[发明专利]一种基于阻抗频谱约束的动态多频电阻抗断层成像方法

权利要求书

1.一种基于阻抗频谱约束的动态多频电阻抗断层成像方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：在成像区域内进行有限面元剖分，确定成像域内的组织种类数，获得每种组织的体积分数向量和阻抗频谱以及体积分数和阻抗的线性关系，建立体积分数和边界电压的关系模型；

步骤2：采用不同频率的激励电流对成像区域边界处进行激励，测量每个频率下不同时刻的边界电压数据，采用式1获得每个频率下的一组边界电压差数据：

Δυ_i(t)＝υ_i(t)-υ_i(1) (式1)，

其中，υ_i(t)表示激励频率为ω_i的不同时刻下的边界电压数据，i表示阻抗频谱内的第i个频率，i≤I且I为正整数，t≥2，υ_i(1)表示激励频率为ω_i的时刻1下边界电压数据；

步骤3：根据步骤1的体积分数和边界电压的关系模型构造逆问题目标函数，优化目标函数并利用逆问题方法得到体积分数变化的求解公式，将步骤2得到的多个频率的边界电压差数据输入求解公式，得到成像区域内体积分数变化值；

步骤4：将步骤3得到的成像区域内体积分数变化值代入步骤1中得到的体积分数和阻抗的线性关系，获得成像区域内的阻抗变化，将阻抗变化利用色阶表示在成像区域内，得到阻抗变化图像；

其中，步骤1包括如下子步骤：

步骤1.1：在成像区域内进行有限面元剖分，得到多个面元，确定成像域内的组织种类数，并设定每个面元内每种组织的体积分数值，获得体积分数矩阵，将体积分数矩阵向量化得到体积分数模型；

步骤1.2：获得每种组织的阻抗频谱，结合步骤1.1获得的体积分数模型，获得体积分数和阻抗的线性关系，如式2所示：

σ(ω_i)＝A_iF (式2)

其中，σ是阻抗，ω_i为阻抗频谱中第i个激励频率，A_i是ω_i下的阻抗频谱构成的系数矩阵，F是体积分数向量；

步骤1.3：将步骤1.2得到的体积分数和阻抗的关系结合阻抗变化和边界电压变化的关系，得到如式3的体积分数变化和边界电压变化的关系：

J_iA_iΔF＝Δυ_i (式3)

其中，J_i是ω_i下的雅克比矩阵，ΔF是体积分数向量的变化量，Δυ_i是ω_i下的边界电压的变化量。

2.一种使用如权利要求1所述的基于阻抗频谱约束的动态多频电阻抗断层成像方法的成像系统，其特征在于：包括多频数据采集模块、体积分数构造模块、图像重构模块和图像输出模块；

所述多频数据采集模块包括电极、导联线、多路开关、频率控制器和通信处理器；

所述体积分数构造模块包括体积分数模型器和通信处理器，该模块基于有限元剖分构建待测体的体积分数模型，并向计算机输出该模型下体积分数变化和边界电压变化之间的关系；

所述图像重构模块包括目标函数构造优化器、目标函数求解器、边界条件限制器以及通信处理器，该模块利用体积分数构造模块输出的体积分数变化和边界电压变化之间的关系构造一个目标函数并将之优化，然后将从计算机接收的边界电压数据输入目标函数求解器求解体积分数变化，最后经过边界条件限制，得到最终的体积分数变化值；

所述图像输出模块包括体积分数阻抗转化器、画图器、显示器以及通信处理器，该模块用于接收计算机输出的体积分数变化并利用转化器将其转化成阻抗变化并画图显示。