發(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明涉及斷層攝影設(shè)備和相應(yīng)的斷層攝影方法，并且具體但不唯一地涉及用于產(chǎn)生諸如流體、固體、氣體或其組合的流動混合物(即混合相樣本)的流動樣本的斷層圖像的設(shè)備和方法。

發(fā)明背景

已知各種各樣的斷層攝影設(shè)備和方法，包括基于電阻抗斷層攝影(eit)和電阻斷層攝影(ert)的系統(tǒng)。還已知的是，使用這種設(shè)備和方法以用于生成基本上靜止的樣本的斷層圖像(例如，樣本的橫截面的電導(dǎo)率分布)，并且還用于移動樣本，例如使得諸如液體、固體、氣體或其任何組合或混合物的樣本在管或其它導(dǎo)管中流動。在這種應(yīng)用中，電極陣列通常布置在容納樣本的體積的周界周圍，使得每個電極與樣本電接觸。該設(shè)備然后包括測量裝置，測量裝置適于對樣本執(zhí)行一組測量，每個測量包括使用一對電極使電流通過樣本，并測量跨一對不同的電極產(chǎn)生的合成電壓。通常，電極數(shù)量越多以及使用這些電極進行的不同測量的數(shù)量越多，可以從測量中計算出的斷層圖像的分辨率越高。該設(shè)備通常包括處理裝置，處理裝置適于根據(jù)整套測量結(jié)果計算作為由電極圍繞的橫截面上的位置的函數(shù)的表示樣本電導(dǎo)率的斷層圖像。該設(shè)備還可以包括適于顯示所計算的斷層圖像的顯示裝置。斷層圖像可以包括多個像素。用于從測量結(jié)果/數(shù)據(jù)生成斷層圖像的數(shù)學(xué)/處理技術(shù)在現(xiàn)有技術(shù)中是眾所周知的，并且對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員將是明顯的。

在某些已知的斷層攝影設(shè)備中，16個電極等間隔地圍繞含有樣本的體積的圓形周界，并且測量裝置適于使用所謂的“相鄰對”技術(shù)進行一組測量。在相鄰對的方法中，每個測量包括使用一對相鄰電極使電流通過樣本，并且測量跨不同的相鄰電極對產(chǎn)生的合成電壓。已知的是，數(shù)據(jù)組包括16個電極的陣列的104個這樣的測量值，其中該組包括8個子組(或者可替代地包括16個子組-見下文)，每個子組使用不同的相鄰電極對來使電流通過樣本，并且沒有電極用于多于一對的激勵/電流驅(qū)動對。然后，在每個子組中，通過所選擇的相鄰電極對驅(qū)動電流通過樣本，使用剩余電極的全套不同相鄰對(即，除了被選擇以驅(qū)動電流的對之外的電極)來進行13個不同電壓測量。例如，在第一子組中，可以使用電極1和電極2來驅(qū)動電流通過樣本。然后，在電極3和電極4、電極4和電極5、電極5和電極6等之間進行電壓測量，直到電極15和電極16之間的最終電壓測量。因此，在該子組中用于驅(qū)動電流的電極1和電極2不用于任何相應(yīng)的電壓測量，從而避免與電極到樣本的阻抗相關(guān)的任何問題。此外，已知從16個電極的陣列獲得的初始數(shù)據(jù)組包括16個子組，其具有最初進行的總共256個測量。然后，通過去除從與電流注入相關(guān)的電極獲得的那些測量和作為基于電阻抗測量中的互易理論的相互相同的測量，只有104個測量可以用作獨立的測量。這些由n＝(ne-3)ne/2或104＝(16-3)16/2(其中ne是電極的數(shù)量)確定。

雖然從使用16個電極的組進行的104個測量或甚至更大數(shù)量的測量獲取斷層圖像的這種已知技術(shù)能夠產(chǎn)生具有有用分辨率的斷層圖像，但將認識到的是，產(chǎn)生斷層圖像所需的處理量是大的。這對所需的處理設(shè)備提出了很高的要求，并且通常，當(dāng)然地，對于給定的處理能力，要被執(zhí)行以產(chǎn)生斷層圖像的測量數(shù)量和導(dǎo)致的處理操作越多，產(chǎn)生斷層圖像所花費的時間就越長。

發(fā)明概述

本發(fā)明的某些實施例的目的是至少部分地克服與現(xiàn)有技術(shù)有關(guān)的問題的至少一個。

本發(fā)明的某些實施例的目的是提供斷層攝影設(shè)備和相應(yīng)的方法，其能夠從比現(xiàn)有技術(shù)更少的測量和/或通過比現(xiàn)有技術(shù)更少的處理操作產(chǎn)生比現(xiàn)有技術(shù)更好的、與現(xiàn)有技術(shù)相同的或與現(xiàn)有技術(shù)可比較的分辨率的斷層圖像。

本發(fā)明的某些實施例旨在提供斷層攝影設(shè)備，該斷層攝影設(shè)備快速地產(chǎn)生高分辨率斷層圖像并且特別用于對流動樣本(例如混合相樣本)成像。

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種斷層攝影設(shè)備，包括：

多個電極，其圍繞用于容納液體或混合相樣本的樣本體積的橫截面的周界布置，每個電極被布置成與容納在樣本體積中的樣本電接觸(換句話說，每個電極包括被布置成與樣本體積中的樣本電接觸的相應(yīng)接觸表面)；

測量裝置，其適于執(zhí)行一組測量，每個測量包括在第一相應(yīng)的一對相鄰的所述電極之間驅(qū)動電流，并且測量跨第二相應(yīng)的一對相鄰的所述電極產(chǎn)生的電壓；以及

處理裝置，其適于根據(jù)所述一組測量生成指示所述橫截面上的樣本電導(dǎo)率的斷層圖像，

其特征在于，處理裝置被布置成根據(jù)所述一組測量計算所述橫截面的一部分的樣本電導(dǎo)率值，并且使用對稱假設(shè)從所述部分的所述計算的樣本電導(dǎo)率值生成所述斷層圖像。

在某些實施例中，多個電極圍繞所述周界不對稱地(或不均勻地)分布。

在某些實施例中，所述部分是所述橫截面的一半，并且對稱假設(shè)是另一半上的樣本電導(dǎo)率鏡像所述一半。

在某些實施例中，該設(shè)備還包括圓柱形管，該圓柱形管的縱軸被布置成水平，被布置成容納流動的樣本，樣本體積是管的內(nèi)部體積，并且所述橫截面是管內(nèi)部在垂直于縱軸的豎直平面上的圓形橫截面。

在某些實施例中，所述部分是從橫截面的中心延伸到周界的徑向部分，并且對稱假設(shè)是所述橫截面上的樣本電導(dǎo)率僅為半徑的函數(shù)。

在某些實施例中，該設(shè)備還包括圓柱形管，該圓柱形管的縱軸被布置成豎直，被布置成容納流動的樣本，樣本體積是管的內(nèi)部體積，并且所述橫截面是管內(nèi)部在水平平面上的圓形橫截面。

