In electrical impedance tomography (EIT), we use boundary current and voltage measurements to provide the information about the cross-sectional distribution of electrical impedance or resistivity One of the major problems in EIT has been the inaccessibility of internal voltage or current data in finding the internal impedance values. We propose a new image reconstruction method using internal current density data measured by NMR. We obtained a two-dimensional current density distribution within a phantom by processing the real and imaginary MR images from a 4.7T NMR machine. We implemented a resistivity image reconstruction algorithm using the finite element method and sensitivity matrix. We presented computer simulation results of the image reconstruction algorithm and furture direction of the research.
유한영상면에 수직으로 세운 굵은 선형안테나 임피이던스특성이 해석되고 측정되었다. 측정에는 정방형과 도형도체영상면이 이용되었고 주파수는 고정시키고 안테나 길이를 변화시켰다. 급전점과 안테나간의 연결점에서 발생될 수 있고 단말현상에 대하여도 논하였다. 비교적 큰 정방형영상면상의 안테나 임피이던스 측정치와 이론치가 거의 일치한다. 또한 작은 도형영상면상의 안테나 임피이던스는 무한대영상면상의 굵은 안테나 임피이던스 특성과 비슷하다.
In electrical impedance tomography (EIT) an array of electrodes is attached on the boundary of an object and small alternating currents are injected through these electrodes, and then the resulting voltages are measured. An estimation for the cross-sectional resistivity distribution in the object is obtained by using these current and voltage data in a nondestructive manner. In this paper, the electrical impedance imaging of two-phase flows undergoing rapid transient is considered with a special emphasis on the effect of the current pattern on the image reconstruction. The trigonometric current pattern, which is commonly used in the conventional static electrical impedance imaging, shows poor performance in case of the dynamic imaging considered in this work. Extensive numerical experiments are conducted with various kinds of current patterns and their effects on the image reconstruction performance are examined.
We have developed an efficient and robust image reconstruction algorithm for static impedance imaging. This improved Newton-Raphson method produced more accurate images by reducing the undesirable effects of the ill-conditioned Hessian matrix. We found that our electrical impedance tomography (EIT) system could produce two-dimensional static images from a physical phantom with 7% spatial resolution at the center and 5% at the periphery. Static EIT image reconstruction requires a large amount of computation. In order to overcome the limitations on reducing the computation time by algorithmic approaches, we implemented the improved Newton-Raphson algorithm on a parallel computer system and showed that the parallel computation could reduce the computation time from hours to minutes.
Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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제18권2호
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pp.167-180
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2014
In this paper we consider a novel reconstruction method in electrical impedance tomography (EIT) and its application for monitoring and detecting a hydrargyrum (mercury) polluted soil near to the surface of underground. We use electrodes placed on the surface of land to collect the data which provides the relations of voltage and current map and to produce a projected image of interior conductivity distribution onto the surface of land. Here the projected image reconstruction method is used to monitor the pollution in soil underneath the ground without any destruction and any digging into a land.
Kim, Ho-Chan;Boo, Chang-Jin;Lee, Yoon-Joon;Kang, Chang-Ik
KIEE International Transactions on Electrophysics and Applications
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제4C권3호
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pp.123-128
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2004
In electrical impedance tomography (EIT), the internal resistivity distribution of the unknown object is computed using the boundary voltage data induced by different current patterns using various reconstruction algorithms. This paper presents a new image reconstruction algorithm based on the genetic algorithm (GA) via a two-step approach for the solution of the EIT inverse problem, in particular for the reconstruction of "static" images. The computer simulation for the 32 channels synthetic data shows that the spatial resolution of reconstructed images in the proposed scheme is improved compared to that of the modified Newton-Raphson algorithm at the expense of an increased computational burden.rden.
In electrical impedance tomography(EIT), various image reconstruction algorithms have been used in order to compute the internal resistivity distribution of the unknown object with its electric potential data at the boundary. Mathematically the EIT image reconstruction algorithm is a nonlinear ill-posed inverse problem. This paper presents a simulated annealing technique as a statistical reconstruction algorithm for the solution of the static EIT inverse problem. Computer simulations with the 32 channels synthetic data show that the spatial resolution of reconstructed images by the proposed scheme is improved as compared to that of the mNR algorithm or genetic algorithm at the expense of increased computational burden.
Two impedance imaging systems of multi-frequency electrical impedance tomography (MFEIT) and magnetic resonance electrical impedance tomography (MREIT) are described. MFEIT utilizes boundary measurements of current-voltage data at multiple frequencies to reconstruct cross-sectional images of a complex conductivity distribution (${\sigma}+i{\omega}{\varepsilon}$) inside the human body. The inverse problem in MFEIT is ill-posed due to the nonlinearity and low sensitivity between the boundary measurement and the complex conductivity. In MFEIT, we therefore focus on time- and frequency-difference imaging with a low spatial resolution and high temporal resolution. Multi-frequency time- and frequency-difference images in the frequency range of 10 Hz to 500 kHz are presented. In MREIT, we use an MRI scanner to measure an internal distribution of induced magnetic flux density subject to an injection current. This internal information enables us to reconstruct cross-sectional images of an internal conductivity distribution with a high spatial resolution. Conductivity image of a postmortem canine brain is presented and it shows a clear contrast between gray and white matters. Clinical applications for imaging the brain, breast, thorax, abdomen, and others are briefly discussed.
전기 임피던스 단층촬영법(electrical impedance tomography, EIT)은 미지의 내부 저항률 분포를 갖는 물체 주위에 특수하게 제작된 전극을 여러 개 배치하고 적절하게 설계된 전류를 주입하여 이에 따른 인가전압을 물체 경계에서 측정한 후 이를 근거로 EIT의 영상복원 알고리즘에서 물체 내부의 미지의 저항률 분포를 재구성하는 기술이다. 전기 임피던스 단층촬영법의 영상복원 과정은 비선형 방정식으로 기술되며, 그 해석적인 해를 구하기가 매우 어려우므로 수치적인 방법으로 근사해를 구한다. 본 논문에서는 EIT 영상복원 방법으로 동시 인자변환 확률적 근사화(simultaneous perturbation stochastic approximation, SPSA) 방법을 제안한다. SPSA 방법을 이용한 EIT 영상복원의 성능을 컴퓨터시뮬레이션을 통해 살펴보고 기존의 mNR 방법에 의해 얻어진 결과와 비교 분석하도록 한다.
Magnetic resonance electrical impedance tomography (MREIT) is a new medical imaging modality providing cross-sectional images of a conductivity distribution inside an electrically conducting object. MREIT has rapidly progressed in its theory, algorithm and experimental technique and now reached the stage of in vivo animal and human experiments. Conductivity image reconstructions in MREIT require various steps of carefully implemented numerical computations. To facilitate MREIT research, there is a pressing need for an MREIT software package with an efficient user interface. In this paper, we present an example of such a software, called CoReHA which stands for conductivity reconstructor using harmonic algorithms. It offers various computational tools including preprocessing of MREIT data, identification of boundary geometry, electrode modeling, meshing and implementation of the finite element method. Conductivity image reconstruction methods based on the harmonic $B_z$ algorithm are used to produce cross-sectional conductivity images. After summarizing basics of MREIT theory and experimental method, we describe technical details of each data processing task for conductivity image reconstructions. We pay attention to pitfalls and cautions in their numerical implementations. The presented software will be useful to researchers in the field of MREIT for simulation as well as experimental studies.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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