3D-EIT系统电极优化设计

摘要

探究三维电阻抗成像系统电极结构对数据测量及图像重建的影响.考虑到电极形状和电极在边界上的分布状态对成像效果的影响,在构建的3D电阻抗系统模型及层间准对角激励相邻(QBD)测量工作模式下,对方形电极(Ⅰ型)、圆形电极(Ⅱ型)、同心圆复合电极(Ⅲ型)和方圆复合电极(Ⅳ型)4种形状电极,就0.2到0.7之间8种不同电极占空比(DR)情况进行对比研究.采用重建图像的相关度R,敏感场的灵敏度均匀性P,测量电压动态范围D进行评价.对比结果表明,在DR为0.4～0.5之间,4种电极结构下的图像相关度R均优于其他DR情况,而且Ⅳ型电极的R和P指标略优于Ⅰ～ Ⅲ型,但复合型电极(Ⅲ和Ⅳ型)在DR为0.3和0.35时边界测量电压动态范围D偏大,稳定性差.对三维场域中5个高度不等(7.5～30 cm之间)、电导率相同的物体,采用共轭梯度算法进行图像重建.数据经归一化处理,截取2个电极层、1个电极间层及2个电极外层共5个等间隔的不同断层图像进行对比,4种电极模型下的成像结果均与真实分布相吻合,Ⅳ型电极所成图像伪影略小,效果较好,与指标评价结果一致.本研究为QBD模式的三维电阻抗成像系统确定了电极形状及电极分布,为进一步研究三维空间的电阻抗分布奠定基础.