感应电流eit中激励线圈的设计

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1、感应电流EIT中激励线圈的设计摘要:目的研究在感应电流电阻抗断层成像（inducedcurrentelectricalimpedancetomography，ICEIT）中，线圈的形状、规格和位置对整体性能的影响.方法研究了用于I-CEIT系统的两种线圈.以敏感矩阵的条件数为原则，对圆形线圈的配置进行了研究.计算了另一种有轴线圈内感应电流分布及边界电压，探讨了限制分辨能力的因素.结果找到了选用圆形线圈时对线圈大小和位置的要求，证实了有轴线圈能增大目标中心区域的电流.结论用恰当的配置，使用圆形线圈可使敏感矩阵的条件数较小，而用有轴线圈可以提高中心区域的敏感度和径向分辨能力.　　K

2、eypedance;tomogra-phy;excitingcoil　　Abstract:AIMToresearchtheeffectoftheshape，sizeandconfigurationoftheexcitingcoilsontheperformanceofthesystemininducedcurrentelectricalimpedancetomography.METHODSTberofthesensitivematrix.Fortheaxiscoil，thecurrentsintheobjectandthepotentialoftheboundaryore，th

3、efactorsconfiningthedistin-guishabilityberandaxiscoilisabletoen-hancethesensitivityofthecenterandtheradiusdistin-guishability.　　0引言　　感应电流电阻抗断层成像（inducedcurrentelec-tricalimpedancetomography，ICEIT）是一种新的EIT技术，它在被测目标的外围放置若干个激励线圈，对其施加时变电流，在空间产生交变磁场，从而在被测目标内激励出感应电流.测量目标表面相邻电极的电压差，并用此数据进行目标区域电导率图像

4、重建［1-5］.与传统的注入式EIT（appliedcurrentelec-tricalimpedancetomography，ACEIT）相比，ICEIT具有以下优势［1，3，5］:①成像目标内的电流不受电极处的电流密度的限制，因而有可能使用更大的电流密度以提高信噪比;②由于周围电极仅测量输出电压，不用于电流驱动，所以可以优化电极设计;③通过改变线圈的形状和位置，使空间磁场发生改变，从而改变目标内的电流分布，提取某一部分的细节;④当成像目标外有屏蔽层时，选择适当频率的驱动电流，就可使屏蔽层对感应电流密度分布影响不大，从而可能得到比较理想的成像结果.因此，ICEIT具有一系列注

5、入式EIT所不具有的优点，具有良好的应用前景.激励磁场分布由线圈配置决定，它对电导率变化的敏感度和图像重建中的病态问题都有重要的影响［2，3，6］.本文中，我们首先讨论了圆形线圈的大小和位置对敏感矩阵条件数的影响，接着计算了使用有轴线圈驱动时电导率扰动区域为同心圆时的边界电压和电流分布，并对线圈的分辨能力进行了探讨.　　1两种可用于ICEIT的线圈　　1.1圆形线圈圆形线圈是ICEIT中最早也是最常用的线圈，如Fig1.3个半径相等的线圈等角度放置，线圈的中心位于和目标同中心的半径为RS的圆周上，线圈与线圈之间的夹角为120°.目标表面联接E个电极，对每一种激励磁场，有（E-1

6、）个独立测量数据.若线圈数为P，那么就有P种磁场分布，所以总的独立测量数就为（E-1）［3］.圆形线圈的大小和位置对敏感矩阵的条件数有很大的影响［6］.使用3个半径均为0.36cm（RC=0.36cm）的线圈，对半径为0.12cm的目标进行仿真实验.所用剖分模型为541节点，1016单元.测量电极数为16，则独立测量数为45.当RS取不同的值时，计算敏感矩阵，并且对敏感矩阵进行奇异值分解（SVD）.当RS=0时，因为3个线圈重合，所以只得到15个非零奇异值.当RS逐渐增加到0.04，0.08，0.12，0.16和0.20cm时，它们对应的条件数迅速减少到4483，1845，89

7、9，438和252.　　当线圈和目标的最小距离（穿过线圈圆心和目标圆心的直线被截在线圈和目标外缘之间的部分）固定时，考察线圈半径变化时条件数的变化.固定线圈和目标间的最小距离为0.01cm.当RC分别取0.15，0.18，0.26，0.32和0.36cm时，条件数分别为308，218，192，187和185.因为大线圈的远端对目标内的感应电流的影响越来越弱，所以当RC增大到一定程度（此处为0.36cm），使用更大的线圈并不能明显改善奇异值变化曲线.于是，可以得到以下结论，如果使用等角度放置的