專利名稱：用于軟場(chǎng)重構(gòu)的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文中公開的主題一般涉及數(shù)據(jù)重構(gòu)系統(tǒng)和方法，更具體地涉及特別是在多材料對(duì)象的軟場(chǎng)重構(gòu)中估計(jì)感興趣區(qū)域的特性的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
軟場(chǎng)層析成像，諸如電阻抗層析成像(EIT)、擴(kuò)散光層析成像、彈性圖成像以及相關(guān)的方式，可以被用來測(cè)量對(duì)象的內(nèi)部特性，例如包括對(duì)象內(nèi)部結(jié)構(gòu)的材料的電特性。例如，在EIT系統(tǒng)中，對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的電導(dǎo)率的分布作出估計(jì)。這樣的EIT系統(tǒng)基于在區(qū)域或體積表面或附近得到的施加的激勵(lì)(例如電流)和測(cè)得的響應(yīng)(例如電壓)來重構(gòu)區(qū)域或體積內(nèi)的材料的電導(dǎo)率和/或電容率。然后可以形成估計(jì)值的可視分布。在軟場(chǎng)層析成像中，傳統(tǒng)的重構(gòu)算法能夠求出對(duì)象內(nèi)的阻抗分布而無需使用任何·先前的信息?？墒?，這類重構(gòu)過程由于收斂到某個(gè)解所需的迭代而在計(jì)算上是密集的。因而，用于這些傳統(tǒng)算法的重構(gòu)過程可能非常費(fèi)時(shí)并且需要高速電子裝置和處理器。因此，如果需要快速測(cè)量，例如對(duì)于多材料對(duì)象(比如通過管道的氣體流)的實(shí)時(shí)可視化，傳統(tǒng)重構(gòu)算法表現(xiàn)不令人滿意。再者，傳統(tǒng)重構(gòu)算法不能適應(yīng)對(duì)象的真實(shí)阻抗分布中的高反差。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，提供一種用于軟場(chǎng)層析成像重構(gòu)的方法。該方法包括對(duì)被激勵(lì)對(duì)象使用多個(gè)換能器來獲得施加的輸入和測(cè)得的輸出信息；以及基于施加的輸入和測(cè)得的輸出信息形成導(dǎo)納矩陣。該方法還包括使用導(dǎo)納矩陣確定多個(gè)矩，并且使用多個(gè)矩計(jì)算被激勵(lì)對(duì)象的特性分布。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式，提供一種用于軟場(chǎng)層析成像重構(gòu)的方法。該方法包括對(duì)被激勵(lì)對(duì)象使用多個(gè)換能器來獲得施加的輸入和測(cè)得的輸出信息；以及使用施加的輸入和測(cè)得的輸出信息來進(jìn)行對(duì)稱分量變換(SCT)迭代重構(gòu)。該方法還包括基于SCT迭代重構(gòu)來確定被激勵(lì)對(duì)象的特性分布。根據(jù)又一個(gè)實(shí)施方式，提供一種軟場(chǎng)層析成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括配置成用于安置在對(duì)象表面附近的多個(gè)換能器；以及耦合到多個(gè)換能器的一個(gè)或多個(gè)激勵(lì)驅(qū)動(dòng)器，激勵(lì)驅(qū)動(dòng)器配置成為多個(gè)換能器產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)。軟場(chǎng)層析成像系統(tǒng)還包括耦合到多個(gè)換能器的一個(gè)或多個(gè)響應(yīng)檢測(cè)器，響應(yīng)檢測(cè)器配置成測(cè)量對(duì)象在多個(gè)換能器上對(duì)激勵(lì)的響應(yīng)，該激勵(lì)是多個(gè)換能器基于激勵(lì)信號(hào)來施加的。軟場(chǎng)層析成像系統(tǒng)還包括軟場(chǎng)重構(gòu)模塊，軟場(chǎng)重構(gòu)模塊配置成采用從導(dǎo)納矩陣重構(gòu)過程中確定的多個(gè)矩，基于激勵(lì)信號(hào)和測(cè)得的響應(yīng)來重構(gòu)對(duì)象的特性分布。


