Modifikation of iteration algorithm for computing the surface conductivities increments solving the inverse problem of electrical impedance tomography

Authors

DOI:

https://doi.org/10.20535/RADAP.2014.57.23-34

Keywords:

Electrical Impedance Tomography, conductivity zones method, regularization, derivative matrix, phantom, inverse problem, accuracy, matrix conditionality

Abstract

Introduction. The replacement algorithms of regularization iterative procedure by A. Tykhonov with iterative procedure with logarithmic step and not iterative calculation of inverse matrix are proposed. The matrix is based on matrices of derivatives from contour voltages on zones surface conductivities.
The results. The results are illustrated by examples of calculations. The inhomogeneities in the form of zones and with arbitrary shape were simulated. The computation results and results of reconstruction are identical with accuracy to the 11th significant digit for inhomogeneities in the form of zones. Defying the inhomogeneity with arbitrary shape its character and location are maintained and there is a certain "spread" in the neighboring area.
Conclusions. The proposed algorithms are easily programmed and provide high accuracy and good convergence of iterative procedure of image reconstruction from projections. Besides the algorithms significantly reduce number of arithmetic operations and computation time on PC.

Author Biography

I. O. Sushko, National Technical University of Ukraine, Kyiv Politechnic Institute, Kiev

Postgraduate student

References

Перелік посилань

Brown B.H. Electrical Impedance Tomography/ B.H. Brown, D.C. Barber // Clinical Physics and Physiological Measurement. – 1992. – Vol. 13, Suppl. A. – 207p.

Электроимпедансная томография / Я.С. Пеккер, К.С. Бразовский, В.Ю. Усов, М.П. Плотников, О.С. Уманский. – Томск: ООО «Издательство научно-технической литературы», 2004. – 190с.

Yorkey T. J. A comparison of impedance tomographic reconstruction algorithms / T.J. Yorkey, J.G. Webster // Clin. Phys. Physiol. Meas. – 1987. – Vol. 8, Suppl. A. – pp. 843-852.

Сушко І.О. Алгоритм розв’язання прямої задачі імпедансної томографії методом модифікацій / І.О. Сушко // Вісник НТУУ «КПІ». Серія Радіотехніка. Радіоапаратобудування. – 2011. – № 47. – с. 165-175.

Рыбин А.И. Численно-символьный анализ электрических цепей обобщенным методом модификации / А.И. Рыбин // Праці Інституту Електродинаміки НАН України, ІЕД НАНУ.– 2002. – №1. – с.28–30.

Сушко І.О. Потенційна чутливість імпедансної томографії / І.О. Сушко, Є.В. Гайдаєнко, О.А. Якубенко // Вісник НТУУ «КПІ». Серія Радіотехніка. Радіоапаратобудування. – 2012. – № 50. – с. 92-104.

Рибіна І.О. Метод променів провідностей та моделювання фантома в імпедансній томографії // Вісник ЖДТУ. – 2010. – № 2(53). – С.160 –161.

Сушко И.А. Визуализация распределения поверхностных проводимостей томографического сечения методом зон проводимости / И.А. Сушко // Известия вузов. Радиоэлектроника. – 2013. – Том 56, № 7. – с. 60 – 68.

Сушко И. А. Сравнение классического метода решения обратной задачи импедансной томографии с методом зон проводимости / И.А. Сушко, А.И. Рыбин // Вестник НТУУ «КПИ». Серия Радиотехника. Радиоаппаратостроение. – 2012. – № 49. – с. 166-177.

Sushko I. O. Features of solving the Electrical Impedance Tomography inverse problem by zones conductivities method / I. O. Sushko, A. I. Rybin // Visn. NTUU KPI, Ser. Radioteh. radioaparatobuduv. – 2012. – № 51. – с. 106-114.

Рибіна І.О. Розв’язання зворотної задачі імпедансної томографії методами зон провідностей та зворотної проекції / І.О. Рибіна, О.І. Рибін, О.Б. Шарпан // Вісник НТУУ «КПІ». Серія Радіотехніка. Радіоапаратобудування. – 2011. – № 45. – с. 33-45.

Сушко І.О. Особливості використання методу регуляризації при розв’язанні зворотної задачі імпедансної томографії методом зон провідності / І.О. Сушко, О.І. Рибін // Наукові вісті НТУУ «КПІ». – 2013. – №5. – С. 14 –22.

Тихонов А.Н. Методы решения некорректных задач / А.Н. Тихонов, В.Я. Арсенин. –М. : Наука,1979. – 288 c/

Сушко И.А. Оценка уровня кавитации методами импедансной томографии / И.А. Сушко, Е.В. Гайдаенко, А.В. Мовчанюк, А.И. Рыбин // Вестник НТУУ «КПИ». Серия Радиотехника. Радиоаппаратостроение. – 2012. – № 48. – с. 168-178.

Рибіна І.О. Обчислення похідних від передаточного опору по поверхневій провідності кінцевих елементів при розв’язанні зворотної задачі імпедансної томографії методом зон провідності. / І.О. Рибіна, О.І. Рибін, О.Б. Шарпан // Вісник НТУУ «КПІ». Серія Радіотехніка. Радіоапаратобудування. – 2011. – № 44. – с. 16-28.