在某些實施例中，所述多個電極由8個電極組成，所述周界是圓形的，并且所述8個電極中的6個圍繞周界的一半分布，所述8個電極的其余2個圍繞周界的另一半分布。

在某些實施例中，所述多個電極圍繞所述周界均勻地分布。

在某些實施例中，所述部分跨橫截面從周界的一側(cè)延伸到周界的相對側(cè)，并且包括橫截面的中心。

在某些實施例中，所述部分是在直徑上跨橫截面延伸的帶。

在某些實施例中，所述部分由多行像素組成，每行跨橫截面延伸，并且行彼此平行。

在某些實施例中，所述部分由沿著橫截面的直徑、跨橫截面延伸的單行像素組成。

在某些實施例中，該設(shè)備還包括圓柱形管，該圓柱形管的縱軸被布置成豎直，被布置成容納流動的樣本，樣本體積是管的內(nèi)部體積，并且所述橫截面是管內(nèi)部在水平平面上的圓形橫截面。

在某些實施例中，對稱假設(shè)是所述橫截面上的樣本電導(dǎo)率僅為半徑的函數(shù)。

在某些實施例中，所述周界是圓形的，并且所述一組測量包括(或者可替代地由以下項組成)第一子組和第二子組，第一測量子組中的每一個包括在相應(yīng)的相鄰電極對之間驅(qū)動電流并且測量跨直徑上相對的電極對產(chǎn)生的電壓(即，對于該第一組的每個測量，電流驅(qū)動/激勵電極對與電壓測量電極對在直徑上相對)，并且第二測量子組中的每一個包括在相應(yīng)的相鄰電極對之間驅(qū)動電流并測量跨沿著圓形周界的相應(yīng)弦的相對的相應(yīng)電極對產(chǎn)生的電壓(即，對于第二子組中的每一個，電流驅(qū)動電極對和電壓測量電極對通常是在圓形周界的相應(yīng)弦的相對端處)，其中測量的第二子組的弦彼此平行。

在某些實施例中，該測量組由第一子組、第二子組和第三子組組成，其中，第三子組包括多個測量，其使用在至少基本上垂直于第二子組的弦的方向上跨周界延伸的弦的相對端處的相應(yīng)電極對。

在某些實施例中，第三子組還包括多個測量，其使用跨周界延伸的其他弦的相對端處的相應(yīng)的電極對。

在某些實施例中，所述其他弦是短弦，每個短弦具有不大于圓形橫截面半徑的長度。

在某些實施例中，其他弦的每個在既不平行于第二子組的弦也不垂直于第二子組的弦的方向上延伸。

在某些實施例中，多個電極由16個電極組成，第一子組由8個測量組成，第二子組由6個測量組成，以及第三子組由6個測量組成。

在某些實施例中，處理裝置適于使用反投影算法根據(jù)所述一組測量計算橫截面的所述部分的所述樣本電導(dǎo)率值。

在某些實施例中，所述一組測量由不超過50個測量組成。

在某些實施例中，所述一組測量由不超過20個測量組成。

在某些實施例中，該設(shè)備還包括圍繞樣本體積的第二橫截面的周界布置的第二多個電極，第二多個電極的每個電極被布置成與容納在樣本體積中的樣本電接觸，其中測量裝置適于執(zhí)行第二組測量，第二組測量中的每個包括在所述第二多個電極的第一相應(yīng)的相鄰對之間驅(qū)動電流，并且測量跨所述第二多個電極的第二相應(yīng)的相鄰對產(chǎn)生的電壓，該處理裝置適于根據(jù)所述第二組測量生成表示所述第二橫截面上的樣本電導(dǎo)率的第二斷層圖像，并且處理裝置還被布置成根據(jù)所述第二組測量計算所述第二橫截面的一部分的樣本電導(dǎo)率值，并使用對稱假設(shè)根據(jù)第二橫截面的所述部分的計算的樣本電導(dǎo)率值生成所述第二斷層圖像。

本發(fā)明的第二方面提供了斷層攝影設(shè)備，包括：

多個電極，其圍繞用于容納液體或混合相樣本的樣本體積的橫截面的周界布置，每個電極被布置成與容納在樣本體積中的樣本電接觸；

測量裝置，其適于執(zhí)行一組測量，每個測量包括在所述電極的第一相應(yīng)的相鄰對之間驅(qū)動電流，并且測量跨所述電極的第二相應(yīng)的相鄰對產(chǎn)生的電壓；以及

處理裝置，其適于根據(jù)所述一組測量生成指示所述橫截面的一部分上的樣本電導(dǎo)率的斷層圖像，

其特征在于，該測量組由不超過50個測量組成。

如上所述，第一方面的實施例的特征可被并入在該第二方面的實施例中，具有相應(yīng)的優(yōu)點。

例如，在某些實施例中，所述部分是以下中的一個：所述橫截面的一半；從橫截面的中心延伸到周界的徑向部分；以及跨橫截面在直徑上延伸的帶。

在某些實施例中，多個電極由16個電極組成，并且該測量組由不超過40個測量組成。在某些實施例中，該測量組由不超過20個測量組成。

電極和/或測量組的布置可被選擇，以便在感興趣的樣本橫截面的部分中提供相對高的分辨率。在導(dǎo)管中的樣本流動(例如，通過導(dǎo)管的孔)具有一定程度的對稱性的應(yīng)用中，電極和/或使用電極的測量組的布置可被選擇以對橫截面的一部分進行成像，該橫截面的一部分給出了跨整個橫截面的電導(dǎo)率分布的良好指示。因此，遵循本說明書中公開的原理，可以在不需要與現(xiàn)有技術(shù)一樣多的測量和/或電極的情況下產(chǎn)生高分辨率斷層圖像。

另一方面提供了流測量或監(jiān)控設(shè)備，其包括根據(jù)上述方面和實施例中的任一個的斷層攝影設(shè)備。

另一方面(其也可以結(jié)合如上所述的一個或多個特征，具有相應(yīng)的優(yōu)點)提供了一種斷層攝影方法，包括：

圍繞用于容納液體或混合相樣本的樣本體積的橫截面的周界布置多個電極，每個電極被布置成與容納在樣本體積中的樣本電接觸；

執(zhí)行一組測量，每個測量包括在所述電極的第一相應(yīng)的相鄰對之間驅(qū)動電流，并且測量跨所述電極的第二相應(yīng)的相鄰對產(chǎn)生的電壓；以及

根據(jù)所述一組測量生成指示所述橫截面上的樣本電導(dǎo)率的斷層圖像，

其特征在于，該方法還包括根據(jù)所述一組測量計算所述橫截面的一部分的樣本電導(dǎo)率值，并且使用對稱假設(shè)根據(jù)所述部分的所述計算的樣本電導(dǎo)率值生成所述斷層圖像。

另一方面(其也可以結(jié)合如上所述的一個或多個特征，具有相應(yīng)的優(yōu)點)提供了一種斷層攝影方法，包括：

圍繞用于容納液體或混合相樣本的樣本體積的橫截面的周界布置多個電極，每個電極被布置成與容納在樣本體積中的樣本電接觸；

執(zhí)行一組測量，每個測量包括在所述電極的第一相應(yīng)的相鄰對之間驅(qū)動電流，并且測量跨所述電極的第二相應(yīng)的相鄰對產(chǎn)生的電壓；以及

根據(jù)所述一組測量生成指示所述橫截面的一部分上的樣本電導(dǎo)率的斷層圖像，

其中，所述一組測量由不超過50個測量組成。

另一方面提供了一種流測量方法，其包括使用根據(jù)上述方面和實施例中的任一個的斷層攝影方法，以生成指示流動樣本的橫截面的至少一部分上的樣本電導(dǎo)率的斷層圖像。

