Ferreriro, Ignacio M. (2015) Desarrollo de un tomógrafo de impedancia eléctrica con capacidad de procesamiento en tiempo real. Proyecto Integrador Ingeniería Mecánica, Universidad Nacional de Cuyo, Instituto Balseiro.
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Resumen en español
La tomografía de impedancia eléctrica (EIT: Electrical Impedance Tomography) es un método que permite obtener imágenes de la distribución espacial de conductividad y/o permitividad eléctrica en el interior de un cuerpo físico a partir de mediciones eléctricas realizadas sobre electrodos ubicados en su superficie exterior. Esta técnica tiene aplicaciones en campos tan diversos como la prospección geológica, el monitoreo de procesos industriales y la medicina. Un sistema de EIT o tomógrafo de impedancia eléctrica está constituido por un módulo de adquisición y pre-procesamiento de las señales provenientes de los electrodos. Luego, esos datos pre-procesados se envían a través de una interfaz de comunicación a una unidad de procesamiento (PC) encargada de ejecutar los algoritmos para la reconstrucción de la imagen de conductividad eléctrica. El algoritmo de reconstrucción consiste, fundamentalmente, en la resolución numérica de un problema inverso conocido como \problema de Calderon", en honor al matem ático argentino que lo formulo por primera vez. En el presente trabajo se aborda la formulación matemática de los fenómenos físicos asociados a esta técnica y se implementan los algoritmos de reconstrucción. Además, se desarrolla un sistema de EIT con instrumental de laboratorio para la realización de experimentos. Se logro, así, la reconstrucción de imágenes de conductividad a partir de datos experimentales y datos simulados. El análisis de estos resultados permitió evaluar el desempeño de los algoritmos de reconstrucción e identicar los módulos del arreglo experimental que resultan críticos respecto del tiempo de respuesta de un sistema de EIT. Finalmente, y en base a los resultados obtenidos, se proponen mejoras orientadas al desarrollo de un sistema capaz de reconstruir imágenes en tiempo real, de acuerdo a la dinámica del sistema físico sobre el que se utilice.
Resumen en inglés
Electrical Impedance Tomography (EIT) is an imaging technique used to obtain the spatial distribution of the electrical conductivity or permittivity of a body by taking measurements in its outer surface. This technique nds applications in a wide variety of elds, such as geological prospection, industrial process monitoring and medicine. An EIT system consists of the hardware used to take the electrical measurements in the boundary of the body, and the reconstruction software, which uses the measurements to infer the conductivity (or permittivity) distribution. The reconstruction software consists, mainly, in the numerical resolution of \Calderon's inverse problem", named after Alberto Calderon, the Argentine mathematician who formulated it. In this work, the mathematical description of the physical phenomena involved in the application of the technique is formulated. The algorithms implemented in order to achieve the reconstruction are described, and a prototypical EIT system is built for making experiments. Image reconstruction with both measured and synthetic data allows for the characterization of the implemented EIT system, and also of some general aspects of the technique. Lastly, improvements are suggested towards the development of a system which has the capability of reconstructing images in real-time.
| Tipo de objeto: | Tesis (Proyecto Integrador Ingeniería Mecánica) |
|---|---|
| Palabras Clave: | Real time systems; Sistemas en tiempo real; [Electrical impedance tomography; Tomógrafo de inpedancia eléctrica; Inverse problem; Problema inverso] |
| Referencias: | [1] Calderon, A. P. On an inverse boundary value problem. En: Seminar on Numerical Analysis and its Applications to Continuum Physics, pags. 65{73. Sociedade Brasileira de Matematica, 1980. 1 [2] Uhlmann, G. Electrical impedance tomography and calderon's problem. Inverse Problems, 25, 2009. 1 [3] Polydorides, N. Image Reconstruction Algorithms for Soft-Field Tomography. Tesis Doctoral, UMIST, 2002. 2 [4] Jackson, J. D. Classical electrodynamics. 3a edon. Wiley, 1999. 6, 8 [5] Silvester, P. P., Ferrari, R. L. Finite elements for electrical engineers. 3a edon. Press Syndicate of the University of Cambridge, 1996. 6 [6] Holder, D. S. (ed.) ELECTRICAL IMPEDANCE TOMOGRAPHY. Methods, History and Applications. Institute of Physics Publishing, 2005. 7, 12, 14, 16, 21, 80 [7] Robinson, R. A., Stokes, R. H. Electrolyte solutions. 2a edon. Dover Books on Chemistry Series, 2012. 10 [8] Cheney, M., Isaacson, D., Newell, J. C. Electrical impedance tomography. SIAM Review, 41 (1), 85{101, 1999. 12 [9] Johnson, C. Numerical Solution of Partial Dierential Equations by the Finite Element Method. Cambridge U. Press, 1987. 13 [10] Jochen Alberty, C. C., Funken, S. A. Remarks around 50 lines of matlab: short nite element implementation. Numerical Algorithms, 20, 117{137, 1999. 15, 16 [11] Kima, B. S., Khambampatib, A. K., Jangc, Y. J., Kimd, K. Y., Kime, S. Image reconstruction using voltage-current system in electrical impedance tomography. Nuclear Engineering and Design, 278, 134{140, 2014. 18 [12] Borsic, A. Regularisation Methods for Imaging from Electrical Measurements. Tesis Doctoral, School of Engineering. Oxford Brookes University, 2002. 20, 82 [13] Adler, A., Lionheart, W. R. B. Uses and abuses of eidors: An extensible software base for eit. Physiol. Meas., 27, S25{S42, 2006. 20 [14] Haber, E. Numerical Strategies for the Solution of Inverse Problems. Tesis Doctoral, University of British Columbia, 1997. 21, 82 [15] Rahal, M., Khor, J. M., Demosthenous, A., Tizzard, A., Bayford, R. A comparison study of electrodes for neonate electrical impedance tomography. Physiol. Meas., 30 (6), S73{84, 2009. 26 [16] Geuzaine, C., Remacle, J.-F. Gmsh: a three-dimensional nite element mesh generator with built-in pre- and post-processing facilities. International Journal for Numerical Methods in Engineering, 79, 1309{1331, 2009. 32 [17] Kirk, D. B., Hwu, W.-m. W. Programming Massively Parallel Processors: A Hands-on Approach. 1a edon. San Francisco, CA, USA: Morgan Kaufmann Publishers Inc., 2010. 38 [18] NVIDIA Corporation. NVIDIA CUDA C Programming Guide. 2010. Version 3.2. 38, 39 [19] Seagar, A. Probing with low frequency electric currents. Tesis Doctoral, University of Canterbury, 1983. 45 |
| Materias: | Física > Física-modelos matemáticos Ingeniería mecánica |
| Divisiones: | Gcia. de área de Investigación y aplicaciones no nucleares > Gcia. de Física > Materia condensada > Bajas temperaturas |
| Código ID: | 509 |
| Depositado Por: | Marisa G. Velazco Aldao |
| Depositado En: | 23 Oct 2015 10:18 |
| Última Modificación: | 23 Oct 2015 10:18 |
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