[发明专利]基于约束最大化的图像重建

说明书

技术领域

本发明大体上涉及图像重建，并且具体地涉及用于基于电阻抗断层摄影产生图像数据的方法。 

背景技术

电阻抗断层摄影(EIT)的原理基于了解被检查的介质具有电性质、例如电导率和电容率(permittivity)中的变化，其与例如密度或化学组成等物质特性高度相关。例如，在人体中，在身体组织之中有显著的电导率变化。 

在工业活动和其他非临床应用中，执行非侵入监测和(有时)成像以确定主体体积的组成或表征特征的大小和形状或感兴趣对象内的其他状况是可取的。一般，EIT对于对由可区别的电性质所表征的体积内的特征进行成像是有用的。时常在具有不同密度的体积内的特征可以在该基础上被解析。例如，在多相流体混合物中，已知的是电导率将基于相(例如，液体或气体)或化学组成而变化。原理上，用相对简单的仪器执行的电测量可以提供指示特定物质位于体积中什么地方和不同组分的相对比例的数据。可以确定其相浓度的混合物的示例是例如浆体等固-液组成、例如在油管道线中存在的气-液组成和一般液-液和固-气-液混合物。混合物可以是静止或流动的。在流体流过管道的情况下，不同相的物质之中或具有不同化学性质的物质(例如，水和油)之间的电导率确定可以导致存在的相对体积的确定。在过去，管道中的液相和气相的体积分数基于电阻抗测量来推断。关于EIT成像，通过沿被研究的主体的周边(例如，在沿管道的内表面的圆中)放置一系列电极来采集数据，这是常规的。参见美国专利号 4,486,835；4,539,640；4,920,490；和5,381,333，其中全部通过引用结合于此。在由前述文献描述的测量系统中，测量的电压或电流信号用于重建被研究的体积内的空间特征，使得可以产生代表该特征的图像。在这点上，存在常常称为逆问题的问题，其中可能没有唯一解，即对应于采集的数据的图像。为了克服此，向电极给予相对大量的激发模式集是必需的。利用该数据，应用算法来找到电导率分布。 

当电极沿穿过被研究的主体的平面安置时，算法可提供沿相同平面的电导率分布。一般，应用很多种数学方法和数值技术以确定类似于被检查的主体的电导率分布。需要大量计算以便产生有用图像分辨率。期望找到这样的技术，采用该技术可以使用在较短时间段中执行的较少计算来得到满意的图像产生，以便将基于EIT的图像重建用于更大量的商业应用。 

发明内容

根据本发明的实施例，方法提供包含具有不同电导率的多个区域的结构的内部的图像。在一个实施例中，一系列电信号集顺序施加于一系列电极，每个信号集产生该结构内的旋转电场。从该电极获得电信号的测量集，该集用于计算代表安置电极安置所围绕的结构的区域中的结构内部的电导率分布。计算该电导率分布的过程包括基于该电导率分布限定成本函数(例如，能量函数)和正向模型，其将该电信号的测量集表达为关于电导率的电压值中的变化的函数，并且要求能量函数和基于该正向模型的函数之间的差别的偏导数等于零。参见下文的方程6-12。 

附图说明

当下列详细说明参照附图(其中类似的符号在整个附图中代表类似的部件)阅读时，本发明的这些和其他特征、方面和优势将变得更好理解，其中： 

图1是根据示例实施例的油生产设施的框图； 

图2是根据本发明的实施例的要使用的基于电阻抗断层摄影(EIT)的多相流量计的示意图； 

图3根据本发明的实施例的施加电压EIT系统的框图；以及 

图4是根据本发明的实施例的跨管道的电极的示意图和参考正弦波形。 

具体实施方式

现在在成像可以用于确定多相流(其中多个物质在管道或导管内流动)中的成分的比例的应用中描述本发明。本发明的实施例的功用是提供用于测量例如在油工业中使用的那些的多物质系统的特性以估计流过管道的油、水和烃类气体的分数和流速的系统和方法。尽管本发明参考在油/气体/水测量中的用途来描述，但它绝不限于这样的应用。相反，本发明可应用于很多种工业、卫生保健和化学过程，例如医学成像、癌症诊断和水处理过程。