本發(fā)明的其它方面和實施例及其相關(guān)聯(lián)的特征和優(yōu)點從以下描述和所附附錄中將是明顯的。

附圖簡述

現(xiàn)在將參照附圖描述本發(fā)明的實施例，在附圖中：

圖1是實施本發(fā)明的斷層攝影設(shè)備的示意圖；

圖2是實施本發(fā)明的流測量設(shè)備的示意圖；

圖3圖示了小體模(phantom)中圓柱形物體的物理位置，(a)：x軸鏡像；(b)：中心二次鏡像；以及(c)：pi重復(fù)；

圖4圖示了可以在本發(fā)明的實施例中使用的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)和電極布置，其中(a)：asi-a；(b)：asi-b；(c)：asi-c；

圖5圖示了本發(fā)明的實施例中的兩組傳感器陣列在豎直管道上的物理位置；

圖6圖示了在實施例中的基于576個節(jié)點的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的8個非對稱電極的所選定的分布；

圖7圖示了兩個平均策略，其示出了用于在實施例中生成分布圖的元件；

圖8示出了通過常規(guī)的8個電極和16個電極以及3種不同的asi布置的小體模中的圓柱形物體的3種不同定位的scg生成的斷層圖像，(a)：小體模中的圓柱形物體的定位；(b)：常規(guī)的8個電極的斷層圖像；(c)：常規(guī)的16個電極的斷層圖像；(d)：asi-a的斷層圖像；(e)：asi-b的斷層圖像；(f)：asi-c的斷層圖像；

圖9示出了所選定的asi、常規(guī)的8個電極和16個電極的氣泡流的濃度和速度分布；

圖10示出了所選定的asi、常規(guī)的8個電極和16個電極的段塞流的濃度和速度分布；

圖11圖示了開發(fā)的管道流中的對稱特征；

圖12圖示了在某些實施例中使用的pilm感測策略，(a)具有8個投影的旋轉(zhuǎn)，(b)與6個投影并行以及(c)與6個投影互補，(d)總體投影，(e)高敏感區(qū)域，(f)實際的靈敏度分布；

圖13圖示了實施本發(fā)明的一個部分成像技術(shù)中使用的像素；

圖14示出了本發(fā)明的實施例中的成像結(jié)果；

圖15圖示了在本發(fā)明的實施例中用于成像的一組像素；

圖16圖示了本發(fā)明的實施例中的測試結(jié)果；以及

圖17圖示了實施本發(fā)明的eit系統(tǒng)。

優(yōu)選實施方案的詳細描述

現(xiàn)在參考圖1，這示出了實施本發(fā)明的斷層攝影設(shè)備。該設(shè)備包括圍繞含樣本的體積v的周界布置的電極e1-e16的陣列。在該實施例中，周界一般為圓形(例如，電極可以圍繞諸如管的圓形的含樣本的容器或?qū)Ч艿膱A周布置)，盡管在其它實施例中，周界可以具有不同的形狀(例如電的、正方形、矩形或任何其他形狀)。另外，在該實施例中，電極等間隔地圍繞周界，但是在另一方面，在替代實施例中，圍繞樣本體積的周界的電極的分布可能不均勻。該設(shè)備還包括測量裝置2(其例如可以采取測量設(shè)備、一個或多個測量模塊或一個或多個測量單元的形式)。測量裝置適于執(zhí)行一組測量以用于對樣本橫截面的電導(dǎo)率進行成像，每個測量包括使用一對相鄰電極來使電流通過樣本，并且使用不同的電極對來測量產(chǎn)生的合成電壓。在該實施例中，代替用16個電極進行一組104個測量，測量裝置適于進行縮減的、更小的一組測量?？s減的測量組被選擇以使得設(shè)備的處理裝置3能夠計算斷層圖像，該斷層圖像具有大于、等于或相當(dāng)于僅在樣本橫截面的所選定的部分上可從一組104個測量產(chǎn)生的斷層圖像的分辨率的分辨率。該設(shè)備還包括顯示裝置4，顯示裝置4適于顯示由處理裝置生成的斷層圖像(將認識到，在某些實施例中，處理裝置可以包括處理器或多于一個的處理器)。

在該實施例中，由測量裝置進行的“縮減的”測量組由3個子組組成。第一子組由8個測量組成，每個測量使用不同的所選擇的4個電極，并且使用所選擇的一對相鄰電極來驅(qū)動電流通過樣本并且使用在橫截面/周界上的在直徑上相對的相鄰電極對來測量合成電壓。因此，在某些實施例中，該第一子組可以包括：第一測量，其中電極1和電極2用于驅(qū)動電流并且在電極9和電極10之間測量電壓；第二測量，其中電極3和電極4用于驅(qū)動電流并跨電極11和電極12測量電壓；第三測量，其中電極4和電極5用于驅(qū)動電流并跨電極12和電極13測量電壓；以及其他，直到第八測量，其中電極15和電極16用于驅(qū)動電流并且跨電極7和電極8測量電壓。在替代實施例中，該第一組可以包括8個測量，其中第一測量由使用電極1和電極2來驅(qū)動電流并使用電極9和電極10來測量電壓組成，第二測量使用電極2和電極3來驅(qū)動電流并使用電極10和電極11來測量電壓等，直到最后的第八測量，其中電極8和電極9用于驅(qū)動電流，并且使用電極16和電極1來測量電壓。因此，該第一測量子組可以被描述為具有8個投影的一組旋轉(zhuǎn)或?qū)蔷€測量。在該實施例中，第二組測量由6個測量組成，其通?？梢员幻枋鰹榫哂?個投影的平行測量，每個測量使用跨圓形橫截面的相應(yīng)弦的相對端處的兩個相應(yīng)的相鄰電極對，且6個弦彼此平行。在某些示例中，該第二子組由以下測量組成：第一測量，其使用電極2和電極3來驅(qū)動電流并測量電極15和電極16之間的電壓；第二測量，其使用電極3和電極4來驅(qū)動電流并測量電極14和電極15之間的電壓；第三測量，其使用電極4和電極5來驅(qū)動電流并測量電極13和電極14之間的電壓；第四測量，其使用電極5和電極6來驅(qū)動電流并測量跨電極12和電極13的電壓；第五測量，其使用電極6和電極7來驅(qū)動電流并測量電極11和電極12之間的電壓；以及第六測量，其使用電極7和電極8來驅(qū)動電流并測量電極10和電極11之間的電壓。在替代實施例中，這組6個測量可以可替代地在連續(xù)測量中使用以下的電極對來驅(qū)動電流：2和3；3和4；4和5；5和6；6和7；以及7和8。在該第一實施例中，第三測量子組由6個測量組成：第一測量，其使用電極1和電極2來驅(qū)動電流并測量電極8和電極9之間的電壓；第二測量，其使用電極9和電極10來驅(qū)動電流并測量電極16和電極1之間的電壓；第三測量，其使用電極10和電極11來驅(qū)動電流并測量電極8和電極9之間的電壓；第四測量，其使用電極7和電極8來驅(qū)動電流并測量電極9和電極10之間的電壓；第五測量，其使用電極15和電極16來驅(qū)動電流并測量電極1和電極2之間的電壓；以及第六測量，其使用電極2和電極3來驅(qū)動電流并測量電極1和電極16之間的電壓。在該第三組中，每個測量使用在圓形周界的相應(yīng)弦的相對端處的兩對電極。弦組包括兩個大致交叉、橫向或垂直于第二組弦的弦以及四個相對短的弦，每個相對短的弦具有不大于橫截面的半徑的長度并大致橫向于在該第三組中使用的兩個長弦。因此，在該第一實施例和相關(guān)實施例中，用于生成樣本橫截面的斷層圖像的測量組僅由20個測量組成，該測量組由以下項組成：大致上對角線或旋轉(zhuǎn)測量的第一組；跨樣本體積的大致上平行測量的第二組；以及第三子組，其由垂直于第二子組的那些測量的兩個大致平行的測量以及在樣本橫截面的邊緣處的4個大致上橫向的測量組成。處理裝置適于根據(jù)該縮減的測量組生成樣本橫截面的中心帶的斷層圖像，其中該帶中的斷層圖像的分辨率與使用現(xiàn)有技術(shù)的相鄰對技術(shù)和全套的104個測量產(chǎn)生的整個橫截面的斷層圖像的分辨率相當(dāng)。因此，與現(xiàn)有技術(shù)相比，該設(shè)備能夠以減少的處理更快速地在感興趣的區(qū)域中產(chǎn)生高分辨率斷層圖像。