參考附圖閱讀下面的非限制性實(shí)施方式的描述，將更好地理解目前公開的主題，其中以下
圖I為說明根據(jù)各種實(shí)施方式形成的軟場(chǎng)層析成像系統(tǒng)的簡(jiǎn)化框圖。圖2為根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的換能器配置的透視圖。圖3為說明特性分布的重構(gòu)的簡(jiǎn)圖。圖4為說明根據(jù)各種實(shí)施方式的軟場(chǎng)層析成像信息流程的框圖。圖5為說明根據(jù)各種實(shí)施方式的導(dǎo)納確定流程的框圖。圖6為根據(jù)各種實(shí)施方式采用對(duì)稱分量進(jìn)行軟場(chǎng)重構(gòu)的方法的流程圖。圖7為示出根據(jù)各種實(shí)施方式計(jì)算的慣性矩的值的表格。圖8為根據(jù)其它各種實(shí)施方式采用對(duì)稱分量進(jìn)行軟場(chǎng)重構(gòu)的方法的流程圖?！?br> 圖9為根據(jù)各種實(shí)施方式用于極坐標(biāo)求逆過程的網(wǎng)格(grid)的圖示。圖10為說明根據(jù)各種實(shí)施方式的極坐標(biāo)網(wǎng)格求逆過程的示意圖。圖11為根據(jù)各種實(shí)施方式用于執(zhí)行對(duì)稱分量變換(SCT)迭代重構(gòu)的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式上述概要以及下面的某些實(shí)施方式的詳細(xì)描述，在結(jié)合附圖解讀時(shí)能夠獲得更好的理解。在

各種實(shí)施方式的功能塊的圖示的程度上，功能塊不一定指示硬件電路之間的分割。因而，例如，一個(gè)或多個(gè)功能塊(例如處理器，控制器，電路或存儲(chǔ)器)可以在單片硬件或多片硬件中實(shí)現(xiàn)。應(yīng)當(dāng)理解，各種實(shí)施方式并不局限于圖中所示的安排、組件/元件互連和手段。如本文所用的，以單數(shù)記載并且以單詞“一(a) ”或“一個(gè)(an) ”修飾的模塊或步驟應(yīng)理解為不排除多個(gè)所述元件或步驟，除非明確指出排除這種情況。此外，提及“一個(gè)實(shí)施方式”不應(yīng)被解釋為排除了也結(jié)合所記載特征的附加實(shí)施方式的存在。此外，除非明確指出相反的情況，“包括”或“含有”具有特定特性的模塊或多個(gè)模塊的實(shí)施方式可以包括不具有該特性的附加的這種模塊。各種實(shí)施方式提供了用于特別是多材料對(duì)象的軟場(chǎng)層析成像的系統(tǒng)和方法，其中使用對(duì)稱分量來估計(jì)多材料對(duì)象的特性，例如流動(dòng)氣體的特性。各種實(shí)施方式提供了在確定的矩上迭代(而不是在測(cè)得的電流上迭代)的方法。各種實(shí)施方式的至少一個(gè)技術(shù)效果是提高了準(zhǔn)確性和多材料對(duì)象的特性的可視化速度。例如，在工業(yè)應(yīng)用中，通過實(shí)踐至少一個(gè)實(shí)施方式，可迅速地(例如當(dāng)氣體流動(dòng)時(shí)實(shí)時(shí)地)提供管道內(nèi)流動(dòng)的氣體分布的重構(gòu)可視表示。