[發(fā)明專利]基于約束最大化的圖像重建

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110173472.3
• 申請日: 2011-06-10
• 公開（公告）號: CN102364334A
• 公開（公告）日: 2012-02-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: R·V·V·L·蘭戈于;M·K·K·米塔爾;D·米什拉;S·馬哈林加姆
• 申請（專利權(quán)）人: 通用電氣公司
• 主分類號: G01N27/04
• 分類號: G01N27/04;A61B5/053
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 柯廣華;朱海煜

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明大體上涉及圖像重建，并且具體地涉及用于基于電阻抗斷層攝影產(chǎn)生圖像數(shù)據(jù)的方法。?

背景技術(shù)

電阻抗斷層攝影(EIT)的原理基于了解被檢查的介質(zhì)具有電性質(zhì)、例如電導(dǎo)率和電容率(permittivity)中的變化，其與例如密度或化學(xué)組成等物質(zhì)特性高度相關(guān)。例如，在人體中，在身體組織之中有顯著的電導(dǎo)率變化。?

在工業(yè)活動和其他非臨床應(yīng)用中，執(zhí)行非侵入監(jiān)測和(有時)成像以確定主體體積的組成或表征特征的大小和形狀或感興趣對象內(nèi)的其他狀況是可取的。一般，EIT對于對由可區(qū)別的電性質(zhì)所表征的體積內(nèi)的特征進(jìn)行成像是有用的。時常在具有不同密度的體積內(nèi)的特征可以在該基礎(chǔ)上被解析。例如，在多相流體混合物中，已知的是電導(dǎo)率將基于相(例如，液體或氣體)或化學(xué)組成而變化。原理上，用相對簡單的儀器執(zhí)行的電測量可以提供指示特定物質(zhì)位于體積中什么地方和不同組分的相對比例的數(shù)據(jù)。可以確定其相濃度的混合物的示例是例如漿體等固-液組成、例如在油管道線中存在的氣-液組成和一般液-液和固-氣-液混合物。混合物可以是靜止或流動的。在流體流過管道的情況下，不同相的物質(zhì)之中或具有不同化學(xué)性質(zhì)的物質(zhì)(例如，水和油)之間的電導(dǎo)率確定可以導(dǎo)致存在的相對體積的確定。在過去，管道中的液相和氣相的體積分?jǐn)?shù)基于電阻抗測量來推斷。關(guān)于EIT成像，通過沿被研究的主體的周邊(例如，在沿管道的內(nèi)表面的圓中)放置一系列電極來采集數(shù)據(jù)，這是常規(guī)的。參見美國專利號?4,486,835；4,539,640；4,920,490；和5,381,333，其中全部通過引用結(jié)合于此。在由前述文獻(xiàn)描述的測量系統(tǒng)中，測量的電壓或電流信號用于重建被研究的體積內(nèi)的空間特征，使得可以產(chǎn)生代表該特征的圖像。在這點上，存在常常稱為逆問題的問題，其中可能沒有唯一解，即對應(yīng)于采集的數(shù)據(jù)的圖像。為了克服此，向電極給予相對大量的激發(fā)模式集是必需的。利用該數(shù)據(jù)，應(yīng)用算法來找到電導(dǎo)率分布。?

當(dāng)電極沿穿過被研究的主體的平面安置時，算法可提供沿相同平面的電導(dǎo)率分布。一般，應(yīng)用很多種數(shù)學(xué)方法和數(shù)值技術(shù)以確定類似于被檢查的主體的電導(dǎo)率分布。需要大量計算以便產(chǎn)生有用圖像分辨率。期望找到這樣的技術(shù)，采用該技術(shù)可以使用在較短時間段中執(zhí)行的較少計算來得到滿意的圖像產(chǎn)生，以便將基于EIT的圖像重建用于更大量的商業(yè)應(yīng)用。?

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本發(fā)明的實施例，方法提供包含具有不同電導(dǎo)率的多個區(qū)域的結(jié)構(gòu)的內(nèi)部的圖像。在一個實施例中，一系列電信號集順序施加于一系列電極，每個信號集產(chǎn)生該結(jié)構(gòu)內(nèi)的旋轉(zhuǎn)電場。從該電極獲得電信號的測量集，該集用于計算代表安置電極安置所圍繞的結(jié)構(gòu)的區(qū)域中的結(jié)構(gòu)內(nèi)部的電導(dǎo)率分布。計算該電導(dǎo)率分布的過程包括基于該電導(dǎo)率分布限定成本函數(shù)(例如，能量函數(shù))和正向模型，其將該電信號的測量集表達(dá)為關(guān)于電導(dǎo)率的電壓值中的變化的函數(shù)，并且要求能量函數(shù)和基于該正向模型的函數(shù)之間的差別的偏導(dǎo)數(shù)等于零。參見下文的方程6-12。?

附圖說明

當(dāng)下列詳細(xì)說明參照附圖(其中類似的符號在整個附圖中代表類似的部件)閱讀時，本發(fā)明的這些和其他特征、方面和優(yōu)勢將變得更好理解，其中：?

圖1是根據(jù)示例實施例的油生產(chǎn)設(shè)施的框圖；?

圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施例的要使用的基于電阻抗斷層攝影(EIT)的多相流量計的示意圖；?

圖3根據(jù)本發(fā)明的實施例的施加電壓EIT系統(tǒng)的框圖；以及?

圖4是根據(jù)本發(fā)明的實施例的跨管道的電極的示意圖和參考正弦波形。?

具體實施方式

現(xiàn)在在成像可以用于確定多相流(其中多個物質(zhì)在管道或?qū)Ч軆?nèi)流動)中的成分的比例的應(yīng)用中描述本發(fā)明。本發(fā)明的實施例的功用是提供用于測量例如在油工業(yè)中使用的那些的多物質(zhì)系統(tǒng)的特性以估計流過管道的油、水和烴類氣體的分?jǐn)?shù)和流速的系統(tǒng)和方法。盡管本發(fā)明參考在油/氣體/水測量中的用途來描述，但它絕不限于這樣的應(yīng)用。相反，本發(fā)明可應(yīng)用于很多種工業(yè)、衛(wèi)生保健和化學(xué)過程，例如醫(yī)學(xué)成像、癌癥診斷和水處理過程。?