References

Brown B.H. and Barber D.C. (1992) Electrical Impedance Tomography. Clinical Physics and Physiological Measurement, Vol. 13, Suppl. A, 207p.

Pekker Ya.S., Brazovskii K.S., Usov V.Yu., Plotnikov M.P. and Umanskii O.S. (2004) Elektroimpedansnaya tomografiya [Electrical impedance tomography]. Tomsk, Izdatel'stvo nauchno-tekhnicheskoi literatury, 190 p.

Yorkey T.J. and Webster J.G. (1987) A comparison of impedance tomographic reconstruction algorithms. Clin. Phys. Physiol. Meas., Vol. 8, Suppl. A, pp. 843-852.

Sushko, I. O. (2011) Algorithm for solving the Electrical Impedance Tomography forward problem by the modification method. Visn. NTUU KPI, Ser. Radioteh. radioaparatobuduv., No. 47, pp. 165-175. (in Ukrainian)

Rybin A.I. (2002) Chislenno-simvol'nyi analiz elektricheskikh tsepei obobshchennym metodom modifikatsii [Numerical and symbolic analysis of electric circuits by the generalized modification method]. Pratsi Instytutu Elektrodynamiky NAN Ukrainy, IED NANU, No 1, pp. 28–30.

Sushko I. O., Gaydayenko E. V. and Yakubenko A. A. (2012) Electrical Impedance Tomography potential sensitivity. Visn. NTUU KPI, Ser. Radioteh. radioaparatobuduv., no. 50, pp. 92-104. (in Ukrainian)

Rybina I. O. (2010) Metod promeniv providnostei ta modeliuvannia fantoma v impedansnii tomohrafii [Rays conductivity method and simulation phantom in impedance tomography]. Visnyk ZhDTU, No 2(53), pp. 160–161.

Sushko I. A. (2013) Visualization of surface conductivity distributions of tomography cross-section using conductivity zones method. Radioelectronics and Communications Systems, Vol. 56, No 7, pp. 377-383.

Sushko I. O. and Rybin A. I. (2012) Comparison of classical and conductivity zones methods for solving EIT inverse problem. Visn. NTUU KPI, Ser. Radioteh. radioaparatobuduv., no. 49, pp. 166-177. (in Russian)

Sushko I. O. and Rybin A. I. (2012) Features of solving the Electrical Impedance Tomography inverse problem by zones conductivities method. Visn. NTUU KPI, Ser. Radioteh. radioaparatobuduv., no. 51, pp. 106-114.

Rybina I. O., Rybin A. I. and Sharpan O. B. (2011) Solving the Electrical Impedance Tomography (EIT) inverse problem by the conductivity and back projection methods. Visn. NTUU KPI, Ser. Radioteh. radioaparatobuduv., no. 45, pp. 33-45. (in Ukrainian)

Sushko I.O., Rybin O.I. (2013) Osoblyvosti vykorystannia metodu reguliaryzatsii pry rozviazanni zvorotnoi zadachi impedansnoi tomographii metodom zon providnosti [Features of the regularization method in solving the inverse problem of impedance tomography by zones of conductivity]. Naukovi visti NTUU “KPI”, No 5, pp. 14-22.

Tikhonov A.N. and Arsenin V.Ya. (1979) Metody resheniya nekorrektnykh zadach [Methods for solving incorrect problems]. Moskow, Nauka Publ., 288 p.

Sushko I. O., Gaydayenko E. V., Movchanyuk A. V. and Rybin A. I. (2012) Assessing the level of cavitation methods impedance tomography. Visn. NTUU KPI, Ser. Radioteh. radioaparatobuduv., no. 48, pp. 168-178. (in Russian)

Rybina I. O., Rybin A. I. and Sharpan O. B. (2011) Determination of derivatives of transfer resistance on surface conductivity of finite elements by the conductivity method for solving the forward problem of Electrical Impedance Tomography. Visn. NTUU KPI, Ser. Radioteh. radioaparatobuduv., no. 44, pp. 16-28. (in Ukrainian)

Downloads

Published

2014-06-30

How to Cite

Сушко, І. О. (2014) “Modifikation of iteration algorithm for computing the surface conductivities increments solving the inverse problem of electrical impedance tomography”, Visnyk NTUU KPI Seriia - Radiotekhnika Radioaparatobuduvannia, 0(57), pp. 23-34. doi: 10.20535/RADAP.2014.57.23-34.

Issue

No. 57 (2014)

Section

Computing methods in radio electronics

License

Authors who publish with this journal agree to the following terms:

  1. Authors retain copyright and grant the journal right of first publication with the work simultaneously licensed under a Creative Commons Attribution License that allows others to share the work with an acknowledgement of the work's authorship and initial publication in this journal.
  2. Authors are able to enter into separate, additional contractual arrangements for the non-exclusive distribution of the journal's published version of the work (e.g., post it to an institutional repository or publish it in a book), with an acknowledgement of its initial publication in this journal.
  3. Authors are permitted and encouraged to post their work online (e.g., in institutional repositories or on their website) prior to and during the submission process, as it can lead to productive exchanges, as well as earlier and greater citation of published work (See The Effect of Open Access).