應(yīng)當(dāng)指出，本文所用的“軟場(chǎng)層析成像”通常指的是并非“硬場(chǎng)層析成像”的層析成像方法的任何斷層或多維擴(kuò)展。軟場(chǎng)層析成像系統(tǒng)20的一個(gè)實(shí)施方式如圖I所示。例如，軟場(chǎng)層析成像系統(tǒng)20可以是電阻抗層析成像(EIT)系統(tǒng)，用于確定對(duì)象22、特別是多材料對(duì)象(如圖2中所示)內(nèi)的材料的電特性。在一個(gè)實(shí)施方式中，可確定對(duì)象22或其它區(qū)域或體積內(nèi)部的電導(dǎo)率(σ)和/或電容率(ε)的空間分布。例如，軟場(chǎng)層析成像系統(tǒng)20提供EIT以用于對(duì)象22內(nèi)的多相流測(cè)量，例如管道內(nèi)流動(dòng)的石油中的氣體或油的特性或體積流速的可視化。在圖示的實(shí)施方式中，系統(tǒng)20包括多個(gè)換能器24 (例如電極)，它們被設(shè)置在對(duì)象內(nèi)，例如環(huán)繞管道42的內(nèi)周間隔排列，并且如圖2所示與流動(dòng)介質(zhì)接觸。在一個(gè)實(shí)施方式中，換能器24的多個(gè)環(huán)40沿著內(nèi)部長(zhǎng)度安放，例如軸向間隔開管道42的距離D (例如一米)。例如，換能器24(例如電極，熱源，超聲換能器)可以被安放在管道42的內(nèi)周的表面上，臨近表面或者從管道42外側(cè)穿透表面至管道42內(nèi)部(例如針式電極)。因此，換能器24可以采取不同形式，諸如表面接觸式電極、對(duì)峙電極、電容耦合電極和傳導(dǎo)線圈(比如天線)等。根據(jù)各種實(shí)施方式，間隔開的環(huán)40可形成多相流量計(jì)，以便例如(基于管道42中的氣體和油的可視化)確定在管道42中有多少氣體，以及基于(在管道42中的兩個(gè)位置的)環(huán)40之間的差分測(cè)量來確定流速，例如通過執(zhí)行互相關(guān)來進(jìn)行。因而，根據(jù)各種實(shí)施方式，在每個(gè)環(huán)40上執(zhí)行重構(gòu)。因此，可提供管道42中的氣體特性分布或氣流確定的體積可視化，以便確定流過的氣體和油的量。應(yīng)當(dāng)指出，軟場(chǎng)層析成像系統(tǒng)20可以是其它類型的系統(tǒng)。例如，軟場(chǎng)層析成像系統(tǒng)20可以是擴(kuò)散光層析成像(DOT)系統(tǒng)，近紅外光譜學(xué)(NIRS)系統(tǒng)，熱像圖成像系統(tǒng)，彈性圖成像系統(tǒng)或微波層析成像系統(tǒng)等。
激勵(lì)驅(qū)動(dòng)器26和響應(yīng)檢測(cè)器28與換能器24耦合，它們均連接到軟場(chǎng)重構(gòu)模塊30。軟場(chǎng)重構(gòu)模塊30可以是任何類型的處理器或計(jì)算裝置，其至少部分基于從換能器24收到的響應(yīng)進(jìn)行軟場(chǎng)重構(gòu)，如本文更詳細(xì)描述的那樣。例如，軟場(chǎng)重構(gòu)模塊30可以是硬件、軟件或其組合。在一個(gè)實(shí)施方式中，激勵(lì)驅(qū)動(dòng)器26和響應(yīng)檢測(cè)器28為物理上分離的裝置。在其它實(shí)施方式中，激勵(lì)驅(qū)動(dòng)器26和相應(yīng)檢測(cè)器28被物理上集成為一個(gè)單元?？刂破?3也被提供并且發(fā)送指令到激勵(lì)驅(qū)動(dòng)器26，激勵(lì)驅(qū)動(dòng)器26基于指令來驅(qū)動(dòng)換能器24。應(yīng)當(dāng)指出，可以與所有換能器24或換能器24的子集相關(guān)地提供激勵(lì)驅(qū)動(dòng)器26。