現(xiàn)在參考圖2，這示出了流測量設(shè)備，該流測量設(shè)備實施本發(fā)明并包括也實施本發(fā)明的斷層攝影設(shè)備。該流測量設(shè)備包括導(dǎo)管4，導(dǎo)管4也可以被描述為管、管子或其它大致為圓柱形的含樣本的實體，該導(dǎo)管4的內(nèi)部限定了含樣本的體積v，樣本可被布置成通過該體積v流動。在該示例中，樣本被布置成按照由箭頭大致上所指示的方向向上流動，即導(dǎo)管4的縱軸被布置成基本上豎直的。該設(shè)備包括第一電極陣列1a和第二電極陣列1b，每個電極陣列被連接到測量裝置2。測量裝置2適于使用第一電極陣列和第二電極陣列中的每一個來進行相應(yīng)的測量組，并且處理裝置適于根據(jù)第一電極陣列和第二電極陣列的兩個不同位置處的橫截面計算/生成指示流動樣本的至少一個參數(shù)的斷層圖像。換句話說，第一陣列1a的電極布置在大致垂直于樣本流的第一平面中，并且第二陣列1b的電極布置在大致平行于第一平面的第二平面上。因此，該設(shè)備適于對在兩個平面中的每個平面處的樣本流的至少一個方位進行成像。與現(xiàn)有技術(shù)相比，測量裝置適于進行用于斷層圖像生成的縮減的測量組，并且因此，處理裝置能夠比通過現(xiàn)有技術(shù)更快地生成指示兩個不同平面處的樣本橫截面的斷層圖像。

從以下的描述和相關(guān)聯(lián)的注釋的小節(jié)將認識到本發(fā)明的實施例的其它方面和優(yōu)點。

說明小節(jié)1

該小節(jié)涉及不對稱感測和成像對標(biāo)量和矢量的斷層圖像的影響。

概述

電阻抗斷層攝影(eit)應(yīng)用的感測陣列中的電極的數(shù)量和位置在達到特定的流程應(yīng)用的時間和空間的要求方面起著至關(guān)重要的作用。比較利用8電極陣列傳感器的eit的性能，利用16電極陣列傳感器的eit提供更精確的斷層圖像，但代價為減慢數(shù)據(jù)采集的速度。另一方面，開發(fā)的多相向上管道流的一個重要特征是流型(regime)可被假設(shè)為在所研究的管的橫截面上徑向?qū)ΨQ，這意味著如果可獲取管道的橫截面的半圓形上的或甚至沿著管道的橫截面的半徑的斷層圖像，則可以通過鏡像和/或?qū)⑺鼈冇成涞秸麄€橫截面來估計整個斷層圖像。本節(jié)提出了一種非對稱感測和成像(asi)方法，并報告了在非對稱分布中的8電極感測陣列是否是可行的以在濃度和速度兩者的測量中達到可接受的空間分辨率。研究了許多不同的電極布置。相鄰電極感測策略用于所有非對稱布置。實驗數(shù)據(jù)是從具有5厘米內(nèi)徑的測試管道中的水中氣(gas-in-water)向上流中獲得的。用基于靈敏度定理的共軛梯度法(scg)來重建電導(dǎo)率圖像，并用互相關(guān)法(aimflow)來計算速度分布。然后，將結(jié)果與用常規(guī)的16電極感測陣列獲得的結(jié)果進行比較。實驗由兩個步驟組成。第一步是通過評估靈敏度圖并比較來自小體模中的預(yù)定位的圓柱形物體的圖像的質(zhì)量來研究8個不對稱電極的最合適的分布。第二步是針對氣-水向上管道流，與由常規(guī)的16電極感測的分布相比，對8個不對稱電極的所選布置在濃度和速度分布方面的性能進行研究。結(jié)果表明，對于體模中的靜態(tài)物體，所提出的方法比常規(guī)的8電極策略產(chǎn)生更好的分辨率，盡管它仍然比常規(guī)的16電極感測策略差。將對asi方法的優(yōu)點和局限性進行討論。

引言

通常，多個電極傳感器(例如，8和16)圍繞處理容器被等間距地定位，這提供了與處理容器內(nèi)的電解質(zhì)的連續(xù)電接觸。給定相鄰策略和電極數(shù)n，獨立測量的最小數(shù)量由n*(n-3)/2(brown，1987)確定，這顯然表明，電極數(shù)量越多，其需要的測量越多，導(dǎo)致更長時間的數(shù)據(jù)采集速度。然而，為了獲得更好的重建圖像分辨率，需要施加更多的電極。在我們的例子中，具有8個電極的v5r系統(tǒng)(jia等人，2010)的數(shù)據(jù)采集速度為每秒1250雙平面(dpfs)，但是在計算多相流的每相的濃度和速度方面的性能比較差。相比之下，具有16個電極的v5r系統(tǒng)的速度太慢(325dpfs)而無法產(chǎn)生多相流的速度分布。

因此，對于尋求達到可接受的感測速度同時為多相流計量提供合理的斷層圖像分辨率而無需硬件成本的代價的傳感器設(shè)計的合格解決方案存在重大需求。

另一方面，豎直管道中穩(wěn)態(tài)向上多相流的一個顯著特征在于其橫截面斷層圖像可以被估計為相對于管道的半徑對稱。換句話說，如果橫截面斷層圖像的一半或者甚至沿管道半徑的區(qū)域是可測量的，則整個斷層圖像可以通過鏡像/映射的方式來實現(xiàn)。根據(jù)這個顯著特征，可以使用不對稱分布的8電極陣列傳感器來代替16電極eit系統(tǒng)，以產(chǎn)生橫截面的半斷層圖像，在這種情況下，感測速度與常規(guī)的8電極eit系統(tǒng)保持相同，而橫截面的半斷層圖像的質(zhì)量可以比常規(guī)的8電極系統(tǒng)更好，甚至與常規(guī)的16電極eit系統(tǒng)的質(zhì)量同等地相似。

本節(jié)研究在多相流的濃度和速度提取方面使用非對稱感測和成像(asi)方法的上述可行性，其具有以下約束/假設(shè)：

·所研究的多相流是在豎直管道中完全開發(fā)的水中氣二相向上流；

·由于該常規(guī)的靈敏度矩陣不適用于asi生成的數(shù)據(jù)，因此scg軟件(wang，2002)被應(yīng)用以產(chǎn)生橫截面斷層圖像；

·aimflow用于產(chǎn)生像素濃度和速度圖，但僅保留有意義的一半以用于進行進一步計算；

·由于可用eit系統(tǒng)的局限性，沿著豎直管道采用了兩種不同的eit系統(tǒng)，以通過asi以及常規(guī)的8電極策略和16電極策略來獲取數(shù)據(jù)。

