[发明专利]基于等位线滤波反投影算法的压力分布重建方法

摘要

一种基于等位线滤波反投影算法的压力分布重建方法，它通过采用压阻材料制作的压力垫(1)在受到压力时电阻率发生变化的特性，采用激励电源(2)向压力垫(1)注入激励电流，同时检测压力垫(1)表面边缘电压，利用电压信息，采用等位线滤波反投影算法反演计算得到压力垫电阻率的变化，再根据材料的压阻特性重建压力垫(1)的受力的分布情况。获得的压力分布图像可以用来分析患者坐、立、行、卧等姿势，调整康复辅具。

主权项

一种基于等位线滤波反投影算法的压力分布重建方法，其特征在于：所述的压力分布重建方法包括四个步骤：第一步：构建无压力时电阻率分布矩阵、反投影矩阵以及加权系数矩阵首先通过检测压力垫(1)自身的压阻特性，构建压力垫(1)的电阻率分布矩阵，然后根据压力垫(1)的形状、尺寸和激励检测方式构建反投影矩阵以及加权系数矩阵，具体如下：1)使用电流表或电压表，采用四探针法或范德堡法测量压力垫(1)的电阻率，得到压力垫(1)的电阻率分布矩阵ρ，通过压力加载获得压力垫的压阻特性关系f(ρ，P)，其中P为施加的压力；2)根据压力垫(1)的形状和尺寸，采用计算仿真软件建立压力垫有限元模型，该有限元模型中的有限单元数为M，将该有限元模型有限单元的电阻率设置成电阻率分布矩阵ρ的元素；确定电极个数N、电极排列方式、激励电流注入方式、电压测量方式，以及加权系数矩阵W；3)采用所建立的压力垫有限元模型，计算压力垫表面边缘电极处的响应电压Vj1，Vj2，Vij，其中，Vj1，Vj2分别为第j对电极上的响应电压，Vij为从i对电极注入电流后，在第j对电极间的响应电压，Vij＝Vj1‑Vj2，i，j＝1，2，…N，N为电极个数；4)计算有限元模型中有限单元的电位Vm，m为有限单元编号，m＝1，2，…M，Vm取第m个单元三个顶点电压的平均值；5)构建第i对电极激励时的反投影矩阵Bi，矩阵中的元素Bi[m，j]可由下式(1)决定：式中，m为有限单元编号，m＝1，2，…M；i为注入电极对编号，j为检测电极对编号，i，j＝1，2，…N，N为电极个数，Bi[m，j]表示从第i对电极注入电流时，第j对电极间的电压变化投影到第m个有限单元时的反投影矩阵元素；第二步：获得电压检测信号在给压力垫(1)施加压力的过程中，根据预设的激励电流注入方式，向压力垫(1)注入电流，信号为稳恒交流信号，频率在200kHz以下；通过布置在压力垫(1)表面边缘的电极，检测电极处的电压信号Uj1，Uj2，Uij，其中，Uj1，Uj2分别为第j对电极上的响应电压，Uij为从i对电极注入电流后，在第j对电极间的响应电压，Uij＝Uj1‑Uj2，i，j分别为注入电极对和接收电极对编号，i，j＝1，2，…N，N为电极个数；然后通过信号处理系统实现电压信号的前置放大，滤波，二级放大处理后存储；第三步：采用等位线滤波反投影算法求解电阻率变化分布矩阵1)根据下式(2)标准化处理检测电压的变化，得到矩阵DijDij=Uij-VijVij---(2)]]>式中，i，j分别为注入电极对和接收电极对编号，i，j＝1，2，…N，N为电极个数，Vij为所述第一步计算得到的的从i对电极注入电流时，在第j对电极间的响应电压，Uij为所述第二步检测得到的从i对电极注入电流时，在第j对电极间的响应电压；2)根据式(3)求解第m个单元的电导率变化σmσm=1NΣi=1NΣj=1NWi[m,j]·Bi[m,j]·Dij---(3)]]>式中，i，j分别为注入电极对和接收电极对编号，i，j＝1，2，…N，N为电极个数，m为有限单元编号，m＝1，2，…M，Wi[m,j]为加权系数矩阵W中的对应加权系数；3)根据式(4)获得新的电阻率分布变化矩阵ρ′ρm′=1σm---(4)]]>式中，ρm′为第m个单元的电阻率变化，将每一个单元的电阻率变化组合在一起，其可得到整个压力垫(1)的电阻率分布变化矩阵ρ′；第四步：利用压阻特性重建压力分布图像根据第一步测量的压力垫(1)的压阻特性关系f(ρ，P)，获得与电阻率ρ′相对应的压力P的分布图像。