還應(yīng)當(dāng)指出，可使用不同類型的激勵(lì)以獲取用于各種實(shí)施方式的重構(gòu)過程中的特性分布數(shù)據(jù)。例如，電、磁、光、熱或超聲激勵(lì)等可以與各種實(shí)施方式結(jié)合使用。在這些不同的實(shí)施方式中，換能器24可以與對(duì)象22以不同方式耦合，并且不必直接接觸或只在對(duì)象22的內(nèi)表面(例如電耦合，電容耦合，電流耦合等)。在一些實(shí)施方式中，在各種各樣的應(yīng)用中，可使用軟場(chǎng)層析成像系統(tǒng)20以產(chǎn)生電阻抗分布的可視表示，諸如用于確定包括油和水(或其它流體或氣體，例如石油)的混合流體流中的材料特性，或者用于地下陸地區(qū)域的土壤分析和路基檢查等。然而，所述實(shí)施方式還可應(yīng)用于其它應(yīng)用，例如在對(duì)象22是人體部分，諸如頭部、胸部或腿部的情況下，其中空氣和組織具有不同的電導(dǎo)率。在各種實(shí)施方式中，換能器24由任何適合的材料制成。例如，使用的換能器24的類型可基于具體應(yīng)用，使得對(duì)于具體應(yīng)用，使用相應(yīng)的換能器類型(例如電極，線圈等)來產(chǎn)生軟場(chǎng)激勵(lì)(例如電磁(EM)場(chǎng))并接收對(duì)象22對(duì)激勵(lì)的響應(yīng)。在一些實(shí)施方式中，可使用導(dǎo)電材料以產(chǎn)生電流。例如，換能器24可以由一種或多種金屬(諸如銅、金、鉬、鋼、銀和它們的合金)制成。用來制成換能器24的其它示范性材料包括導(dǎo)電的非金屬，例如結(jié)合微電路使用的基于硅的材料。在一個(gè)實(shí)施方式中，其中對(duì)象22是氣體或流體流經(jīng)的管道42，換能器24被制成能耐受液體的。此外，換能器24可以被制成不同的形狀和/或尺寸，例如，桿形、平板形或針形的結(jié)構(gòu)。應(yīng)當(dāng)指出，在一些實(shí)施方式中，換能器24彼此間絕緣。在其它實(shí)施方式中，換能器24能夠被安放為與對(duì)象22直接歐姆接觸，或者與對(duì)象22電容耦合。在操作中，換能器24或換能器24的子集可以被用于傳送信號(hào)(例如傳輸或調(diào)制信號(hào))，例如，持續(xù)地傳輸電流或者傳輸時(shí)變信號(hào)，使得可在某個(gè)時(shí)間頻率范圍(例如IkHz至1MHz)上施加激勵(lì)以在對(duì)象22內(nèi)產(chǎn)生EM場(chǎng)。在EIT應(yīng)用中，所得到的表面電位(也就是換能器24上的電壓)被測(cè)量，以便使用本文所述的重構(gòu)方法來確定電導(dǎo)率或電容率分布。例如，可視分布可以基于換能器24的幾何、施加的電流和測(cè)得的電壓來重構(gòu)。因此，在各種實(shí)施方式中，激勵(lì)驅(qū)動(dòng)器26向每一個(gè)換能器24施加激勵(lì)，響應(yīng)檢測(cè)器28測(cè)量在每個(gè)換能器24 (可通過復(fù)用器來復(fù)用)上響應(yīng)于施加在換能器24上的激勵(lì)的響應(yīng)。應(yīng)當(dāng)指出，可以提供任何類型的激勵(lì)，例如電流、電壓、磁場(chǎng)、射頻波、熱場(chǎng)、光信號(hào)、機(jī)械變形和超聲信號(hào)等。例如，在EIT應(yīng)用中，如圖3所示，執(zhí)行軟場(chǎng)重構(gòu)以識(shí)別對(duì)象22中的感興趣區(qū)域32。如圖所示，響應(yīng)檢測(cè)器28 (如圖I所示)測(cè)量在換能器24上響應(yīng)于激勵(lì)驅(qū)動(dòng)器26 (如圖I所示)向換能器24施加的電流(或電壓)的響應(yīng)電壓(或響應(yīng)電流)。