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基于Hadamard product优化多层神经网络的胸部电阻抗成像研究

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生物医学工程学杂志 2024年第3期41卷 439-446,454页

作者：宋振忠李建平温建明万嫩马继杰张昱胡意立高增锋浙江师范大学工学院浙江省城市轨道交通智能运维技术与装备重点实验室精密机械与智能结构研究所浙江金华321004 千叶大学融合理工学府日本千叶263-8522

电阻抗成像(EIT)是一种无辐射、非侵入式的可视化诊断技术。为提高胸部电阻抗成像技术重建算法的成像分辨率和去伪影能力,本研究提出了一种利用Hadamard product优化多层神经网络(MANN)的HMANN算法。将HMANN算法的重建图像与广义矢量模... 详细信息

电阻抗成像(EIT)是一种无辐射、非侵入式的可视化诊断技术。为提高胸部电阻抗成像技术重建算法的成像分辨率和去伪影能力,本研究提出了一种利用Hadamard product优化多层神经网络(MANN)的HMANN算法。将HMANN算法的重建图像与广义矢量模式匹配(GVSPM)算法、截断奇异值分解(TSVD)算法、反向传播(BP)神经网络算法和传统MANN算法的重建图像进行对比,仿真结果表明:相对于MANN算法,HMANN算法重建图像的相关系数在圆截面模型中可以提高17.30%,在肺截面模型中可以提高13.98%。虽然肺截面模型中HMANN算法重建图像的部分相关系数会有所下降,但在所有模型中,HMANN算法保留了MANN算法的图像信息,同时HMANN算法重建图像的伪影更少,检测目标与背景的可识别度比传统MANN算法高。本研究可以提升重建图像的相关系数,有效去除重建图像的伪影,为EIT成像技术提供了一种有效提升重建图像质量的新思路。

关键词：电阻抗成像多层神经网络 Hadamardproduct 伪影

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基于电阻抗成像分析血流速度和血乳酸浓度电学特性响应

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分析化学 2024年第4期52卷 531-540页

作者：王芸倩孙博赵桐张安姚佳烽西安理工大学大学机械与精密仪器工程学院千叶大学工学部南京航空航天大学机电学院

运动训练过程中肌肉产生的乳酸通过血液运输到肝脏进行代谢，在此过程中，随着运动强度的提高，肌肉组织产生的乳酸增加，肌肉组织细胞间质乳酸浓度随之升高，引发肌肉疲劳。经皮电刺激神经疗法（TENS）是一种广泛应用于肌肉放松、改善... 详细信息

运动训练过程中肌肉产生的乳酸通过血液运输到肝脏进行代谢，在此过程中，随着运动强度的提高，肌肉组织产生的乳酸增加，肌肉组织细胞间质乳酸浓度随之升高，引发肌肉疲劳。经皮电刺激神经疗法（TENS）是一种广泛应用于肌肉放松、改善血液外周循环的医疗手段。本研究采用电阻抗层析成像（EIT）方法，通过检测肌肉疲劳的生物标志物血乳酸浓度(Cbl)的变化引发的组织电学特性响应，可视化呈现TENS对肌肉疲劳的缓解效果。搭建了模拟肌肉组织模型的Cbl变化实验平台，测量了Cbl变化时模型的空间平均电导率（■）的变化趋势。血流速度与血乳酸的代谢率密切相关，TENS可以加快血流速度，有效减少乳酸在肌肉组织内的堆积，但血流速度过快容易引起继发性心室颤动疾病，威胁人类生命安全。本研究通过搭建的血流速度模拟平台，实时监测了模拟血管附近液体速度(vph)变化引起的■变化，并采用Pearson检验方法验证了模拟肌肉组织模型的Cbl和vph与■之间的相关性。实验结果表明，■与Cbl呈正相关（r=0.9113,p<0.001），■与vph也呈正相关（r=0.9782,p<0.0001）。本研究通过■定量评估了TENS刺激在加快血流速度、加速乳酸代谢以及缓解肌肉疲劳等方面的应用潜力。

关键词：经皮电刺激神经疗法电阻抗成像血流速度血乳酸浓度肌肉疲劳缓解

来源：博看期刊

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基于弹性范数的接地网电阻抗成像算法

电工技术学报 2024年

作者：张维哲张承乾刘建生张亮马文博西南石油大学电气信息学院

电阻抗成像(EIT)技术作为一种非侵入式成像方法，已成为接地网腐蚀诊断的研究重点之一，然而现有算法下的图像重构效果均不理想。为了对变电站接地网进行准确的腐蚀诊断，该文提出了一种L1-L2弹性范数算法对接地网EIT逆问题模型进行修... 详细信息

