[发明专利]一种用于小尺度管道内异质物识别的电特性检测方法

权利要求书

1.一种用于小尺度管道内异质物识别的电特性检测方法，其特征在于，具体步骤如下：

首先，将ECT传感器和阻抗传感器分别贴附在待测管路壁上，实时进行监测；当待测管路中的血液电特性发生变化时，对阻抗传感器测量到的血液阻抗值进行短时傅里叶变换得到阻抗的频谱信息；同时，ECT传感器采集激励电极与各测量电极之间的电容，利用正则化反演算法重建血液的电导率和介电常数分布图像，并利用混合Hanai方程对电导率和介电常数的分布进行校正；最后，对阻抗频谱信息和校正后的电导率和介电常数分布图像进行综合分析，识别出小尺度管道内的异质物，并检验其电特性；

所述ECT传感器利用正则化反演算法重建血液的电导率和介电常数分布图像，具体过程为：

首先，通过测量激励电极与其它各测量电极间的电容，并将电容值和灵敏度矩阵输入正则化反演算法中，对血液的电参数分布进行图像重建；

在重建过程中，构建无约束问题，具体如下：

b是实际测量的复电容值，x是图像的电参数分布矩阵，A是灵敏度矩阵，L是正则化反演算子；||Lx||₂₁＝||x_TV||₂₁，λ参数依赖于噪声水平，||·||₂₁是引入的混合范数；

然后，将无约束问题进行改写，得到：

通过近端分裂算法解决该无约束问题，在计算时分别寻找f₁的近端算子和f₂的近端算子的解进行分裂操作，定义如下：

i_S(x)是示性函数；

对于任意的γ∈(0，+∞)，存在最小值x是该无约束问题的解，当且仅当存在y：

对任意固定的γ和步长λ∈(0，2)，通过以下序列计算求解满足上式的x：

求解结果即为x矩阵，各个元素的灰度值即为电参数的值。

2.如权利要求1所述的一种用于小尺度管道内异质物识别的电特性检测方法，其特征在于，所述ECT传感器通过柔性电极贴附在待测管路的外壁，阻抗传感器贴附在管路的内壁。

3.如权利要求1所述的一种用于小尺度管道内异质物识别的电特性检测方法，其特征在于，所述阻抗的频谱信息具体计算过程为：

首先，阻抗传感器实时测量血液阻抗值，并进行加窗后做傅里叶变换，将任意时刻t附近的频谱实现时间局域化，构建信号的时间和频率的二维时频谱；

其中m(τ-t)为加窗函数；STFT(t，ω)是短时傅里叶变换结果，即时频信息；s(τ)是τ时刻的源信号；ω是角频率。

4.如权利要求1所述的一种用于小尺度管道内异质物识别的电特性检测方法，其特征在于，所述ECT传感器包括八个电极，每次激励一个电极，被激励的电极为激励电极；其余电极作为测量电极。

5.如权利要求1所述的一种用于小尺度管道内异质物识别的电特性检测方法，其特征在于，所述电参数的分布进行校正的公式如下：

其中，是血液的复介电常数值，是红细胞的复介电常数值，r为管道内径；是血浆的复介电常数值，H是红细胞比容，A'和B'是取向因子，C₁、C₂和C₃是变形因子；

根据校正公式，得到随管道内径r变化的血液复介电常数的值，管道中心附近区域的红细胞自由取向且形状变形可忽略，因此电参量值分布较为均匀；而管壁附近区域由于较大剪切力作用于红细胞改变其取向和形状，导致电参量值明显改变；因此，通过将管壁附近的电参量分布减去剪切力造成的变化值，即电参量分布减去使得血液的电导率和介电常数分布均匀，通过成像结果得到异质物准确的尺寸和位置信息。