨会论文集[C];2005年

10 邓娟;任超世;沙洪;;三种EIT图像算法仿真成像及图像效果评价[A];天津市生物医学工程学会第30次学术年会暨生物医学工程前沿科学研讨会论文集[C];2010年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 刘光平;超宽带合成孔径雷达高效成像算法[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2003年

2 邓宁;微阵列生物芯片分析方法研究[D];浙江大学;2007年

3 袁泉;模型修正中的若干问题研究[D];南京航空航天大学;2011年

4 徐管鑫;电阻抗成像技术理论及应用研究[D];重庆大学;2004年

5 张帅;人体胸腔电阻抗成像系统研究[D];河北工业大学;2009年

6 罗磊;基于流形学习的毫米波探测器目标识别方法研究[D];南京理工大学;2010年

7 刘飞;基于光谱和多光谱成像技术的油菜生命信息快速无损检测机理和方法研究[D];浙江大学;2011年

8 张志斌;南天山造山带主要铅锌矿床的地质、地球化学特征及成矿作用研究[D];中国科学院研究生院(广州地球化学研究所);2007年

9 张军;基于分数阶变分PDE的图像建模与去噪算法研究[D];南京理工大学;2010年

10 庞志峰;图像去噪问题中的几类非光滑数值方法[D];湖南大学;2010年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 陶峰;基于全变差正则化的PD-IPM算法与对向驱动的等位线反投影算法的仿真对比研究[D];第四军医大学;2011年

2 李英斌;模体发现问题中投影算法的研究[D];西安电子科技大学;2009年

3 王少玲;求解多集合分裂可行性问题的新投影算法[D];南京邮电大学;2012年

4 宋海川;参数曲线到自由曲面的法向投影和方向投影算法[D];清华大学;2011年

5 连军莉;一般变分不等式的算法研究[D];西安电子科技大学;2004年

6 邱丹;投影算法的扰动分析[D];四川师范大学;2010年

7 王绍联;多步投影算法[D];南京大学;2011年

8 张爱丽;一种自适应主动队列管理算法的研究[D];大连理工大学;2007年

9 徐凤敏;半定规划的算法及其在组合优化中的应用[D];西安电子科技大学;2001年

10 张世华;信赖域算法中的若干调比技巧[D];河北师范大学;2006年


  本文关键词:生物电阻抗成像研究的现状与挑战,由笔耕文化传播整理发布。



本文编号:214272

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/yixuelunwen/swyx/214272.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户d2745***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com