电阻抗成像(EIT)技术作为一种非侵入式成像方法，已成为接地网腐蚀诊断的研究重点之一，然而现有算法下的图像重构效果均不理想。为了对变电站接地网进行准确的腐蚀诊断，该文提出了一种L1-L2弹性范数算法对接地网EIT逆问题模型进行修正，以获得更接近真实值的接地网电阻率的解，进而提高腐蚀诊断的准确性。首先，介绍了EIT技术在接地网腐蚀诊断中的基本原理；其次，对L1范数、L2范数、一步牛顿法(NOSER)以及L1-L2弹性范数等四种算法作用下的接地网仿真模型进行算例分析，并搭建镀锌钢模型进行实验验证；最后，引入图像相关系数和图像相对误差等评价标准对四种算法下重构的接地网图像进行评价。结果表明，该文所提算法在改善接地网EIT技术病态性与欠定性方面效果良好，与其他三种算法相比，图像相关系数平均提升了32.19%、相对误差平均降低了22.54%。该算法的提出增强了EIT技术在接地网腐蚀诊断中的应用。

关键词：电阻抗成像接地网腐蚀诊断算法弹性范数

电阻抗成像系统中采样信号电路的设计与实验验证

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机械制造与自动化 2024年第3期53卷 25-31页

作者：徐成喜苏州健通医疗科技有限公司江苏昆山200050

深入探讨了电阻抗成像(EIT)中的一个关键技术——采样信号电子电路的实现。详细阐述了电路的基本原理和技术要求,采用先进的电路设计理念和技术,基于高性能的FPGA双驱动系统设计一套肺通气可视化电阻抗成像设备的硬件电路,主要包括采样... 详细信息

深入探讨了电阻抗成像(EIT)中的一个关键技术——采样信号电子电路的实现。详细阐述了电路的基本原理和技术要求,采用先进的电路设计理念和技术,基于高性能的FPGA双驱动系统设计一套肺通气可视化电阻抗成像设备的硬件电路,主要包括采样控制单元、压控恒流源模块、分时复用模块、差分放大电路和安全耐压隔离模块单元。讨论了采用控制单元和分时复用模块实现信号采集的方法。通过实验测试,验证了所设计的EIT硬件电路在信号采集过程中具有高精度和高稳定性的优点,能够满足临床肺通气成像的需求。

关键词：电阻抗成像信号采样 EIT硬件电路

基于正则化参数优化和边界聚类的电阻抗成像研究

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国外电子测量技术 2024年第1期43卷 94-100页

作者：王苏煜戎舟袁晶晶南京邮电大学自动化学院人工智能学院南京210046

电阻抗成像是一种无损伤的功能成像技术,由于逆问题具有不适定性、不稳定性等特点,往往存在重构图像的分辨率不高、伪影较大等问题。将Tikhonov和全变量(TV)两种正则化算法的罚函数进行组合应用,提出将粒子群算法用于组合罚函数的正则... 详细信息

电阻抗成像是一种无损伤的功能成像技术,由于逆问题具有不适定性、不稳定性等特点,往往存在重构图像的分辨率不高、伪影较大等问题。将Tikhonov和全变量(TV)两种正则化算法的罚函数进行组合应用,提出将粒子群算法用于组合罚函数的正则化参数优化,把图像质量指标(artifact level, AL)作为粒子群算法的适应度值,从而确定最优正则化参数,通过牛顿迭代法获得电导率,为了进一步去除伪影,将Niblack算法与边界聚类算法相结合,对求得的电导率进行处理,得到最终的电导率分布。仿真和实测结果均表明,该方法重建的图像能够更加准确地反映电场内目标物体的位置信息,有效的抑制伪影,提高了重建效果。

关键词：电阻抗成像逆问题 Tikhonov正则化算法粒子群算法边界聚类算法图像重建

基于S-PNet的触觉电阻抗成像后处理算法研究

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国外电子测量技术 2024年第6期43卷 68-75页

作者：袁晶晶戎舟南京邮电大学自动化学院、人工智能学院南京210023

电阻抗成像技术(EIT)因其非侵入式的特性为机器人柔性触觉传感器的压力点分布可视化提供了一种可行的方法。然而EIT逆问题具有高度的非线性和病态性,当多压力点相近时,重建图像的伪影会导致压力点间存在粘连。为解决上述问题,提出一种... 详细信息