應(yīng)當(dāng)指出，響應(yīng)檢測(cè)器28還可以包括一個(gè)或多個(gè)模擬信號(hào)調(diào)節(jié)元件(未顯示)，它對(duì)所測(cè)得的響應(yīng)電壓或電流進(jìn)行放大和/或?yàn)V波。在其它實(shí)施方式中，軟場(chǎng)層析成像系統(tǒng)20的處理器包括信號(hào)調(diào)節(jié)元件，用于對(duì)從響應(yīng)檢測(cè)器28接收到的響應(yīng)電壓或響應(yīng)電流·進(jìn)行放大和/或?yàn)V波。軟場(chǎng)重構(gòu)模塊30由此計(jì)算對(duì)象22對(duì)于所施加的激勵(lì)的響應(yīng)。因此，可使用軟場(chǎng)層析成像系統(tǒng)20來重構(gòu)特性分布或流可視化。在各種實(shí)施方式中，軟場(chǎng)層析成像系統(tǒng)20采用對(duì)稱(也稱為對(duì)稱的)分量方法。例如，在圖4中示出EIT信息流程48，它使用對(duì)稱分量方法利用確定的矩來重構(gòu)。特別是，從計(jì)算裝置52從基于激勵(lì)的一個(gè)或多個(gè)矩陣(例如預(yù)先計(jì)算的矩陣)形成的導(dǎo)納圖50用于預(yù)測(cè)提供給軟場(chǎng)重構(gòu)模塊30的電壓(預(yù)測(cè)數(shù)據(jù))。應(yīng)當(dāng)指出，在一些實(shí)施方式中，可選地使用導(dǎo)納圖。通過軟場(chǎng)層析成像儀器54向?qū)ο?2施加激勵(lì)(如圖I至3所示)，儀器54可包括換能器24和其他激勵(lì)和測(cè)量部件，測(cè)得的電壓(測(cè)得的數(shù)據(jù))也提供給軟場(chǎng)重構(gòu)模塊30。然后，軟場(chǎng)重構(gòu)模塊30采用各種實(shí)施方式來執(zhí)行重構(gòu)，以產(chǎn)生特性分布56 (例如，阻抗分布)的估計(jì)，識(shí)別對(duì)象22中的感興趣區(qū)域32，諸如流動(dòng)的液體或氣體中不同材料的含量。應(yīng)當(dāng)指出，各種部件可以是物理上分離的部件或元件，或者可以是組合的。例如，軟場(chǎng)重構(gòu)模塊30可以形成軟場(chǎng)層析成像系統(tǒng)20的一部分(如圖I所示)。應(yīng)用各種實(shí)施方式，不需要使用先驗(yàn)信息(且不需要使用正演模型)，提供軟場(chǎng)重構(gòu)以便確定阻抗分布。例如，在一個(gè)實(shí)施方式中，可以如圖5的導(dǎo)納確定流程60中所示進(jìn)行阻抗或?qū)Ъ{確定。導(dǎo)納確定包括在62由軟場(chǎng)層析成像儀器54使用施加的輸入(例如激勵(lì))和測(cè)得的輸出(例如響應(yīng))作為輸入來構(gòu)建導(dǎo)納矩陣64 (或阻抗矩陣)，該矩陣分別定義導(dǎo)納圖50或阻抗圖(如圖4所示)，本文將更詳細(xì)地描述。導(dǎo)納矩陣64包括如下的與矩(例如EM矩)有關(guān)的導(dǎo)納元素Ys = f (M)公式 IY|,q = fpjq(Mp,q) = fp,q JJo(x,y)(x+2dxdj公式 2其中b是將Ys與矩相關(guān)的系數(shù)，并且可以基于建模或模擬等來預(yù)先計(jì)算。應(yīng)當(dāng)指出，在各種實(shí)施方式中，σ =。*。因此，如本文中所用的，各種實(shí)施方式中的電導(dǎo)率包括以下三種電特性電導(dǎo)率(σ)，磁導(dǎo)率(μ)和電容率(ε ) 0因此，在各種實(shí)施方式中，本文中使用的各種公式包括σ，μ和ε的影響或以它們表示的因子。矩量矩陣可進(jìn)一步定義如下
