CN104970793B - 一种空间物理对比帧的磁感应电阻抗成像装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空间物理对比帧的磁感应电阻抗成像装置，装置包括作为背景参考帧数据采集电极结构、作为目标测量帧数据采集电极结构、数据模块1、数据模块2、差分成像模块、输出图像模块、时序开关模块、开关A和开关B，数据模块2、数据模块1与差分成像模块依次连接，作为背景参考帧数据采集电极结构与作为目标测量帧数据采集电极结构通过开关A与数据模块2相连，本发明采用物理空间参考帧才能最好的跟踪环境的变化，实现用一帧原始数据重建目标电阻抗分布的图象，又保证对各种不同环境下应用的适应性，以便稳定和高精度的实现目标断层静态电阻抗分布的测量。

Description

一种空间物理对比帧的磁感应电阻抗成像装置及方法

技术领域

本发明属于磁感应电阻抗成像领域，具体地说，是涉及一种空间物理对比帧的磁感应电阻抗成像装置及方法。

背景技术

磁感应电阻抗断层成像是通过在被测目标的一个断层平面的若干点施加电磁波激励，并在这些点分别接收受目标扰动后电磁波激励信号，然后通过重构算法获得目标内部的电阻抗分布。然而由于测量要求极高的精度和温度稳定性，常规方法无法完成这一测量。因此出现了对电阻率变化的分布图象进行重构的动态电阻抗断层成像方法。但是动态电阻抗成像方法必须对两帧测量数据进行差分才能成像，只能反映被测目标的电阻率分布变化，不能够通过一帧数据对目标成像，限制了这种测量的应用范围。

中国专利03134598.0公开了一种用于床旁图像监护的电阻抗断层成像方法及装置，对动态EIT技术方案进行了详细披露。但动态EIT必须对两帧数据进行差分才能成像，不能用一帧数据反映目标内部电阻率的分布。

中国专利201210426035.公开了一种自构造背景帧的电阻抗成像装置，试图一组测试电极采用事先测试均匀电、磁场的的方法构造一个背景帧。由于这种高精度的测量，温度和电磁环境对装置测量的影响是时变的，所以这种背景帧构造的方法不能够准确的适应各种环境变化。

由于装置工作的电磁和温湿度等环境因素的差别，相对于装置测量精度显得非常大。任何理论计算和模拟的参考帧都比实际物理参考帧要差。传统的单组电极结构虽然可以利用时间先后，将先采集的一组数据作为物理参考帧，但是这样在实际测量中，参考帧是在测量目标前，对环境干扰环境进行采集作为背景帧参考数据，这个背景帧不能跟踪环境变化。

发明内容

为了解决现有技术中存在的缺陷，针对使用一帧实测磁感应数据进行电阻抗断层成像的需要，本发明提供一种物理背景帧的电阻抗成像方法，使用该方法可以重构目标内部电阻抗分布的图像。

为了实现本发明的目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明公开了一种分时空间物理对比帧的磁感应电阻抗成像装置，装置是分时物理背景帧系统结构，装置包括作为背景参考帧数据采集电极结构、作为目标测量帧数据采集电极结构、数据模块1、数据模块2、差分成像模块、输出图像模块、时序开关模块、开关A和开关B，数据模块2、数据模块1与差分成像模块依次连接，作为背景参考帧数据采集电极结构与作为目标测量帧数据采集电极结构通过开关A与数据模块2相连，差分成像模块通过开关B与图像输出模块连接,开关A和开关B分别设置有节拍点1和节拍点2，时序开关模块控制开关A和开关B在节拍点1和节拍点2两个位置交替连接,分时物理背景帧系统结构是采用时序处理电路系统分时采集背景数据和测量数据。

作为进一步地改进，本发明所述的作为背景参考帧数据采集电极结构和作为目标测量帧数据采集电极结构是物理尺寸和电气指标完全相同的等效电极结构。

作为进一步地改进，本发明所述的作为背景参考帧数据采集电极结构和作为目标测量帧数据采集电极结构是物理尺寸不同、电气指标完全相同的电极结构，作为背景参考帧数据采集电极结构的物理尺寸缩小。

