电阻抗成像正问题数值计算方法的研究

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电阻抗成像(EIT)技术是一种功能成像技术,具有重要的研究意义和应用前景。它通过配置于成像物体表面的电极阵列,外加一个安全电流,然后测量由此电流产生的边界上的电位差,进而重构并显示出与成像物体生理、病理状态相关的电特性信息,可望给出结构及功能性图像结果。近年来国内外对EIT的研究极为活跃,已经取得了明显的进展。 本论文对电阻抗成像正问题的数值计算方法进行研究,具体应用边界元法(BEM)和有限元法(FEM)。 本文首先对EIT的成像原理以及研究概况进行了综述,对EIT 正问题的数值计算方法进行了分析。重点研究了边界元法。在对边界元法理论研究的基础上,推导了EIT 正问题边界元法的边界积分方程和离散积分形式,得出边界积分方程的线性方程组。针对三维均匀单位球模型和三维均匀圆柱模型进行了仿真实验,并将三维均匀单位球模型的BEM数值解与解析解进行了对比。结果表明,本文的边界元法达到了理想的精度,证明了算法在EIT 正问题求解中的正确性和有效性。进一步,推导了分层均匀多媒质场的BEM公式,针对动脉血管,建立了三维圆柱边界元模型,并进行了仿真计算,得到了与理论分析相一致的结果。最后,研究了EIT 正问题求解的有限元法。推导了EIT 正问题的FEM 求解公式,对等价变分问题、离散化过程、单元分析、总体装配进行了研究,得到整体系统方程。对于三维血管圆柱模型,采用四面体单元对场域进行剖分,得到了理想的结果。
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