M = Sfj=^ o= (ShS)_!ShM公式 3s = // (x+iy)p_2 (x~iy) r2dxdy公式 4其中S是結(jié)構(gòu)矩陣，它可以例如基于軟場(chǎng)層析成像儀器54的幾何信息(如圖4所示)來預(yù)先計(jì)算，σ是待確定的電導(dǎo)率，(ShS)-1Sh是結(jié)構(gòu)矩陣的偽逆矩陣(例如多行逆矩陣)，Μ是矩量矩陣。因此，在一個(gè)實(shí)施方式中，使用上述公式將實(shí)驗(yàn)測(cè)得的矩相關(guān)以估計(jì)電導(dǎo)率分布。應(yīng)當(dāng)指出，如本文使用的，符號(hào)“ σ ”既表示某一點(diǎn)的電導(dǎo)率，也表示電導(dǎo)率矢量。因此,導(dǎo)納值⑴可用于確定關(guān)于分布的信息，包括如66和68所不的分布的物理信息和幾何信息，在這里分別一般地表示為Y=I- (VhV)' Vh和Ys = Ytransformed = P. Y. Q-1。在一個(gè)實(shí)施方式中，P = Q =離散傅里葉變換(DFT)矩陣C。因此，在這個(gè)實(shí)施方式中，Ys =C. Y. C—1。然而，應(yīng)當(dāng)指出，任何基于矩陣變換的方法或算法均可使用，并且C僅僅是這里用來描述實(shí)施方式的一個(gè)例子。在這個(gè)實(shí)施方式中，使用對(duì)稱分量變換(SCT)方法將導(dǎo)納矩陣64在70變換為如本文更詳細(xì)描述的變換的導(dǎo)納矩陣，其中Y定義離散矩陣中的分布。應(yīng)當(dāng)指出，可使用除這里描述的之外的不同類型的變換和求逆技術(shù)。因此，SCT方法用于其中P = Q = DFT矩陣C的情況。在一個(gè)實(shí)施方式中，提供使用對(duì)稱分量的軟場(chǎng)重構(gòu)的方法80，如圖6所示。以下將通過對(duì)各種步驟的具體描述來概括描述方法80，其中包括不同的實(shí)現(xiàn)。方法80包括在82施加激勵(lì)信號(hào)和在84測(cè)量響應(yīng)。例如，如本文所述，可以使用多個(gè)換能器向?qū)ο笫┘与娏?，并測(cè)量每個(gè)換能器上的響應(yīng)。應(yīng)當(dāng)指出，在82施加的激勵(lì)信號(hào)可以是例如任何標(biāo)準(zhǔn)正交(orthonormal)信號(hào)。隨后，在86使用施加的激勵(lì)信號(hào)和測(cè)得的響應(yīng)來重構(gòu)導(dǎo)納矩陣。例如，導(dǎo)納矩陣可以定義在多個(gè)換能器中的每一個(gè)上施加的和測(cè)得的信號(hào)的值。然后在88，使用自左乘和自右乘過程來變換導(dǎo)納矩陣，例如，使用傅里葉變換矩陣來求逆。應(yīng)當(dāng)指出，假定對(duì)象中的分布是均勻的，并且網(wǎng)孔(mesh)由例如方形元素、矩形元素或扇形等等形成。于是，可以在分析上定義網(wǎng)格。然而，應(yīng)當(dāng)指出，如本文更詳細(xì)描述的，可以使用基于形狀的方法代替基于網(wǎng)格的方法。 然后，通過變換的矩陣定義的計(jì)算出的矩在90用于迭代計(jì)算過程，以估計(jì)例如對(duì)象內(nèi)的電導(dǎo)率(σ )，從而重構(gòu)對(duì)象內(nèi)、比如多材料對(duì)象內(nèi)的分布。例如，可以確定計(jì)算出的矩的差，并且對(duì)估計(jì)出的σ進(jìn)行更新，直至達(dá)到收斂(在預(yù)先確定的水平內(nèi))。然后，所使用的網(wǎng)孔可在92被細(xì)化。例如，可以選擇用于網(wǎng)孔細(xì)化的區(qū)域，并且基于先前確定的有界的異常或不同材料在分析上計(jì)算細(xì)化的網(wǎng)孔。接著在94，在細(xì)化的網(wǎng)孔上進(jìn)了迭代計(jì)算過程。在一個(gè)實(shí)施方式中，現(xiàn)在特別關(guān)于在86的導(dǎo)納矩陣的構(gòu)建，與電導(dǎo)率的極矩對(duì)應(yīng)的矩陣的每個(gè)Ys元素通過下面一組公式來定義yAp^I) = )’) {x + iy)1^1 (X 一 iy)r2dx dy
