Optimizing Image Reconstruction in Electrical Impedance Tomography

Abstract

Tato disertační práce pojednává o optimalizaci algoritmů pro rekonstrukci obrazu neznámé měrné vodivosti z měřených dat pořízených elektrickou impedanční tomografií. Danou problematiku zde věcně vymezuje několik různých prvků, zejména pak stručný matematický popis dopředné a inverzní úlohy řešené různými přístupy, metodika měření a pořizování dat pro rekonstrukci a přehled dostupných numerických nástrojů. Uvedenou charakteristiku rozšiřuje rozbor optimalizací parametrů modelu ovlivňujících přesnost rekonstrukce, způsoby paralelního zpracování algoritmů a souhrn dostupných zařízení pro měření tomografických dat. Na základě získaných poznatků byla navržena optimalizace parametrů matematického modelu, která umožňuje jeho velmi přesný návrh dle měřených dat. V této souvislosti dochází ke snížení nejistoty rekonstrukce rozložení konduktivity. Pro zefektivnění procesu získávání dat bylo navrženo zařízení k automatizaci tomografie s důrazem na cenovou dostupnost a snížení nejistoty měření. V oblasti tvorby numerického modelu byly dále zkoumány možnosti užití otevřených a uzavřených domén pro různé metody regularizace a hrubost sítě, a to s ohledem na velikost chyby rekonstruované konduktivity a výpočetní náročnost. Součástí práce je také paralelizace subalgoritmů rekonstrukce s využitím vícejádrové grafické karty. Předložené výsledky mají přímý vliv na snížení nejistoty rekonstrukce (optimalizací počáteční hodnoty konduktivity, rozmístění elektrod a tvarové deformace domény, regularizačních metod a typu domén) a urychlení výpočtů paralelizací algoritmů, přičemž výzkum byl podpořen vlastním návrhem jednotky pro automatizaci tomografie