[发明专利]多电极电磁流量计流速分布重建方法

说明书

本发明公开了一种多电极电磁流量计流速分布重建方法，属于非侵入式测量技术领域，涉及一种长筒型流速场的截面检测设备，用于测量区域截面流速分布，包括以下步骤：建立与所述多电极电磁流量计测量电极处的测量面一致的剖面模型，所述测量面至少包括一个流速场截面；获取与所述流速场截面的区域微元划分方式对应的区域权函数矩阵、区域面积对角矩阵和速度重建表达式；通过所述多电极电磁流量计获取所述测量面的电极对感应电压矩阵；通过电极对感应电压矩阵和速度重建表达式求解重建所述流速场截面的速度矩阵。本发明明确了适用于多电极电磁流量计围绕一个或总和多个测量面设置测量电极并测量重建经过测量面的流速场的方法。

技术领域

本发明属于非侵入式测量技术领域，涉及一种长筒型流速场的截面检测设备，尤其涉及一种适用于测量人体血管内血液流速分布的方法。

背景技术

监测血液流速变化可以提前预防和控制困扰人类的重大心血管疾病，如冠状动脉狭窄、冠心病等。针对哺乳动物血液流动的不对称性和多电极电磁测量方式的非侵入性，将多电极电磁测量方式应用于人体肢体血液流速的测量已有过有益尝试。通过多电极获取肢体截面处的不同弦端电压，利用任意流型下的平均流速表达式实现速度分布测量已在多相流领域取得广泛应用。1983年，O'Sullivan首次研制出了应用于医学上测量血液流量的6电极电磁流量计。20世纪90年代，南京医学院第一附属医院采用电磁流量计成功地测定了门静脉血流量。之后，张小章、徐立军对流场重建方面进行了深入地研究。2008年，清华大学利用人体皮肤和接触导体间的热传递来无创测量局部皮肤组织中血液的流速。2010年，南京航空航天大学提出了一种基于视频图像序列的人体微小管状血管血液流速自动测量方法。2012年，徐立军等研究了电磁流量计安装角度对测量精度的影响。2016年，浙江大学从血液两相流动的角度出发，针对通过CT扫描图像逆向重构得到的主动脉夹层三维几何模型，进行血液两相流动数值模拟。2017年，解放军总医院董会武等人通过彩色多普勒超声无创探测主动脉及其各主要出入口的血流动力学参数，计算出国人青年的主动脉血流量分配比例的正常值，对主动脉的血流动力学研究有重要意义。2018年，哈德斯菲尔德大学用电磁感应流层析技术测量瞬态单相流和多相流中的速度分布。

在《多电极电磁流量计肢体血液流速分布测量研究》([J].河北科技大学学报,2019,40(01):60-66.赵宇洋,姚健,万东瑜,吴学礼.)一文中，公开了一种多电极电磁流量计，并示范性的通过一种血管模型描述了一种流速分布重建方法。所述血管模型是按照解剖学特性将人体上臂等效为由皮肤脂肪、肌肉、骨骼、动脉和静脉构成的几何模型。如图1所示该几何模型的剖面示意，该几何模型中，皮肤脂肪厚度为3mm，骨骼半径为8mm，动脉、静脉半径为5mm。进一步的，提出了一种针对图1剖面的区域剖分方法，进而利用有限元分析方法对动脉、静脉血管内血液在该剖面的流速进行流速分布的重建，如图2所示，该区域剖分方法为了更好地体现脂质在血管壁积聚的程度分别将动脉、静脉横截面按照45度圆心角均匀分为8个，一共16个扇形区域，图中标为1-16，分别记为a1-a16，同时将多电极电磁流量计的电极e1～e18围绕血管模型外壁分布均匀，y轴正方向的上半弧以e5作基准、下半弧以e14作基准，可获得16对测量电压值。进一步的，推导出适于上述区域剖分的区域权函数表达式后，由该区域权函数表达式得到适于上述区域剖分的速度重构表达式，并通过实际运算验证了上述流速分布重建方法，但并未公开形如的速度矩阵表达式的具体求解方式。

现有技术认为，直接求逆法、TSVD和Tikhonov等方法均不能很好地解决这个问题，使得上述流速分布重建方法难以达到其描述的重建结果，即难以实用。具体的，即上述流速分布重建方法难以解决的一个技术问题也是电磁流量计成像研究的重点问题是，当如a1-a16这样的测量微元更多，即需要测量的剖面流速场的空间分辨率增大时，根据有限数量的测量电压值重建出很大数目的测量微元内的平均流速将会是一个不适定性严重的问题，即上述速度矩阵不可解或者求解无意义的问题，

发明内容