O.、JJ (x + iyy~2{x~-iyr2dxdy.. σ。>> σ _。一
權(quán)利要求
1.一種用于軟場(chǎng)層析成像重構(gòu)的方法，所述方法包括 對(duì)于被激勵(lì)對(duì)象使用多個(gè)換能器來獲得施加的輸入和測(cè)得的輸出信息； 基于所述施加的輸入和測(cè)得的輸出信息來形成導(dǎo)納矩陣； 使用所述導(dǎo)納矩陣來確定多個(gè)矩；以及 使用所述多個(gè)矩來計(jì)算所述被激勵(lì)對(duì)象的特性分布。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，還包括迭代地比較所確定的多個(gè)矩與所計(jì)算的多個(gè)實(shí)驗(yàn)性的矩，從而計(jì)算所述特性分布的估計(jì)。
3.如權(quán)利要求I所述的方法，還包括變換所述導(dǎo)納矩陣，并且使用所變換的導(dǎo)納矩陣來確定所述多個(gè)矩。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，還包括把傅立葉變換矩陣用于所述變換。
5.如權(quán)利要求I所述的方法，還包括使用基于形狀的重構(gòu)來計(jì)算所述特性分布。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述基于形狀的重構(gòu)使用從矩形和圓形元素其中之一形成的網(wǎng)孔。
7.如權(quán)利要求I所述的方法，還包括使用基于網(wǎng)格的重構(gòu)來計(jì)算所述特性分布。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，還包括自適應(yīng)地細(xì)化用于所述基于網(wǎng)格的重構(gòu)的網(wǎng)格網(wǎng)孔。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，還包括對(duì)于所細(xì)化的網(wǎng)格網(wǎng)孔，迭代地比較所確定的多個(gè)矩與所計(jì)算的多個(gè)實(shí)驗(yàn)性的矩，從而計(jì)算所述特性分布的估計(jì)。
10.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述基于網(wǎng)格的重構(gòu)包括求逆到極坐標(biāo)網(wǎng)格或笛卡爾網(wǎng)格其中之一。
11.如權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述被激勵(lì)對(duì)象是管道，并且所述多個(gè)換能器形成沿著所述管道的內(nèi)周的多個(gè)環(huán)，所述多個(gè)環(huán)沿著所述管道軸向間隔開。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，計(jì)算所述特性分布包括計(jì)算所述管道內(nèi)流動(dòng)的氣體的特性分布。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，還包括采用在所述多個(gè)環(huán)的軟場(chǎng)重構(gòu)來計(jì)算所述管道內(nèi)流動(dòng)的氣體的速度。
14.如權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述特性分布是在電阻抗層析成像(EIT)、擴(kuò)散光層析成像(DOT)、近紅外光譜學(xué)(MRS)、熱像圖成像、彈性圖成像或者微波層析成像其中之一中確定的分布。