作为进一步地改进，本发明所述的作为背景参考帧数据采集电极结构的电极顺序和作为目标测量帧数据采集电极结构的电极顺序是平行排列或者镜像对称排列。

本发明还公开了一种分时空间物理对比帧的磁感应电阻抗成像装置的方法，其特征在于，分别获得作为背景参考帧数据采集电极结构和作为目标测量帧数据采集电极结构的对称的测量位置的测量数据，将作为背景参考帧数据采集电极结构获得的参考数据和作为目标测量帧数据采集电极结构获得的目标数据对称的数值通过差分成像模块做差分运算，差分运算以后的数据当作成像数据由输出图像模块输出，整个装置由时序开关模块控制开关A和开关B在节拍点1、2两个位置交替连接，开关交替连接的同时，数据从数据模块2每一个开关时序，移动到数据模块1，采用对作为目标测量帧数据采集电极结构的数据和作为背景参考帧数据采集电极结构的数据串行采集，差分运算，成像输出。

作为进一步地改进，本发明所述的方法具体步骤如下：

1)、在开关时序的节拍1时，开关A处于节拍点1的位置，先把数据模块2中的数据移动到数据模块1中；然后数据模块2读取作为背景参考帧数据采集电极结构电极的数据，同时与数据模块1中的数据通过差分成像模块做差分成像运算，在此节拍，图像输出通道开关B处于节拍点1的位置；

2)、在开关时序的节拍2时，开关A处在节拍点2的位置,系统先把数据模块2中的数据移动到数据模块1中,由于在步骤1)中，数据模块2中是作为背景参考帧数据采集电极结构的测量数据，在节拍2中，数据模块1就保存了作为背景参考帧数据采集电极结构的测量数据，在此节拍中，数据模块2读取作为目标测量帧数据采集电极结构电极的数据，这时数据模块1和数据模块2进行的差分成像就通过开关B处于节拍点2的位置传送到了图像输出模块；

原始数据按照0-X的电极顺序作为激励电极，其余按照排除激励电极从小到大顺序排列将不同的相位差数据导入差分成像模块进行成像运算；所述的作为背景参考帧数据采集电极结构和作为目标测量帧数据采集电极结构作为激励电极和检测电极的测量序号相同。

本发明同时公开了一种不分时空间物理对比帧的磁感应电阻抗成像装置，装置包括作为背景参考帧数据采集电极结构、作为目标测量帧数据采集电极结构、数据模块1、数据模块2、差分成像模块、图像输出模块、所述的差分成像模块与图像输出模块相连，作为背景参考帧数据采集电极结构与数据模块1相连，作为目标测量帧数据采集电极结构与数据模块2相连，数据模块1与数据模块2分别连接至差分成像模块。

作为进一步地改进，本发明所述的作为背景参考帧数据采集电极结构和作为目标测量帧数据采集电极结构是物理尺寸和电气指标完全相同的等效电极结构；或者是物理尺寸不同、电气指标完全相同的电极结构，作为背景参考帧数据采集电极结构的物理尺寸缩小。

作为进一步地改进，本发明所述的作为背景参考帧数据采集电极结构的电极顺序和作为目标测量帧数据采集电极结构的电极顺序是平行排列或者镜像对称排列。

一种不分时空间物理对比帧的磁感应电阻抗成像装置的方法，分别采集数据以后直接差分运算，数据模块1读取作为背景参考帧数据采集电极结构的数据，数据模块2读取作为目标测量帧数据采集电极结构的数据，然后同时输出至差分成像模块进行运算，运算后通过图像输出模块输出数据。分时的空间物理背景帧系统结构是指采用对作为目标测量帧数据采集电极结构的数据和作为背景参考帧数据采集电极结构的数据串行采集，差分运算，成像输出的；而不分时的空间物理背景帧系统结构是指对作为目标测量帧数据采集电极结构的数据和作为背景参考帧数据采集电极结构的数据并行采集，差分运算，成像输出。

本发明的有益技术效果如下：

本发明采用物理空间参考帧才能最好的跟踪环境的变化，实现用一帧原始数据重建目标电阻抗分布的图象，又保证对各种不同环境下应用的适应性，以便稳定和高精度的实现目标断层静态电阻抗分布的测量。在测量具有对称性的一对目标的时候，更能表现出这个方法的优异性能。

