[发明专利]电容耦合电阻抗层析成像图像重建方法和装置

说明书

本发明公开了一种电容耦合电阻抗层析成像图像重建方法及装置，本发明将无监督的深度卷积网络作为先验信息来对电容耦合电阻抗层析成像的图像迭代重建过程加以约束，通过训练拥有随机初始化网络参数的深度神经网络，使得该网络能够从噪声标签图像中学习其自身的内在隐藏信息，并在训练过程中通过交替性的加权平均求和等操作逐步找到噪声图像的局部最优解，生成近似于真实图像的结果，完成去噪。本发明提出的针对于电容耦合电阻抗层析成像应用的网络先验不仅能形成类似手动先验的模式来对图像重建进行噪声约束，并且能依据图像自身的结构特点做出智能化的参数调整，形成更高质量的重建图像。

技术领域

本发明涉及工业过程检测领域，工业影像领域，医学影像领域和深度学习领域，具体涉及一种基于深度图像先验的电容耦合电阻抗层析成像图像重建方法。

背景技术

电容耦合电阻抗层析成像（capacitively-coupled electrical impedancetomography, CCEIT）是一种基于成像目标区域边界处电磁场信息变化来进行内部结构分布重建的新兴成像技术。由于具有非侵入性，无辐射，无接触，无损，价格低廉，操作简单，成像速度快，空间分辨率高等优点，该技术得到了广泛的关注并被研究推广到工业多相流检测，工业过程监测，生物医学检测等领域。

电容耦合电阻抗层析成像系统如图1所示，由电极式传感器，数据采集系统和计算机组成，其中传感器电极片的数量一般为8、12、16等。该技术的基本原理是将阵列式的电极片放置在成像目标边界处，且在电极片与被测目标体之间有一层绝缘物质，基于电容耦合非接触导电性原理，当施加励磁交流电信号到激励电极后，激励电极片与接收电极片之间形成电流通路，且该电流通路可以被等效为两个电容和一个电阻抗的串联电路，当成像目标区域内部结构发生改变，即等效的电阻抗信息发生改变时，成像目标边界处的传感器电极片能够检测到相应的电学响应，结合图像重建算法，进而能够获取成像目标区域内部结构分布的重建图像。电容耦合电阻抗层析成像的数据采集流程为施加交流电信号至第一个电极片处，建立时变电磁场，在剩余的(N-1)个电极片处按照顺序依次测量相应的电学响应，再将交流电信号施加到第二个电极片处，测量剩余的(N-2)个电极片处的电学响应信息，重复该过程，直至倒数第二个电极片被施加交流电信号，其中N为传感器电极片的总数量。一个完整的数据集含有(N×(N-1)/2)个边界参数测量值。

随着电容耦合电阻抗层析成像的工业影像应用与医学影像应用的不断发展，对于该技术的成像质量的要求也越来越高。电容耦合电阻抗层析成像的图像重建是通过求解线性方程组的方法来实现的。首先将目标区域离散化为有限个单位元，其次建立每个单位元与边界测量参数间关系的线性方程，最后联立方程组求解。由于电容耦合电阻抗层析成像的边界测量参数的总数(N×(N-1)/2) 远远少于目标区域电学信息分布参数的数量，表征这两种参数之间关系的系统响应矩阵是一个稀疏的奇异矩阵，因此该技术的图像重建问题是一个严重病态且不适定的欠定问题，其重建结果对噪声非常敏感，即边界电学测量值处的微小扰动会造成重建图像信息的巨大偏差，这大大限制了影像的成像质量，影响后续工业分析或临床诊断工作。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于深度图像先验的无监督学习电容耦合电阻抗层析成像图像重建方法及装置，实现电容耦合电阻抗层析成像低噪，高质量的图像重建。

本发明采用的技术方案具体为：

一种电容耦合电阻抗层析成像图像重建方法，包括：

获取待重建的电容耦合电阻抗层析成像数据和与所述待重建的电容耦合电阻抗层析成像数据不同输入励磁信号的电容耦合电阻抗层析成像数据，并分别构建获得含噪声的反投影图像G₀和Z_noise；