15.如權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述特性分布包括電導(dǎo)率、電容率、磁導(dǎo)率、吸光率、光散射率、光反射率、彈性或熱導(dǎo)率中的一個(gè)或多個(gè)的分布。
16.一種用于軟場(chǎng)層析成像重構(gòu)的方法，所述方法包括 對(duì)于被激勵(lì)對(duì)象使用多個(gè)換能器來獲得施加的輸入和測(cè)得的輸出信息； 使用所述施加的輸入和測(cè)得的輸出信息來進(jìn)行對(duì)稱分量變換(SCT)迭代重構(gòu)；以及 基于SCT迭代重構(gòu)來確定所述被激勵(lì)對(duì)象的特性分布。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述SCT迭代重構(gòu)包括空間頻率重構(gòu)。
18.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述被激勵(lì)對(duì)象是管道，并且所述多個(gè)換能器形成沿著所述管道的內(nèi)周的多個(gè)環(huán)，所述多個(gè)環(huán)沿著所述管道軸向間隔開，并且其中，確定所述特性分布包括確定所述管道內(nèi)流動(dòng)的氣體的分布。
19.一種軟場(chǎng)層析成像系統(tǒng)，包括 配置成用于安置在對(duì)象表面附近的多個(gè)換能器； 一個(gè)或多個(gè)激勵(lì)驅(qū)動(dòng)器，所述激勵(lì)驅(qū)動(dòng)器耦合到所述多個(gè)換能器，并且配置成為所述多個(gè)換能器產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)； 一個(gè)或多個(gè)響應(yīng)檢測(cè)器，所述響應(yīng)檢測(cè)器耦合到所述多個(gè)換能器，并且配置成測(cè)量所述對(duì)象在所述多個(gè)換能器上對(duì)激勵(lì)的響應(yīng)，所述激勵(lì)是所述多個(gè)換能器基于所述激勵(lì)信號(hào)來施加的；以及 軟場(chǎng)重構(gòu)模塊，所述軟場(chǎng)重構(gòu)模塊配置成采用從導(dǎo)納矩陣重構(gòu)過程中確定的多個(gè)矩，基于所述激勵(lì)信號(hào)和測(cè)得的響應(yīng)來重構(gòu)所述對(duì)象的特性分布。
20.如權(quán)利要求19所述的軟場(chǎng)層析成像系統(tǒng)，其中，所述對(duì)象是管道，并且所述多個(gè)換能器形成沿著所述管道的內(nèi)周的多個(gè)環(huán)，所述多個(gè)環(huán)沿著所述管道軸向間隔開，并且其中，所述軟場(chǎng)重構(gòu)模塊還配置成計(jì)算所述管道內(nèi)流動(dòng)的氣體的特性分布。
全文摘要
提供一種用于軟場(chǎng)重構(gòu)的系統(tǒng)和方法。一種方法包括對(duì)于被激勵(lì)對(duì)象使用多個(gè)換能器來獲得施加的輸入和測(cè)得的輸出信息，并基于施加的輸入和測(cè)得的輸出信息形成導(dǎo)納矩陣。該方法還包括使用導(dǎo)納矩陣來確定多個(gè)矩，以及使用多個(gè)矩計(jì)算被激勵(lì)對(duì)象的特性分布。
文檔編號(hào)G01N29/02GK102944643SQ201210325670
公開日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2012年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月30日
發(fā)明者R·V·V·L·蘭戈朱, W·巴蘇, M·庫馬科伊蒂塔米塔爾, S·馬哈林加姆 申請(qǐng)人:通用電氣公司