Optimizing Electrode Positions in 2-D Electrical Impedance Tomography Using Deep Learning

电阻抗断层成像 电极 电阻率层析成像 电阻抗 断层摄影术 电气工程 材料科学 声学 计算机科学 工程类 电阻率和电导率 物理 光学 量子力学
作者
Danny Smyl,Dong Liu
出处
期刊:IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:69 (9): 6030-6044 被引量:40
标识
DOI:10.1109/tim.2020.2970371
摘要

Electrical impedance tomography (EIT) is a powerful tool for nondestructive evaluation, state estimation, and process tomography, among numerous other use cases. For these applications, and in order to reliably reconstruct images of a given process using EIT, we must obtain high-quality voltage measurements from the target of interest. As such, it is obvious that the locations of electrodes used for measuring play a key role in this task. Yet, to date, methods for optimally placing electrodes either require knowledge on the EIT target (which is, in practice, never fully known) or are computationally difficult to implement numerically. In this article, we circumvent these challenges and present a straightforward deep learning-based approach for optimizing electrodes positions. It is found that the optimized electrode positions outperformed "standard" uniformly distributed electrode layouts in all test cases. Furthermore, it is found that the use of optimized electrode positions computed using the approach derived herein can reduce errors in EIT reconstructions as well as improve the distinguishability of EIT measurements.
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