實驗設(shè)置

實驗的主要目標(biāo)是尋求不對稱分布的8個電極的適當(dāng)布置，該適當(dāng)布置與常規(guī)的對稱布置的8電極系統(tǒng)相比具有改進的空間分辨率，以用于豎直管道向上多相流的可視化和測量。為了實現(xiàn)目標(biāo)，實驗分為兩個步驟：第一步是確定8個非對稱電極的最合格的分布，該分布能夠產(chǎn)生與由常規(guī)的具有8個電極和16個電極的eit系統(tǒng)產(chǎn)生的斷層圖像相比的可接受的斷層圖像；以及第二步是將所選定的asi應(yīng)用于水中氣豎直管道流以評估所提出的asi的性能。

確定asi的合格分布

總的來說，該步驟是通過將asi的斷層圖像與由常規(guī)的8電極系統(tǒng)和16電極系統(tǒng)產(chǎn)生的那些斷層圖像進行比較來評估asi的不同分布的性能，然后為各種管道流的進一步實驗選擇最合適的asi分布。通過將圓柱形物體(具有22mm的直徑)定位在小體模(具有145mm的直徑)中(如圖3所示)并然后用p2+(its，2009)獲取數(shù)據(jù)來進行該步驟中的所有實驗。對于圓柱形物體在體模中的每個不同定位，通過3種不同的感測策略-即常規(guī)的8個電極和16個電極以及具有3種不同分布的asi-獲得3組數(shù)據(jù)。最后，所有數(shù)據(jù)由scg軟件處理，其中參數(shù)為841節(jié)點的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，重建步長＝5，rms＝0.0001以及反向迭代次數(shù)＝5。圖4描繪了所應(yīng)用的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)以及3種不同感測策略的電極布置，其用于確定最合適的asi。

對水中氣向上管道流上的所選定的asi的評估

在該步驟中，測試了兩種不同的流型，即氣泡流和段塞流，其中水流速固定為7.4m3/h，以及氣泡流和段塞流的氣體流速分別固定為10l/min和70l/min。對于每個流型，獲得3組數(shù)據(jù)：利用v5r系統(tǒng)的asi、同樣利用v5r系統(tǒng)的常規(guī)的8電極布置以及利用fica系統(tǒng)(wang等人，2005)的常規(guī)的16個電極。傳感器被放置在流動裝備(rig)中，如圖5所示。

在獲取數(shù)據(jù)后，其由scg軟件(具有576個節(jié)點)進行處理，以生成重建的圖像。所選定的asi、常規(guī)的8個電極和16個電極的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)和傳感器分布如圖6所示。然后，重建的圖像由aimflow軟件處理，以產(chǎn)生濃度和速度圖。由于不是所選的asi生成的圖的所有元素都是有用的，所以僅選擇如圖7和表1所指示的有意義的元素，以用于進行進一步處理。如圖7所示，應(yīng)用2種不同的平均策略來獲得分布。

表1用于平均圖以產(chǎn)生分布的元素索引

方程(1)解釋平均策略，其中i是目標(biāo)分布元素的索引，j是表1中定義的網(wǎng)格索引，n是不同平均策略中涉及的網(wǎng)格數(shù)，zi,j是在網(wǎng)格(i,j)處的濃度/速度的值。

實驗結(jié)果

圖8顯示了從第一組實驗中產(chǎn)生的斷層圖像。對于圓柱形物體的每個分布，用具有相同參數(shù)的scg來重建5個斷層圖像，其由常規(guī)的8個電極、常規(guī)的16個電極和不同的asi(分別為a、b和c)來感測。根據(jù)asi中8個電極的布置，只涉及到相關(guān)斷層圖像的右半部分。該圖描繪了常規(guī)的16個電極產(chǎn)生最高分辨率的斷層圖像，而常規(guī)的8個電極粗略地識別出靜態(tài)物體的位置。在3個asi的斷層圖像中，配置b(圓柱形物體的每個分布的第四個斷層圖像)優(yōu)于常規(guī)的8電極，但仍比常規(guī)的16電極差。因此，選擇asi-b以用于進行對水中氣豎直管道流的進一步的。

基于所選擇的asi-b，針對豎直管道中的氣泡向上流和段塞向上流評估關(guān)于濃度和速度分布的性能。圖9呈現(xiàn)了氣泡流的分布，以及圖10呈現(xiàn)了段塞流的分布，其中上兩個圖表是在aimflow生成的圖的下半部分上平均的分布圖，以及底部的兩個圖表是在aimflow生成的圖的豎直中心區(qū)域的下半部分上平均的分布圖。從圖9可以得出結(jié)論，雖然asi生成的速度分布類似于常規(guī)的8電極的分布，這兩者都比常規(guī)的16電極的分布差，但與常規(guī)的8個電極的分布相比較，asi生成的濃度分布更接近于常規(guī)的16電極的分布。就段塞流而言，如圖10所示，對于濃度和速度兩者的分布，所選的asi的性能優(yōu)于常規(guī)的8電極的性能，盡管其并不比常規(guī)的16電極好。

為了量化asi的性能，應(yīng)用相對誤差，該相對誤差被定義為方程(2)：

其中t是asi或常規(guī)的8電極，xt,i是元素i處的濃度或速度的值，以及x16e,i是由16個電極在元素i處的濃度或速度的值。結(jié)果示于表2和表3中，其中具有粗體數(shù)字的最后一行是所有12個元素的平均相對誤差。

表2顯示，asi和常規(guī)的8電極在氣泡流的速度分布方面產(chǎn)生了非常相似的結(jié)果，并且平均誤差甚至高達43％。然而，asi在氣泡流的濃度分布方面優(yōu)于常規(guī)的8電極。就段塞流而言，asi在速度和濃度方面都產(chǎn)生了比常規(guī)的8電極更好的結(jié)果，并且改善是顯著的，其在表3中示出。

表2通過asi以及常規(guī)8電極和16電極的氣泡流的速度和濃度分布的相對誤差

表3通過asi以及常規(guī)8電極和16電極的段塞流的速度和濃度分布的相對誤差

討論

研究了基于8個電極的非對稱分布的新傳感器配置，以計算水中氣向上管道流的濃度和速度，且我們的研究展示了所提出的方法的性能。與常規(guī)的8個電極相比，新的方法產(chǎn)生了更好的斷層圖像分辨率以及濃度和速度，同時數(shù)據(jù)采集速度保持不變。雖然實驗僅在豎直管道上，但是在水平管道和傾斜管道中發(fā)展的多相流相對于管道的豎直直徑對稱的常見假設(shè)的情況下，通過適當(dāng)定位8個不對稱傳感器，該方法可適用于水平和傾斜的管道流。

然而，還有幾個方面需要進一步的研究。首先，應(yīng)通過模擬靈敏度場并且然后進行靜態(tài)物體的不同定位的實驗來檢查更多的asi配置，以找到最合適的配置。此外，應(yīng)該有值得進一步探索的更合適的平均策略，因為兩種不同的策略產(chǎn)生了不同的相對誤差。此外，提高信噪比將肯定適合于降低噪聲，從而提高實驗精度。另一方面是通過仔細設(shè)計傳感器分布來研究提出的方法對水平管道流和傾斜管道流的可行性。