附图说明

图1为本发明平行排列的空间物理背景帧电极结构示意图；

图2为本发明镜像对称排列的空间物理背景帧电极结构；

图3为本发明不分时测量的物理背景帧结构示意图；

图4为本发明分时测量的物理背景帧结构示意图。

具体实施方式

本发明公开了一种空间物理对比帧的磁感应电阻抗成像装置，装置是分时物理背景帧系统结构，装置包括作为背景参考帧数据采集电极结构、作为目标测量帧数据采集电极结构、数据模块1、数据模块2、差分成像模块、输出图像模块、时序开关模块、开关A和开关B，所述的数据模块2、数据模块1与差分成像模块依次连接，作为背景参考帧数据采集电极结构与作为目标测量帧数据采集电极结构通过开关A与数据模块2相连，差分成像模块通过开关B与图像输出模块连接,开关A和开关B分别设置有节拍点1和节拍点2，时序开关模块控制开关A和开关B在节拍点1和节拍点2两个位置交替连接。分时物理背景帧系统结构是采用时序处理电路系统分时采集背景数据和测量数据。

作为背景参考帧数据采集电极结构和作为目标测量帧数据采集电极结构可以是物理尺寸和电气指标完全相同的等效电极结构，抵消环境干扰、电路的温度漂移。这种物理尺寸和电气指标完全相同的装置用于要求变化速度比较快的测量目标。

作为背景参考帧数据采集电极结构和作为目标测量帧数据采集电极结构也可以是物理尺寸不同、电气指标完全相同的电极结构，作为背景参考帧数据采集电极结构的物理尺寸缩小。

作为背景参考帧数据采集电极结构的电极顺序和作为目标测量帧数据采集电极结构的电极顺序是平行排列或者镜像对称排列。图1为本发明平行排列的空间物理背景帧电极结构示意图；图2为本发明镜像对称排列的空间物理背景帧电极结构；空间物理对比帧的电极顺序可以是位置一一对应也可以镜像对应，图中电极的序号仅仅是为了表述检测电极和参考电极的对应关系，并不是实际电极的一个固定顺序。

作为背景参考帧数据采集电极结构和作为目标测量帧数据采集电极结构作为激励电极和检测电极的测量序号相同。本方法分别获得参考目标的和检测目标的对称的测量位置的测量数据，对称位置的含义就是激励信号电极和检测信号电极的序号相同，如果参考目标是C号作为激励电极，5号作为检测电极，获得参考数据；那么检测目标也将C号作为激励电极，5号作为检测电极，获得目标数据；比如每组参考数据和目标数据中，每个电极都作为一次激励电极，其他15个电极作为检测电极，获得15个数据；总计16X15＝240个数据。将参考数据和目标数据对称的数值做差分运算，差分运算以后的数据当作成像数据以MIT差分成像所需要的文件格式输出。

本发明还公开了一种空间物理对比帧的磁感应电阻抗成像装置的方法，方法分别获得作为背景参考帧数据采集电极结构和作为目标测量帧数据采集电极结构的对称的测量位置的测量数据，将作为背景参考帧数据采集电极结构获得的参考数据和作为目标测量帧数据采集电极结构获得的目标数据对称的数值通过差分成像模块做差分运算，差分运算以后的数据当作成像数据由输出图像模块输出，整个装置由时序开关模块控制开关A和开关B在节拍点1、2两个位置交替连接，开关交替连接的同时，数据从数据模块2每一个开关时序，移动到数据模块1。具体步骤为：

1)、在开关时序的节拍1时，开关A处于节拍点1的位置，先把数据模块2中的数据移动到数据模块1中；然后数据模块2读取作为背景参考帧数据采集电极结构电极的数据，同时与数据模块1中的数据通过差分成像模块做差分成像运算，在此节拍，图像输出通道开关B处于节拍点1的位置；

2)、在开关时序的节拍2时，开关A处在节拍点2的位置,系统先把数据模块2中的数据移动到数据模块1中,由于在步骤1)中，数据模块2中是作为背景参考帧数据采集电极结构的测量数据，在节拍2中，数据模块1就保存了作为背景参考帧数据采集电极结构的测量数据，在此节拍中，数据模块2读取作为目标测量帧数据采集电极结构电极的数据，这时数据模块1和数据模块2进行的差分成像就通过开关B处于节拍点2的位置传送到了图像输出模块。原始数据按照0-X的电极顺序作为激励电极，其余按照排除激励电极从小到大顺序排列将不同的相位差数据导入差分成像模块进行成像运算。

本发明同时公开了一种不分时空间物理对比帧的磁感应电阻抗成像装置，装置包括作为背景参考帧数据采集电极结构、作为目标测量帧数据采集电极结构、数据模块1、数据模块2、差分成像模块、图像输出模块、所述的差分成像模块与图像输出模块相连，作为背景参考帧数据采集电极结构与数据模块1相连，作为目标测量帧数据采集电极结构与数据模块2相连，数据模块1与数据模块2分别连接至差分成像模块。

