Boundary shape analysis of electrical impedance tomography with applications

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.advisor Hyvönen, Nuutti, Prof., Aalto University, Department of Mathematics and Systems Analysis, Finland
dc.contributor.author Staboulis, Stratos
dc.date.accessioned 2014-10-10T09:00:18Z
dc.date.available 2014-10-10T09:00:18Z
dc.date.issued 2014
dc.identifier.isbn 978-952-60-5863-4 (electronic)
dc.identifier.isbn 978-952-60-5862-7 (printed)
dc.identifier.issn 1799-4942 (electronic)
dc.identifier.issn 1799-4934 (printed)
dc.identifier.issn 1799-4934 (ISSN-L)
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/14189
dc.description.abstract A typical electrical impedance tomography (EIT) reconstruction is ruined if the shape of theimaged body or the electrode locations are not accurately known. In this dissertation, a newapproach based on (boundary) shape analysis is presented for online adaptation of themeasurement geometry model. It is shown that the forward operator of the complete electrode model (CEM) of EIT is Fréchet differentiable with respect to both the outer boundary shape of the object and the electrodelocations. A dual technique allows feasible computation of the gradients in a Newton-type'output least squares' algorithm for the simultaneous reconstruction of the conductivity andthe measurement geometry. Shape calculus techniques are also applied to optimal experimentdesign for EIT. To be more precise, numerical optimization of the electrode positions is carriedout with respect to posterior covariance related criteria derived from the Bayesian inversionparadigm. Special attention is paid to the Sobolev regularity properties of the CEM essential for the shape analysis. By interpolation of Sobolev spaces it is proven that the CEM is a perturbation of the less regular shunt model of EIT. Consequently, instability in the computation of the numerical shape derivative can be expected if the contact resistances are small. en
dc.description.abstract Impedanssitomografiassa (EIT) kappaleen reunanmuodon ja elektrodien sijaintienepätarkka mallinnus pilaa tavallisesti johtavuuden rekonstruktion. Väitöskirjassa esitelläänuusi (reunan)muotoanalyysiin perustuva menetelmä, joka mahdollistaa mittausgeometrianreaaliaikaisen sovittamisen dataan.              Työssä osoitetaan, että EIT:n täydellisen elektrodimallin (CEM) suoran ongelman ratkaisuon Fréchet-derivoituva sekä kappaleen reunanmuodon että elektrodien sijaintien suhteen.Johtavuusjakauma ja mittausgeometria rekonstruoidaan yhtäaikaisesti Newton-tyyppiselläneliösumman minimointialgoritmilla. Tarvittavat gradientit voidaan laskea tehokkaastiduaalitekniikan avulla. Muotoanalyyttisiä menetelmiä sovelletaan myös optimaalisen EIT-mittauksen suunnitteluun, missä elektrodien sijainnit optimoidaan numeerisestiposteriorikovarianssiin liittyvien Bayesiläisten kriteerien mukaisesti.              Erityistä huomiota kiinnitetään CEM:n Sobolev-säännöllisyysominaisuuksiin, jotka ovatolennaisia työssä sovelletun muotoanalyysin kannalta. Sobolev-avaruuksien väliselläinterpolaatiolla osoitetaan, että CEM on perturboitu versio eräästä ideaalisestaelektrodimallista (shunt-malli). Tästä tuloksesta voidaan päätellä muotoderivaattojennumeerisen approksimoinnin epästabiilius, mikäli kontaktiresistanssit ovat pieniä. fi
dc.format.extent 38 + app. 116
dc.format.mimetype application/pdf en
dc.language.iso en en
dc.publisher Aalto University en
dc.publisher Aalto-yliopisto fi
dc.relation.ispartofseries Aalto University publication series DOCTORAL DISSERTATIONS en
dc.relation.ispartofseries 141/2014
dc.relation.haspart [Publication 1]: Dardé, J., Hakula, H., Hyvönen, N., and Staboulis, S. Fine-tuning electrode information in electrical impedance tomography. Inverse Problems and Imaging, 6(3):399–421, 2012. doi:10.3934/ipi.2012.6.399.
dc.relation.haspart [Publication 2]: Dardé, J., Hyvönen, N., Seppänen, A., and Staboulis, S. Simultaneous reconstruction of outer boundary shape and admittivity distribution in electrical impedance tomography. SIAM Journal on Imaging Sciences, 6(1):176–198, 2013. doi:10.1137/120877301.
dc.relation.haspart [Publication 3]: Dardé, J., Hyvönen, N., Seppänen, A., and Staboulis, S. Simultaneous recovery of admittivity and body shape in electrical impedance tomography: An experimental evaluation. Inverse Problems, 29(8):085004, 2013. doi:10.1088/0266-5611/29/8/085004.
dc.relation.haspart [Publication 4]: Dardé, J., and Staboulis, S. Electrode modelling: The effect of contact impedance. arXiv:1312.4202, 20 pages, 2013.
dc.relation.haspart [Publication 5]: Hyvönen, N., Seppänen, A., and Staboulis, S. Optimizing electrode positions in electrical impedance tomography. Accepted to SIAM Journal on Applied Mathematics, arXiv:1404.7300v2, 22 pages, 2014.
dc.subject.other Mathematics en
dc.title Boundary shape analysis of electrical impedance tomography with applications en
dc.title Reunanmuotoanalyysin sovelluksia impedanssitomografiaan fi
dc.type G5 Artikkeliväitöskirja fi
dc.contributor.school Perustieteiden korkeakoulu fi
dc.contributor.school School of Science en
dc.contributor.department Matematiikan ja systeemianalyysin laitos fi
dc.contributor.department Department of Mathematics and Systems Analysis en
dc.subject.keyword inverse problems en
dc.subject.keyword electrical impedance tomography en
dc.subject.keyword complete electrode model en
dc.subject.keyword shape analysis en
dc.subject.keyword optimal experimental design en
dc.subject.keyword Bayesian inversion en
dc.subject.keyword elliptic boundary value problems en
dc.subject.keyword mixed boundary conditions en
dc.subject.keyword inversio-ongelmat fi
dc.subject.keyword impedanssitomografia fi
dc.subject.keyword täydellinen elektrodimalli fi
dc.subject.keyword muotoanalyysi fi
dc.subject.keyword optimaalinen kokeiden suunnittelu fi
dc.subject.keyword Bayesiläinen inversio fi
dc.subject.keyword elliptiset reuna-arvo-ongelmat fi
dc.subject.keyword sekareunaehdot fi
dc.identifier.urn URN:ISBN:978-952-60-5863-4
dc.type.dcmitype text en
dc.type.ontasot Doctoral dissertation (article-based) en
dc.type.ontasot Väitöskirja (artikkeli) fi
dc.contributor.supervisor Hyvönen, Nuutti, Prof., Aalto University, Department of Mathematics and Systems Analysis, Finland
dc.opn Calvetti, Daniela, Prof., Case Western Reserve University, USA
dc.date.dateaccepted 2014-09-05
dc.contributor.lab Inverse Problems en
dc.contributor.lab Inversio-ongelmat fi
dc.rev Lassas, Matti, Prof., University of Helsinki, Finland
dc.rev Lechleiter, Armin, Prof., Universität Bremen, Germany
dc.date.defence 2014-10-17


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse

My Account