參考文獻

brown，b.h.和seagar，a.d，(1987)，thesheffielddatacollectionsystem。clinicalphysicsandphysiologicalmeasurement,8(4a):91

its(2009),p2+electricalresistancetomographysystem-user’smanual,speakershouse,39deansgate,manchesterm32ba

jia,j.b.、wang,m.、schlabergh.i.和li,h.,(2010)，anoveltomographicsensingsystemforhighelectricallyconductivemultiphaseflowmeasurement,flowmeasurementandinstrumentation，第21卷，第3期，第184頁-190頁。

wang，m.，(2001)，inversesolutionsforelectricalimpedancetomographybasedonconjugategradientsmethods，measurementscienceandtechnology，13,101，第101頁

wang，m.、ma，y.x、holliday，n.、dai，y.f、williams，r.a、lucas，g.，(2005)，ahigh-performanceeitsystem，sensorsjournal，ieee，第5卷，第2期，289-299頁。

對小節(jié)1的評論

現(xiàn)在參考上面的小節(jié)1，該小節(jié)公開了本發(fā)明的其他的實施例和對理解本發(fā)明有用的其他的背景信息。如從引言將認識到，本發(fā)明的某些實施例使用以下假設(shè)：當(dāng)含樣本的體積是具有圓形橫截面的豎直管或?qū)Ч艿膬?nèi)部體積時，如果流向上并處于穩(wěn)態(tài)，則流動樣本的性質(zhì)可被假設(shè)為相對管道的半徑對稱。換句話說，樣本參數(shù)/流動條件可以被假設(shè)僅為半徑的函數(shù)。因此，在本發(fā)明的某些實施例中，進行了使用電極陣列的有限的一組測量，并且處理裝置可以最初計算樣本橫截面的僅一部分的斷層圖像，該部分斷層圖像從橫截面的中心在徑向方向上延伸到橫截面的邊緣。可以使用縮減的一組測量(并因此以高速度)實現(xiàn)了對橫截面的該部分的令人滿意的分辨率，然后該設(shè)備可適于使用樣本性質(zhì)/流動性質(zhì)的假定的對稱性來構(gòu)建全橫截面的斷層圖像。因此，縮減的測量組用于計算樣本橫截面的一部分的斷層圖像數(shù)據(jù)，然后使用對稱假設(shè)，從該“部分斷層圖像”而不是直接從縮減的測量組結(jié)果計算/構(gòu)建完整的斷層圖像。

從小節(jié)1的引言中還將認識到，在含有樣本的體積是具有圓形橫截面(或關(guān)于豎直軸對稱的其它橫截面)的水平管或?qū)Ч艿膬?nèi)部體積的實施例中，用于穩(wěn)態(tài)流的有效假設(shè)然后是樣本性質(zhì)/參數(shù)和/或流動條件在導(dǎo)管中關(guān)于豎直軸對稱。因此，對于在水平管、管子或其它導(dǎo)管中的流動，縮減的一組斷層攝影測量可用于計算樣本/流橫截面的一個豎直半部分的高分辨率斷層圖像，并且可以通過簡單地鏡像這個所計算的一半來構(gòu)建完整的斷層圖像。因此，與現(xiàn)有技術(shù)相比，縮減的測量組可以用在水平流動的樣本上，并且還可以以減少的處理獲得整個橫截面的高分辨率圖像。

圖4示出了本發(fā)明的不同實施例中的三種不同的非對稱電極陣列。與其中8個電極通常圍繞周界被均勻地布置的現(xiàn)有技術(shù)的布置相比，這些陣列中的每一個由圍繞樣本橫截面或含樣本的體積的圓周或周界非對稱布置的8個電極組成。在這些實施例中的每個實施例中，處理裝置被布置成執(zhí)行一組測量，每個測量使用一對相鄰電極來驅(qū)動電流通過樣本并使用不同的一對相鄰電極來測量合成的電壓。

如從上面的小節(jié)1將認識到的，在本發(fā)明的某些實施例中，使用非對稱的電極陣列來執(zhí)行一組測量，然后處理裝置適于計算樣本的整個橫截面的斷層圖像。然后，丟棄該斷層圖像的一半(即，在其中電極陣列和相關(guān)聯(lián)的測量適于僅為樣本橫截面的一半提供相對高的分辨率的實施例中)，并然后可以通過鏡像原始斷層圖像的未被丟棄的一半來構(gòu)建整個橫截面的最終斷層圖像。該技術(shù)適用于豎直流和水平流兩者，其中電極布置和相關(guān)聯(lián)的測量策略適于在水平流的情況下在樣本橫截面的一個豎直半部分中提供更高的分辨率。在適合于對豎直流進行成像的其它實施例中，初始斷層圖像由整個樣本橫截面構(gòu)建，然后除了與橫截面的電極布置和測量組為其提供最高分辨率的區(qū)域?qū)?yīng)的徑向帶之外，該初始斷層圖像的所有其它部分都被丟棄。然后可以從保留的帶構(gòu)建最終斷層圖像，使得最終斷層圖像也具有所選擇的帶的分辨率。

在小節(jié)1的圖7和表1中，被描述為紫色的分布元素號1對應(yīng)于圖7中的外圈，且分布元素號12(金色)是內(nèi)圈(即在橫截面的中心處)。

說明小節(jié)2

該小節(jié)涉及使用有限測量的部分成像的方法。

概述

已經(jīng)發(fā)明了通過特別布置的激勵和測量位置的新的感測策略，其僅使用20個測量，但是在成像區(qū)域的部分處提供與使用104個獨立測量的相鄰電極對感測策略的分辨率類似的空間分辨率，因此稱為使用有限測量的部分成像(pilm)。因此，預(yù)期在不降低使用pilm的成像空間分辨率的情況下可以大大提高數(shù)據(jù)捕獲速度。

描述

pilm感測策略

在使用互相關(guān)方法(cc)中，具有足夠的數(shù)據(jù)捕獲速率以接近速度測量所需的準(zhǔn)確度是基本和必要的要求。已知鑒別誤差被表達為評估在使用eit中的準(zhǔn)確度。

κ＝δ/2τ(1)

其中，τ是流通過雙平面?zhèn)鞲衅魉璧臅r間。

如果雙平面?zhèn)鞲衅鞯膬蓚€感測平面之間的距離為0.05m且流速為10ms-1，則τ＝0.05m/10ms-1＝0.05s。對于0.05或5％的鑒別精度，δ＝0.0005s，需要每秒2000雙幀(dfps)的速度。為了區(qū)分油和氣之間的滑移速度，例如，預(yù)期以1％的高準(zhǔn)確度或更好的鑒別誤差，其對應(yīng)于大約10000dfps的數(shù)據(jù)捕獲速率。這對當(dāng)前系統(tǒng)來說顯然是具有挑戰(zhàn)性的。提高現(xiàn)有系統(tǒng)的數(shù)據(jù)速率的替代方法是減少每個傳感器的電極數(shù)量，例如，從16減到8。然而，來自8電極傳感器的空間分辨率被顯著減小，這不能滿足用于使流型成像的要求。

新方法基于16電極傳感器，其中電極圍繞容器或管的內(nèi)壁等距布置。發(fā)明了通過特別布置的激勵和測量位置的新的感測策略，其可以僅使用非常有限的測量來在成像區(qū)域的部分處保持與16電極傳感器的性能類似的空間分辨率，所以稱為使用有限測量的部分成像(pilm)。因此，期望的是，可以大大提高數(shù)據(jù)捕獲速度。

