一种基于多原点变换的电阻抗成像断层边界提取方法

1.本技术涉及电阻抗成像技术领域，尤其是一种基于多原点变换的电阻抗成像断层边界提取方法。


背景技术：

2.电阻抗成像技术(electrical impedance tomography,eit)是一种新兴医疗成像技术，具有安全无侵入、系统简单、造价低等优点，在疾病诊断和病理状态监测等方面具有广阔的应用前景。近年来，eit应用研究也被拓展到一些工业检测领域。在目标场域边界贴附eit电极，通过eit电极在目标场域边界注入一定电流作为激励，并测量边界电压响应，利用图像重建算法对激励与测量数据进行处理，进而实现对目标场域电阻率分布成像的重建。通过电阻率分布图像与历史数据的对比分析，可以对目标的结构和功能进行评估和判断。
3.在电阻抗成像中，场域物理模型的准确性是影响成像质量的重要因素，为提高成像的准确度，应对成像场域的边界进行准确提取。二维电阻抗成像的场域是目标三维物体的一个断层面(横截面)，在仿真研究中，一般用规则的圆形或椭圆形来模拟成像场域，但实际的成像目标物体截面往往是不规则的，例如人体的躯干截面，目前难以实现对这些不规则的成像场域的边界的提取，而由于实际中不可能通过对三维目标进行横切来获取断层场域，因此也就难以建立准确的场域物理模型。