作为背景参考帧数据采集电极结构和作为目标测量帧数据采集电极结构是物理尺寸和电气指标完全相同的等效电极结构；或者是物理尺寸不同、电气指标完全相同的电极结构，作为背景参考帧数据采集电极结构的物理尺寸缩小。作为背景参考帧数据采集电极结构的电极顺序和作为目标测量帧数据采集电极结构的电极顺序是平行排列或者镜像对称排列。

目标帧和物理参考帧并行采集数据的(不分时)空间物理对比帧的磁感应电阻抗成像装置的方法如下：数据模块1读取作为背景参考帧数据采集电极结构的数据，数据模块2读取作为目标测量帧数据采集电极结构的数据，然后同时输出至差分成像模块进行运算，运算后通过图像输出模块输出数据。

下面通过具体实施例子对本发明技术方案作进一步的阐述：

图3为本发明分时测量的物理背景帧结构示意图。整个装置由时序开关模块控制开关在节拍点1、2两个位置交替连接，开关交替连接的同时，数据从数据模块2每一个开关时序，就将数据移动到数据模块1。

在开关时序的节拍1，开关A处在节拍点1的位置，装置先把数据模块2中的数据移动到数据模块1中；然后数据模块2读取参考电极的240个数据，同时与数据模块1中的数据做差分成像运算；由于在此节拍数据模块1没有数据，或者是上一组(分别测量一次参考目标和一次测量目标为一组)目标电极的240个数据，因此在这个节拍，图像输出通道被开关B切断。

在开关时序的节拍2，开关A处在节拍点2的位置；装置先把数据模块2中的数据移动到数据模块1中；由于在节拍1中，数据模块2中是参考电极的240个测量数据，在节拍2中，数据模块1就保存了参考电极的测量数据。在此节拍中，数据模块2读取测量目标电极的240个数据，这时数据模块1和数据模块1进行的差分成像就被开关传送到了图像输出模块。

在本实施例子中，16个电极编号为0-F，其中0和8，4和C在构造对称位置。其余按照顺序排列。MIT装置按照全电极测量方式，每一个电极作为激励源，所有其他电极都将作为检测电极获取一个测量信号。这样原始数据将包括240个不同相位的测量信号。本实施例中，原始数据按照0-F顺序作为激励电极，其余按照排除激励电极从小到大顺序排列将不同的相位差数据导入差分成像模块进行成像运算。

参考目标数据矩阵C1，测量目标数据矩阵C2，两个矩阵具有相同的结构，都是一个2X240的存储空间，用来存储数据编号和测量的相位数据。

数据编号按照发射电极编号和检测电极编号来标记，例如，0号电极作为激励电极，1号电极作为检测电极，则数据编号为M01；而1号电极作为激励电极，C号电极作为检测电极，则数据编号为M1c。D号电极作为激励电极，5号电极作为检测电极，则数据编号为Md5。

将C1-Mxx与C2-Mxx的差值，作为C-Mxx的数据作为成像的原始数据。如果明确C1的确切阻抗分布，就可以计算出C2的电阻抗分布。如果C1和C2的确切电阻抗分布均未知，则可以计算出对称部位的电阻抗差异。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，本发明并不限于以上实施例，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种分时空间物理对比帧的磁感应电阻抗成像装置，其特征在于，所述的装置是分时物理背景帧系统结构，所述的装置包括背景参考帧数据采集电极结构、目标测量帧数据采集电极结构、数据模块1、数据模块2、差分成像模块、图像输出模块、时序开关模块、开关A和开关B，所述的数据模块2、数据模块1与差分成像模块依次连接，所述的背景参考帧数据采集电极结构与目标测量帧数据采集电极结构通过开关A与数据模块2相连，所述的差分成像模块通过开关B与图像输出模块连接,所述的开关A和开关B均设置有节拍点1和节拍点2，所述的时序开关模块控制开关A和开关B在节拍点1和节拍点2两个位置交替连接,所述的分时物理背景帧系统结构采用时序处理电路系统分时采集背景数据和目标数据。

2.根据权利要求1所述的分时空间物理对比帧的磁感应电阻抗成像装置，其特征在于，所述的背景参考帧数据采集电极结构和目标测量帧数据采集电极结构是物理尺寸和电气指标完全相同的等效电极结构。