作為開發(fā)的管道多相流測量的具體示例，流動特性(例如，分散相濃度和速度分布)可以被假設(shè)為徑向?qū)ΨQ(以豎直布局的管道)或中心豎直平面對稱(以水平布局的管道)。為了結(jié)合這兩種情況，可以表示管道流的主要特征的必要和最小的成像區(qū)域是沿中心豎直平面的像素行，如下所指示。

新的感測策略由三組激勵和測量組成，如圖12中給出的旋轉(zhuǎn)投影、平行投影和互補投影，其分別涉及總共20個投影中的8個投影、6個投影和6個投影。如與圖12中的每個矩形條的兩個端子相鄰的電極對所示，通過向一對電極施加電流并測量來自另一對電極的電壓來執(zhí)行每個投影?；诨ヒ锥ɡ?，不需要相互投影(激勵和測量)?？傮w投影和預(yù)期的高靈敏區(qū)域分別在圖12(d)和圖12(e)中示出。

pilm成像重建

考慮到在線流測量，靈敏度反投影算法(方程1中的sbp)被用于快速成像。在pilm成像中只涉及非常有限的像素。例如圖13中感興趣的域中的給定像素，計算出來自總共80個像素上的20個投影的靈敏度分布，其給出了1600個靈敏度系數(shù)。

其中，s是靈敏度矩陣，n＝80，m＝20，n＝1,2，...n，以及m＝1,2，...m。

初步測試結(jié)果

在圖14中給出了具有兩個低導(dǎo)電物體的模擬設(shè)置的性能圖示。圖14(a)是由相鄰電極對法感測并用sbp重建的兩個物體，并且圖14(b)是圖像(a)的一部分。圖14(c)是由pilm感測并用sbp重建的兩個物體。

對小節(jié)2的評論

現(xiàn)在參考上面的小節(jié)2，這描述了對于理解本發(fā)明有用的本發(fā)明的其他實施例和其他背景信息。圖12圖示了在實施本發(fā)明的某些斷層攝影設(shè)備和方法中的縮減的測量組。選擇縮減的測量組以使得處理裝置能夠在跨樣本橫截面的中心(即，大致上對角線)的帶上產(chǎn)生高分辨率斷層圖像，并且如本說明書中其他地方所討論的，可以使用適當(dāng)?shù)膶ΨQ假設(shè)來使用高分辨率的帶，從而以與該帶相同的分辨率構(gòu)建整個橫截面的斷層圖像。如從圖12中可以看出，該測量組由旋轉(zhuǎn)/對角線測量的第一子組、“平行”測量的第二子組和第三測量子組組成。在第一子組中，16個電極的陣列的只有一半可用于驅(qū)動電流(例如，其中測量使用電極1和電極2，然后是電極2和電極3，然后電極3和電極4等，以用于驅(qū)動電流)或全部電極可以用于驅(qū)動電流(在這種情況下，第一測量將使用電極1和電極2，第二測量將使用電極3和電極4，第三測量將使用電極5和電極6，等等，以用于驅(qū)動電流)。在每個測量中，在相應(yīng)的與驅(qū)動對在直徑上相對的電極對處測量電壓。在第二子組中，所有電流驅(qū)動電極可以從陣列橫截面的一半中選擇(例如，使用電極2和電極3，然后使用電極3和電極4，然后使用電極4和電極5，然后使用電極5和電極6，然后使用電極6和電極7，然后使用電極7和電極8，以驅(qū)動電流)，或者在替代實施例中，驅(qū)動的電極對的位置可以從陣列的一側(cè)交替到另一側(cè)(例如，第一測量可以使用電極2和電極3來驅(qū)動電流，然后第二測量可以使用電極14和電極15來驅(qū)動電流，第三測量可以使用電極4和電極5來驅(qū)動電流，等等)。在每種情況下，測量的電壓是在與電極5和電極13之間延伸的線大致平行的方向上跨與驅(qū)動對相對的一對電極產(chǎn)生的電壓。第三測量子組包括通常橫向于第二子組的“平行”測量的兩個測量以及隨后的通常在樣本橫截面的邊緣處的4個測量。圖12d示出了在該實施例中使用的全套20個測量，以及圖12e示出了樣本橫截面的中心帶或一部分，在該中心帶或一部分處20個測量的縮減組產(chǎn)生最高的準(zhǔn)確度和分辨率。該區(qū)域可以包括80個像素，以每行20個像素的4行。用于從小節(jié)2中描述的20個測量的組中獲取這些80個像素中的每一個的樣本電導(dǎo)率的合適方法對于現(xiàn)有技術(shù)的技術(shù)人員、本說明書的內(nèi)容以及在該說明書中引用的參考文獻將是明顯的，該參考文獻中的每個的內(nèi)容通過引用并入本文。

一般來說，在使用簡單的反投影算法中，通過m×n＝m進行矩陣乘法，其中m是像素數(shù)，n是邊界測量的數(shù)量，以及m是所得到的像素電導(dǎo)率。使用本說明書中描述的pilm技術(shù)，n從104(對于應(yīng)用于16個電極的陣列的常規(guī)的相鄰電極方案)下降到20，m以相同的像素分辨率從316下降到80，而m是在域中與m相同的像素數(shù)。n＝20有利于硬件構(gòu)造和數(shù)據(jù)采集速度。在小節(jié)2中描述的示例中，m為80，但是在某些替代實施例中，m甚至可能沿著直徑剛好下降至20，而不損失分辨率。換句話說，在某些實施例中，可以使用縮減的測量組來計算僅沿著樣本橫截面的直徑延伸的單行像素中的每一個的樣本電導(dǎo)率。然后可以使用該計算的像素行，假設(shè)在豎直流的情況下，樣本參數(shù)和流動性質(zhì)僅為半徑的函數(shù)，從而構(gòu)建整個樣本橫截面的相對高的分辨率的斷層圖像。

說明小節(jié)3

該小節(jié)還涉及使用有限測量的部分成像的方法。

背景

對互相關(guān)方法具有足夠的數(shù)據(jù)捕獲速率是基本和必要的要求。已知鑒別誤差被表示為cc法，以提取在使用eit中的速度分布。

κ＝δ/2τ(1)

其中，τ是為使流通過雙平面?zhèn)鞲衅魉璧臅r間。如果雙平面?zhèn)鞲衅鞯膬蓚€感測平面之間的距離為0.1m且流速為10ms-1，則τ＝0.1m/10ms-1＝0.01s。對于0.05或5％的鑒別精度，d＝0.001s，需要1000幀/秒的速度。

可用的eit系統(tǒng)(例如，由利茲大學(xué)研發(fā)的fica系統(tǒng))可以捕獲1000個雙幀/秒(dfps)，但它不是設(shè)計用于處理高導(dǎo)電流體，諸如海水。也是由利茲研發(fā)的電壓驅(qū)動系統(tǒng)具有優(yōu)異的性能，能夠以合理的數(shù)據(jù)捕獲速度來管理高導(dǎo)電流體，通常在使用16電極雙平面?zhèn)鞲衅髦袨?00dfps，在使用8電極雙平面?zhèn)鞲衅髦谐^1000dfps。最近的研究表明，在使用8電極傳感器中可以實現(xiàn)流量的平均值，而不是流動模式。由于其非常有限的空間分辨率，它可能對流型識別產(chǎn)生進一步的挑戰(zhàn)。選項似乎只有兩個：進一步開發(fā)具有處理高導(dǎo)電流體的特征的快速系統(tǒng)，如電壓驅(qū)動系統(tǒng)那樣；或者，在使用8電極傳感器中，保持當(dāng)前新的vmmf的狀態(tài)，而不沒有良好的可視化能力。