技术实现要素：

4.本技术人针对上述问题及技术需求，提出了一种基于多原点变换的电阻抗成像断层边界提取方法，本技术的技术方案如下：
5.一种基于多原点变换的电阻抗成像断层边界提取方法，该电阻抗成像断层边界提取方法包括：
6.在目标场域断层所在的二维平面上建立参考坐标系；
7.确定目标场域断层的断层边界外部、且位于二维平面上的若干个变换原点在参考坐标系中的坐标，若干个变换原点包含参考坐标系的原点；
8.确定任意第n个变换原点o
tn
到对应的任意第m个场域边界点b
nm
的变换向量任意场域边界点位于目标场域断层的断层边界上；
9.根据任意变换向量结合变换原点o
tn
在参考坐标系中的坐标，得到场域边界点在参考坐标系中的坐标，并提取得到目标场域断层的断层边界。
10.其进一步的技术方案为，每个变换原点及其对应的场域边界点之间具有位于断层边界外部的连线，且形成的连线不经过其他的场域边界点。
11.其进一步的技术方案为，目标场域断层的断层边界上包含若干个离散间隔的场域边界点，且每个场域边界点都有对应的变换原点。
12.其进一步的技术方案为，确定变换向量的方法包括：
13.测量变换原点o
tn
至场域边界点的直线距离
14.测量变换原点o
tn
至场域边界点的连线与参考坐标系的x轴正方向之间的夹角θ；
15.确定变换向量在参考坐标系中表示为
16.其进一步的技术方案为，得到场域边界点在参考坐标系中的坐标为其中，(x
tn
,y
tn
)是变换原点o
tn
在参考坐标系中的坐标。
17.其进一步的技术方案为，提取得到目标场域断层的断层边界的方法包括：
18.根据得到的所有场域边界点在参考坐标系中的坐标将所有场域边界点依次相连，得到位于二维平面上的目标场域断层的断层边界。
19.本技术的有益技术效果是：
20.本技术公开了一种基于多原点变换的电阻抗成像断层边界提取方法，该方法先建立断层所在二维平面，任意确定初始原点，再选取变换原点，得到原点变换向量，再通过测量场域边界点的变换向量，计算最终的场域边界点的坐标，完成边界提取，实现方法简单，可准确建立电阻抗成像在三维物体中进行目标断层成像的二维场域边界，基于准确的断层边界，可降低由于场域剖分坐标偏差造成的成像算法误差，减少伪影产生，提高重建图像的质量。
21.该方法在实现时，变换原点选取灵活，只要满足场域边界点单次可及，且每个场域边界点都有对应的变换原点的原则即可，变换原点可以选取满足条件的任意位置且不影响结果，在场域边界提取中，直接测量原点变换向量和边界点变换向量的模长和与ox方向的夹角，即可得到各向量，再通过数学算法完成边界点坐标数据的提取，操作易行。
附图说明
22.图1是本技术一个实施例的电阻抗成像断层边界提取方法的方法流程图。
23.图2是本技术一个实例中的目标场域断层的立体示意图以及平面剖视图。
24.图3是图2中基于一个变换原点得到对应的一个场域边界点的坐标的计算过程中的向量示意图。
具体实施方式
25.下面结合附图对本技术的具体实施方式做进一步说明。
26.本技术公开了一种基于多原点变换的电阻抗成像断层边界提取方法，请参考图1所示的方法流程图，该方法包括如下步骤：
27.步骤1，在目标场域断层所在的二维平面α上建立参考坐标系，这里的目标场域断层是需要进行电阻抗成像的场域断层，一般是一个三维目标体的一个断层面，如图2所示，三维目标体1的一个断层面形成为目标场域断层2，目标场域断层2的断层边界上包含若干个离散间隔的场域边界点3。
28.在二维平面上以目标场域断层的断层边界外部任意一点作为原点o(0,0)，并建立
得到参考坐标系xoy。
29.步骤2，确定目标场域断层的断层边界外部、且位于二维平面α上的若干个变换原点在参考坐标系中的坐标，若干个变换原点包含参考坐标系的原点o(0,0)。本技术记确定得到的任意第n个变换原点o
tn
在参考坐标系中的坐标为(x
tn
,y
tn
)，n为起始值为1的参数，图3以参考坐标系的原点o(0,0)作为第一个变换原点o
t1
。
30.变换原点的数量和各个变换原点的位置根据目标场域断层的断层边界的形态和复杂情况来调整，确定变换原点的原则包括：
31.每个变换原点及其对应的场域边界点之间具有位于断层边界外部的连线，且形成的连线不经过其他的场域边界点，也即单次可及。另外，目标场域断层的断层边界上包含若干个离散间隔的场域边界点，且每个场域边界点都有对应的变换原点。任意一个场域边界点仅有一个对应的变换原点，或者有对应的多个变换原点。
32.基于上述确定变换原点的原则，在图2的实例中，确定得到5个变换原点，分别为变换原点o
t1
、o
t2
、o
t3
、o
t4
和o
t5
，变换原点o
t1
对应6个场域边界点，变换原点o
t2
对应5个场域边界点，变换原点o
t3
对应3个场域边界点，变换原点o
t4
对应4个场域边界点，变换原点o
t5
对应3个场域边界点。目标场域断层2上的16个场域边界点中，11个场域边界点各自有一个对应的变换原点，其余5个场域边界点各自有两个对应的变换原点。
33.步骤3，确定任意第n个变换原点o
tn
到对应的任意第m个场域边界点的变换向量m为起始值为1的参数。包括：
34.(1)测量变换原点o
tn
至场域边界点的直线距离
35.(2)测量变换原点o
tn
至场域边界点的连线与参考坐标系的x轴正方向之间的夹角θ。
36.(3)确定变换向量在参考坐标系中表示为
37.步骤4，根据任意变换向量结合变换原点o
tn
在参考坐标系中的坐标，得到场域边界点在参考坐标系中的坐标。
38.在确定变换原点o
tn
在参考坐标系中的坐标(x
tn
,y
tn
)后，相当于得到的参考坐标系的原点o(0,0)到变换原点o
tn
的向量通过向量相加的原则，即能确定参考坐标系的原点o(0,0)到场域边界点的向量就得到了场域边界点在参考坐标系中的坐标为
39.比如图3中，以变换原点o
t2
对应的场域边界点为例，测量变换原点o
t2
至场域边界点的直线距离以及夹角θ，从而确定得到变换向量结合变换原点o
t2
在参考坐标系中的坐标，就能得到场域边界点在参考坐标系中的坐标。其他场域边界点在参考坐标系中的坐标同理可得。
40.步骤5，在得到所有场域边界点在参考坐标系中的坐标后，即可提取得到目标场域断层的断层边界。也即根据得到的所有场域边界点在参考坐标系中的坐标将所有场域边界
点依次圆滑相连，得到位于二维平面上的目标场域断层的断层边界。
41.以上所述的仅是本技术的优选实施方式，本技术不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本技术的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本技术的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于多原点变换的电阻抗成像断层边界提取方法，其特征在于，所述电阻抗成像断层边界提取方法包括：在目标场域断层所在的二维平面上建立参考坐标系；确定所述目标场域断层的断层边界外部、且位于所述二维平面上的若干个变换原点在所述参考坐标系中的坐标，若干个变换原点包含所述参考坐标系的原点；确定任意第n个变换原点o
tn
到对应的任意第m个场域边界点的变换向量任意场域边界点位于所述目标场域断层的断层边界上；根据任意变换向量结合变换原点o
tn
在所述参考坐标系中的坐标，得到场域边界点在所述参考坐标系中的坐标，并提取得到所述目标场域断层的断层边界。2.根据权利要求1所述的电阻抗成像断层边界提取方法，其特征在于，每个变换原点及其对应的场域边界点之间具有位于所述断层边界外部的连线，且形成的所述连线不经过其他的场域边界点，称之为单次可及。3.根据权利要求1所述的电阻抗成像断层边界提取方法，其特征在于，所述目标场域断层的断层边界上包含若干个离散间隔的场域边界点，且每个场域边界点都有对应的变换原点。4.根据权利要求1所述的电阻抗成像断层边界提取方法，其特征在于，确定变换向量的方法包括：测量变换原点o
tn
至场域边界点的直线距离测量变换原点o
tn
至场域边界点的连线与所述参考坐标系的x轴正方向之间的夹角θ；确定变换向量在所述参考坐标系中表示为5.根据权利要求4所述的电阻抗成像断层边界提取方法，其特征在于，得到场域边界点在所述参考坐标系中的坐标为其中，(x
tn
,y
tn
)是变换原点o
tn
在所述参考坐标系中的坐标。6.根据权利要求1所述的电阻抗成像断层边界提取方法，其特征在于，提取得到所述目标场域断层的断层边界的方法包括：根据得到的所有场域边界点在所述参考坐标系中的坐标将所有场域边界点依次相连，得到位于所述二维平面上的所述目标场域断层的断层边界。

技术总结
本申请公开了一种基于多原点变换的电阻抗成像断层边界提取方法，涉及电阻抗成像技术领域，该方法在目标场域断层所在的二维平面上建立参考坐标系，然后确定在所述二维平面上位于目标场域断层边界外部的若干变换原点及其在所述参考坐标系中的坐标，得到任意变换原点到对应的任意场域边界点的变换向量，再结合该变换原点在参考坐标系中的坐标，即可得到场域边界点在所述参考坐标系中的坐标，从而可以提取得到目标场域断层的断层边界。该方法数学算法简单，可操作性强，可准确建立电阻抗成像在三维物体中进行目标断层成像的二维场域边界，继而提高重建图像的质量。继而提高重建图像的质量。继而提高重建图像的质量。


技术研发人员：李星 刘开达 朱珉 邢丽冬 张笑 唐嘉礼 丁嘉宇
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：2023.04.14
技术公布日：2023/7/25