[发明专利]一种基于二端子阻抗测量模式的四端子电阻抗层析成像方法

说明书

【技术领域】

本发明属于电学无损检测技术领域，尤其涉及一种基于二端子阻抗测量模式的四端子电阻抗层析成像方法。

【背景技术】

近三十余年发展起来的电阻抗层析成像技术(Electrical Impedance Tomography—EIT)，以其非侵入性、便携性、价格低廉、响应快速等技术优势，在工业和医学领域具有重要的应用前景。EIT技术实质上是根据敏感场的电导率分布获得物场的媒质分布信息。通过在敏感场边界施加激励电流，当场内电导率分布变化时，导致场内电势分布变化，从而场域边界上的测量电压发生变化，利用获得的电阻抗信息通过一定的图像重建算法，可以重建出场内的电导率分布，从而获得物场的媒质分布。

国家知识产权局在电阻抗层析成像领域只授权了一个发明专利：基于微针电极的电阻抗层析成像仪及其微创式测量方法（ZL200610114600.6），利用微针电极跨越人体皮肤高阻抗的角质层，替代传统表面电极，作为电流激励装置以及测量电压信号的传感器，测量信号经过放大、滤波后输入PC机进行数据处理，最后以灰度图或彩图反映断层上各点的电阻抗分布信息。可以达到降低电流激励与与采集带来的误差，同时使得实测对象区域内的电阻抗分布更趋于一阶连续，从而使得重构所得图像分辨率更高，置信度更高。

在电阻抗测量中，二端子模式和四端子模式是两种常见的测量模式，但是各有其优缺点。二端子阻抗测量的最主要缺点是会受到接触阻抗的影响。J.J.Ackmann于1993年指出指出当进行四端子阻抗测量，频率高于5kHz时，会引入不能接受的相位差（“Complex bioelectric impedance measurement system for the frequency range from5Hz to 1MHz,”Ann.Biomed.Eng.,vol.21,no.2,pp.135-146,Mar.1993.)。Szczepanik和Rucki于2000年指出当进行四端子阻抗测量，频率高于5kHz时，在响应电极上测得的电压会有较大的波动（Z.Szczepanik,and Z.Rucki,“Frequency analysis of electrical impedance tomography system,”IEEE Trans.Instrum.Meas.,vol.49,no.4,pp.844-851,Aug.2000.）。Dickin于年指出四端子阻抗测量时容易产生电流源饱和现象，使得测量上限被限制（F.Dickin,and M.Wang,“Electrical resistance tomography for process applications,”Meas.Sci.Technol.,vol.7,no.3,pp.247-260,Mar.1996.）。

在电阻抗层析成像中，二端子模式和四端子模式也是两种常见的成像模式。在二端子阻抗测量模式下，对传感器的每两个电极依次施加激励电流，再测量这两个电极上感应到的电压值，计算得到二端子电阻抗值。四端子模式下，对传感器两个电极施加激励电流，再测量另两个电极上感应到的电压值，计算得到四端子电阻抗值。对于四端子模式，可以选择相邻激励、相对激励或者对角线等多种激励方式。在利用灵敏度理论来进行电阻抗层析成像中，二端子模式下的成像质量和速度不及四端子模式下的成像质量和速度。

加之在实际应用中，经常会遇到四端子模式不能满足应用需求或者没有四端子阻抗测量仪器两种情形。因此极为有必要发明出一种基于二端子阻抗测量模式的四端子电阻抗层析成像方法，来克服上述缺陷，可有效提高成像对比度和分辨力，并能加快成像速度。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种基于二端子阻抗测量模式的四端子电阻抗层析成像方法，以能够在四端子模式不能满足应用需求或者不具备四端子阻抗测量仪器的情形，仍能提供高质量、高速度的图像重建。

为实现上述目的，本发明提供的一种基于二端子阻抗测量模式的四端子电阻抗层析成像方法，采用如下技术方案：

一种基于二端子阻抗测量模式的四端子电阻抗层析成像方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，建立电阻抗层析成像（EIT）传感器11的有限元分析模型；

步骤二，根据Geselowitz和Lehr提出的灵敏度理论，结合EIT传感器11的有限元分析模型，计算所述EIT传感器11在相邻、相对或对角线等任意激励模式下的四端子灵敏度矩阵S；