3.根据权利要求1所述的分时空间物理对比帧的磁感应电阻抗成像装置，其特征在于，所述的背景参考帧数据采集电极结构和目标测量帧数据采集电极结构是物理尺寸不同、电气指标完全相同的电极结构，背景参考帧数据采集电极结构的物理尺寸缩小。

4.根据权利要求3所述的分时空间物理对比帧的磁感应电阻抗成像装置，其特征在于，所述的背景参考帧数据采集电极结构的电极顺序和目标测量帧数据采集电极结构的电极顺序是平行排列或者镜像对称排列。

5.一种如权利要求1或2或4所述的分时空间物理对比帧的磁感应电阻抗成像装置的成像方法，其特征在于，所述的方法分别获得背景参考帧数据采集电极结构和目标测量帧数据采集电极结构的对称的测量位置的背景数据和目标数据，将背景参考帧数据采集电极结构获得的背景数据和目标测量帧数据采集电极结构获得的目标数据中对应电极的数值通过差分成像模块做差分运算，差分运算以后的数据当作成像数据由图像输出模块输出，整个装置由时序开关模块控制开关A和开关B在节拍点1、2两个位置交替连接，开关交替连接的同时，在每一个开关时序，数据从数据模块2移动到数据模块1，对目标测量帧数据采集电极结构的数据和背景参考帧数据采集电极结构的数据采用串行采集的方式，差分运算，成像输出。

6.根据权利要求5所述的分时空间物理对比帧的磁感应电阻抗成像装置的成像方法，其特征在于，所述的方法具体步骤如下：

1)、在开关时序的节拍1时，开关A处于节拍点1的位置，先把数据模块2中的数据移动到数据模块1中；然后数据模块2读取背景参考帧数据采集电极结构中的电极的数据，同时与数据模块1中的数据通过差分成像模块做差分成像运算，在此节拍，图像输出通道开关B处于节拍点1的位置；

2)、在开关时序的节拍2时，开关A处在节拍点2的位置,系统先把数据模块2中的数据移动到数据模块1中,由于在步骤1)中，数据模块2中是背景参考帧数据采集电极结构的背景数据，在节拍2中，数据模块1就保存了背景参考帧数据采集电极结构的背景数据，在此节拍中，数据模块2读取目标测量帧数据采集电极结构中的电极的数据，这时数据模块1和数据模块2进行的差分成像就通过开关B处于节拍点2的位置传送到了图像输出模块；

原始数据按照0-X的电极顺序作为激励电极数据，其余数据按照排除激励电极数据从小到大顺序排列，并且将其余数据与激励电极数据之间的相位差数据导入差分成像模块进行成像运算；所述的背景参考帧数据采集电极结构和目标测量帧数据采集电极结构作为激励电极和检测电极的测量序号相同，X为整数。

7.一种不分时空间物理对比帧的磁感应电阻抗成像装置，其特征在于，所述的装置包括背景参考帧数据采集电极结构、目标测量帧数据采集电极结构、数据模块1、数据模块2、差分成像模块、图像输出模块、所述的差分成像模块与图像输出模块相连，所述的背景参考帧数据采集电极结构与数据模块1相连，目标测量帧数据采集电极结构与数据模块2相连，数据模块1与数据模块2分别连接至差分成像模块。

8.根据权利要求7所述的不分时空间物理对比帧的磁感应电阻抗成像装置，其特征在于，所述的背景参考帧数据采集电极结构和目标测量帧数据采集电极结构是物理尺寸和电气指标完全相同的等效电极结构；或者是物理尺寸不同、电气指标完全相同的电极结构，背景参考帧数据采集电极结构的物理尺寸缩小。

9.根据权利要求8所述的不分时空间物理对比帧的磁感应电阻抗成像装置，其特征在于，所述的背景参考帧数据采集电极结构的电极顺序和目标测量帧数据采集电极结构的电极顺序是平行排列或者镜像对称排列。

10.一种如权利要求7或8或9所述的不分时空间物理对比帧的磁感应电阻抗成像装置的方法，其特征在于，数据模块1读取背景参考帧数据采集电极结构的数据，数据模块2读取目标测量帧数据采集电极结构的数据，然后同时输出至差分成像模块进行运算，运算后通过图像输出模块输出数据，对目标测量帧数据采集电极结构的数据和背景参考帧数据采集电极结构的数据并行采集，差分运算，成像输出。