Автоматизированный стенд для исследования методов электроимпедансной томографии

Автоматизированный стенд для исследования методов электроимпедансной томографии

Отрасли, категории, применение: Медицина и биотехнологии

Краткое описание:

В статье изложены материалы, посвященные разработке и исследованию метода обработки измерений электрических параметров объекта с целью последующей визуализации его внутренней структуры. В качестве базовой аппаратной части выбрана платформа PXI с набором модулей ввода-вывода, обеспечивающая управляемую подачу сигналов переменного тока на объект, измерение напряжений, расчета "карты" сопротивления внутренней структуры и ее визуализацию.  

Огранизация

ЮРГПУ(НПИ)

В статье изложены материалы, посвященные разработке и исследованию метода обработки измерений электрических параметров объекта с целью последующей визуализации его внутренней структуры. В качестве базовой аппаратной части выбрана платформа PXI с набором модулей ввода-вывода, обеспечивающая управляемую подачу сигналов переменного тока на объект, измерение напряжений, расчета "карты" сопротивления внутренней структуры и ее визуализацию.

Описание решения

Постановка задачи

Существующие в настоящее время разработки в области электроимпедансной томографии базируются в основном на подходах решения обратных задач с применением методов конечных элементов [1]. Недостатком данных подходов является большая продолжительность времени, затрачиваемого на операции обработки данных в условиях высокой степени неопределенности. Данная ситуация требует нахождения новых методов решения задачи электроимпедансной томографии. Для апробации различных методов решения задачи определения внутренней структуры объекта [2] необходимо в первую очередь создание универсальной лабораторной базы - исследовательского стенда, способный обеспечить как подачу импульсов электрического тока на объект, как многоканальный сбор данных и их обработку. При такой постановке проблемы наиболее перспективным является подход, основанный на применении оборудования и средств программирования компании National Instruments.

Используемое оборудование и программное обеспечение

Создание программного обеспечения для решения поставленной задачи осуществлялось в среде программирования NI LabVIEW 2013 с использованием модуля NI LabVIEW RealTime. Для реализации системы используется платформа NI PXI с контроллером реального времени NI PXI-8133, многофункциональным устройством NI PXI-6341, источником NI PXI-4322, установленными в шасси NI PXIe-1078.

Решение

Структурная схема разрабатываемого стенда представлена на рис. 1.

На структурной схеме рис. 1 обозначены следующие элементы: 1 - испытуемый объект, причем 1.1 - объемное его представление, 1.2 - один из поперечных срезов; 2.1,3.1 - некоторые предметы, располагающиеся в контролируемом объекте и отличающие электрическими сопротивлениями друг от друга и от окружающего их в остальном пространстве объекта 1 наполнителя, при чем 2.2 и 2.3 - проекции данных предметов в некотором срезе; 4 - токоподводящие электроды; 5 - электроды для определения потенциала на поверхности объекта. Программное обеспечение, заложенное в стенде обеспечивает управление процессом и обработку данных с целью реконструкции внутренней структуры объекта в некотором срезе. Стенд работает следующим образом. На первом этапе один из токоподводящих электродов подается переменный ток частотой 45 кГц, в виде прямоугольных импульсов амплитудой от 2 до 5 мА. Измеренные потенциалы сохраняются в памяти компьютера Затем ток подается на следующий электрод и т.д. Далее сохраненные данные анализируются путем решения обратной задачи методом конечных элементов. Альтернативным, исследуемым в настоящее время методом, является из метод при котором ток подается одновременно на все токоподводящие электроды, измеряются потенциалы и сохраняются в памяти. Затем сетку электродов поворачивают на 90? вокруг объекта и измеряют потенциалы в поперечном направлении. Вычисляют продольные и поперечные линейные сопротивления и затем складывают полученные значения для каждой отдельной, получившейся после пересечения продольных и поперечных измерений, "клетки". Результат применения данного метода, для случая одного предмета внутри объекта показан на рис. 2.

В данном случае было получено, что тело располагается вдоль части объекта под порядковым номером 7 (самые малые значения сопротивления). Сравнение с реальным положением тела показало, что для эффективного определения положения тела внутри объекта, количество электродов (измерительных и токоподводящих) должно быть таким, чтобы контролируемая одним электродом "линия" была как минимум в 3 раза меньше чем размер контролируемого предмета в данном направлении.

Исследования проводятся при финансовой поддержке государства в лице Минобрнауки России (номер соглашения – 14.574.21.0029). Уникальный идентификатор проекта RFMEFI57414X0029. Результаты работ получены в СНИЛ "ИИС". Планируется внедрение данной разработки в учебный процесс ЮРГПУ(НПИ) при изучении курса "Интеллектуальные средства измерений".

Список литературы

1. Е.С. Шерина. Разностные схемы на основе метода конечных объемов для решения задачи электроимпедансной томографии / Шерина Е.С., Старченко А.В. // Вестник Томского Государственного Университета. Математика и механика. - 2014. - №3(29). - С. 25-29.
2. Н.И. Горбатенко. Комбинированный метод магнитных цепей и граничных элементов для определения магнитных характеристик материалов изделий / Горбатенко Н.И., Гречихин В.В. // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. 2000. № 1. С. 15.

 

 

 

Решения опубликованы на основании докладов из сборников трудов ежегодной конференции "Инженерные , научные и образовательные приложения на базе технологий National Instruments" с 2011 по 2014 гг.



 

© 2017 National Instruments Russia. All rights reserved.
Яндекс.Метрика