本發(fā)明人已經(jīng)考慮了非對稱感測成像(asi)的概念。最初的想法是使用非常有限數(shù)量的電極并且生成僅在傳統(tǒng)的盤形成像區(qū)域的一部分處具有高成像靈敏度的感測圖。原則上，它應(yīng)該能工作，但在利茲進行的各種測試之后，結(jié)果并沒有表現(xiàn)出其很大的優(yōu)勢，盡管部分區(qū)域處的分辨率可被提高并且優(yōu)于使用經(jīng)典的8電極傳感器獲得的分辨率。不幸的是，它仍然遠遠低于可接受的分辨率。

新方法基于16電極傳感器，其具有與經(jīng)典傳感器相同的配置。通過對現(xiàn)有的激勵和投影位置進行仔細選擇，在成像區(qū)域的一部分處保持16電極傳感器類似的性能，但使用非常有限的測量，因此稱為使用有限測量的部分成像(pilm)。因此，期望的是，可以大大提高數(shù)據(jù)捕獲速度。

原理

在我們先前的討論中，理解的是，電導(dǎo)率的相對變化是邊界電壓的相對變化的函數(shù)，其呈現(xiàn)出純線性關(guān)系。

基于變換矩陣設(shè)置零值

因此，使用一組特定的邊界激勵/測量的矩陣產(chǎn)生的處理成為簡單的操作，其如下所示。

假設(shè)[x]中的多個項為具有已知排列的零。然后，可以建立變換矩陣，其中其對角線項在如下所示的排列中追隨1或0中的特定值，

指定的向量[x']可以表示為：

其中[x]中的某些項在變換后寫為零。

基于矩陣乘法的作用，可以以兩種方式進行處理的順序，如下所示

或

管道流中的像素的中心行

形成開發(fā)的管道多相流，流動特性(例如，分散相濃度和速度分布)可以被假設(shè)為軸向?qū)ΨQ的(以豎直布局的管道)或中心豎直平面對稱的。為了結(jié)合兩種情況，可以表示管道流的主要特征的必要和最小成像區(qū)域是沿中心豎直平面的像素行，如圖11所示。

回到在圖像重建中使用的方形網(wǎng)格/像素，沿著中心豎直行的特定成像區(qū)域給出了最方便的過程，其在當(dāng)前方形網(wǎng)格定義中具有連續(xù)的順序。例如，對于具有316個像素和沿x軸或y軸的4行的20個像素的網(wǎng)格，其從119開始并在198處結(jié)束(參見圖15)。

其中[a]對于1到118的項和從199到316的項具有零值?？紤]到[x']中的零值，可以進一步減小矩陣。

對中心行像素成像

它由三組投影組成：具有8個測量的旋轉(zhuǎn)；6個平行測量；以及6個互補測量，如圖12所示，以及整體測量組和預(yù)期的感測帶。

初始測試結(jié)果在圖16中示出。

結(jié)論

所提出的用于對中心帶進行成像的asi方法顯示了接近常規(guī)sbp的優(yōu)異分辨率，但僅使用20個測量。它顯示了替代常規(guī)方法的潛力，因此提高數(shù)據(jù)捕獲速度約為常規(guī)方法的數(shù)據(jù)捕獲速度的10倍以上，這意味著達到每秒約3000個雙幀。通過提供具有良好質(zhì)量的濃度分布的更準(zhǔn)確的速度測量，優(yōu)點是明顯的。

該方法還可以擴展到只對感測域的一部分感興趣的其他特定應(yīng)用。

對小節(jié)3的評論

現(xiàn)在參考上面的小節(jié)3，這是對實施本發(fā)明的斷層攝影設(shè)備和方法的進一步描述，其包含有關(guān)在本發(fā)明的實施例中如何可以從縮減的斷層攝影測量組中計算部分斷層圖像(例如，一般跨樣本橫截面的直徑的像素帶)的其他信息。

其他描述

可以在以下文獻中找到關(guān)于可在本發(fā)明的某些實施方案中使用的用于從4端測量生成斷層圖像的技術(shù)的其他信息，該文獻中的每一個的內(nèi)容通過引用并入本文：

“asensitivitycoefficientmethodforthereconstructionofelectricalimpedancetomograms”,c.j.kotre,clin.phys.physiol.meas.,1989年,第10卷，第3期，第275頁-第281頁

“eitimagereconstructionusingsensitivityweightedfilteredbackprojection”,c.j.kotre,physiol.meas.15(1994)a125-a136

“inversesolutionsforelectricalimpedancetomographybasedonconjugategradientsmethods”,mwang,meas,sci.technol.，iop，13(2002)101-117

本發(fā)明的更多有用的背景信息可以在以下4篇論文中找到，每篇論文的內(nèi)容也通過引用并入本文：

1.brown,b.h.和barber,d.c.(1985)tomography,英國專利號gb2160323a

2.brown,b.h.和seagar,a.d.(1987)‘thesheffielddatacollectionsystem’,clin.phys.physiol.meas.8(增刊a),第91頁-第97頁。

3.wang,m.和yin,w.(2002)‘electricalimpedancetomography’,pct/gb01/05636,gb0129772.9,ep1347706,us6940286,公開號wo02/053029

4.wang,m.,dickin,f.和williams,r.(1995)‘electricalimpedancetomography’,pct/gb95/00520，gb2300927,au18570/95,ep749285,us5807251,公開號wo95/24155

將認識到，本發(fā)明的某些方面旨在在硬件數(shù)據(jù)收集和成像重建兩者中提供快速和簡單的操作，集中于部分域。某些方面提供：

1.沿管道直徑進行成像的示例的具體感測或電極操作程序

2.關(guān)于感興趣的像素(例如，沿著橫截面的直徑的四列像素)的預(yù)計算的靈敏度分布

3.只有有限的測量用于使用sbp方法重建的圖像

4.電極的asi專用分配，以突出顯示感興趣的部分區(qū)域

因此，本發(fā)明的某些實施例還可以利用用于將要從縮減的斷層攝影測量組計算的像素陣列的預(yù)計算的靈敏度分布。

將認識到，通過采用上述技術(shù)，在本發(fā)明的其它實施例中，可以用有限的測量來對處理域的任何部分進行成像。

利用來自投影測量的重復(fù)的重疊圖像，但是具有旋轉(zhuǎn)的角度(電極)，可以獲得全斷層圖像。

現(xiàn)在參考圖17，這示出了eit系統(tǒng)，其可以在本發(fā)明的實施例中(例如使用pilm技術(shù))或用常規(guī)的eit技術(shù)使用。它能夠進行8個同時測量。還可以進行其他修改以使用16x16多路復(fù)用器陣列，使得任何電極可被隨時選擇以進行測量。類似地，激勵源信號也可以使用多路復(fù)用器連接到任何電極。通過控制多路復(fù)用器，一次最多可以選擇8個差分信號。因此，可以通過在電極之間切換4次來獲得16個電極相鄰測量的全幀。這種靈活性將有助于實現(xiàn)pilm?？梢允褂眠@種設(shè)計輕松選擇pilm的特定測量信號，從而大大提高測量速度。由于可以隨時選擇任何電極進行測量，因此該設(shè)計對于應(yīng)用不同的測量策略也是靈活的。它將有效提供2500dfps(每秒雙平面)的幀速率。對于film，速度可以提高到6000dfps左右。