电阻抗成像技术(EIT)因其非侵入式的特性为机器人柔性触觉传感器的压力点分布可视化提供了一种可行的方法。然而EIT逆问题具有高度的非线性和病态性,当多压力点相近时,重建图像的伪影会导致压力点间存在粘连。为解决上述问题,提出一种由特征提取、特征重建以及加强特征提取3个模块构成的S-PNet电阻抗成像后处理算法,实现对粘连压力点的分割以及形状重建。该算法使用金字塔池化结构加强特征提取,在增加极小计算量的情况下,能够提取到区分相近压力点边界的多尺度特征。采用均方根误差(RMSE)和结构相似度(SSIM)来评价后处理图像质量,实验得出RMSE的平均值为0.02,SSIM的平均值为0.97。仿真与实测结果均表明,与现有算法相比,基于S-PNet的后处理算法能够得到边界清晰且形状准确的结果。

关键词：电阻抗成像逆问题图像后处理深度学习

基于EfficientNet编码器的改进UNet模型电阻抗成像算法

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电脑知识与技术 2024年第1期20卷 6-9,13页

作者：万静李兴五高国忠长江大学地球物理与石油资源学院湖北武汉430100

电阻抗成像(Electrical Impedance Tomography,EIT)技术是一种低成本、非入侵的断层成像技术,使用传统算法求解逆问题进行成像时,存在非线性不适定的问题。最近,基于学习的深度学习方法已成为断层图像重建的新前沿。为此,结合基于UNet... 详细信息

电阻抗成像(Electrical Impedance Tomography,EIT)技术是一种低成本、非入侵的断层成像技术,使用传统算法求解逆问题进行成像时,存在非线性不适定的问题。最近,基于学习的深度学习方法已成为断层图像重建的新前沿。为此,结合基于UNet网络和EfficientNet编码器的结构,提出了EfficientUNet算法。采用该方法,对含有位置、大小和数目不同目标体的被测场域进行图像重建。此外,考虑EIT正问题中传感器的对称几何结构,将数据预处理成EIM(Electrical Im-pedance Maps)电压矩阵的形式。并添加不同等级的高斯白噪声验证其抗噪能力,与DensPSPNet深度学习方法作比较。仿真结果表明,EfficientUNet算法可以有效地进行EIT图像重建,重建的电导率分布图像分辨率高、抗噪声能力强、泛化能力好。

关键词：电阻抗成像 EfficientUNet网络图像重建深度学习

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基于电阻抗成像的新型柔性触觉传感器

电子制作 2024年第14期32卷 6-10页

作者：欧阳一剑吴梦涵天津工业大学电子与信息工程学院天津120000

针对机器人触觉传感器设计中,传统阵列传感器中的刚性元件和导线所导致的灵活性和扩展性不良等问题,提出一种基于电阻抗成像理论的柔性触觉传感器,设计一种便携式EIT系统。本传感器由导电橡胶和水凝胶制成,通过EIT系统对电极施加激励信... 详细信息

针对机器人触觉传感器设计中,传统阵列传感器中的刚性元件和导线所导致的灵活性和扩展性不良等问题,提出一种基于电阻抗成像理论的柔性触觉传感器,设计一种便携式EIT系统。本传感器由导电橡胶和水凝胶制成,通过EIT系统对电极施加激励信号采集材料边界电压,利用差分放大电路、数模转换电路进行采集信号处理,运用共轭梯度算法实现图像重建,最终得到触摸力与电导率的相对变化之间信息。实验结果表明,所设计系统在不使用内部电极的情况下实现7.3±4.2mm的单点位置检测误差,可以有效地检测触摸面积和触摸点中心位置,并反映出触摸力度和材料电导率变化之间的定量关系。

关键词：电阻抗成像柔性触觉传感器数据采集机器触觉

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电阻抗成像技术在肺功能检测的研究进展

机械制造与自动化 2024年第1期53卷 1-9页

作者：李志伟于瑶吴阳段冀州刘凯姚佳烽南京航空航天大学机电学院江苏南京210016 南京特殊教育师范学院江苏南京210038

电阻抗成像技术(EIT)通过对电极施加安全的交流激励电流信号,测量其余电极对的电压信号,借助重构图像算法,利用采集到的电压数据重构肺部阻抗分布情况。EIT技术具有实时、无创、便携的特点,能够动态监测肺部功能,有利于辅助肺疾病的诊... 详细信息

电阻抗成像技术(EIT)通过对电极施加安全的交流激励电流信号,测量其余电极对的电压信号,借助重构图像算法,利用采集到的电压数据重构肺部阻抗分布情况。EIT技术具有实时、无创、便携的特点,能够动态监测肺部功能,有利于辅助肺疾病的诊断和治疗。概括了肺功能EIT技术的发展历程与原理,并对EIT硬件系统、图像重建算法和临床应用的研究进展进行了总结和分析;对肺功能EIT技术发展方向和趋势进行探讨与展望。

关键词：电阻抗成像硬件系统图像重建算法临床应用发展趋势

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