Boundary element method and simulated annealing algorithm applied to electrical impedance tomography image reconstruction

• Published in: Revista brasileira de ensino de física 2013-06, Vol.35 (2)
• Main Authors: Menin, Olavo H., Rolnik, Vanessa, Martinez, Alexandre S.
• Format: Article
• Language: eng ; por
• Subjects: boundary element method; electrical impedance tomography; inverse problem; optimization; simulated annealing algorithm
• ISSN: 1806-1117; 1806-1117
• DOI: 10.1590/S1806-11172013000200004

Physics has played a fundamental role in medicine sciences, specially in imaging diagnostic. Currently, image reconstruction techniques are already taught in Physics courses and there is a growing interest in new potential applications. The aim of this paper is to introduce to students the electrical impedance tomography, a promising technique in medical imaging. We consider a numerical example which consists in finding the position and size of a non-conductive region inside a conductive wire. We review the electrical impedance tomography inverse problem modeled by the minimization of an error functional. To solve the boundary value problem that arises in the direct problem, we use the boundary element method. The simulated annealing algorithm is chosen as the optimization method. Numerical tests show the technique is accurate to retrieve the non-conductive inclusion. A física tem tido um papel fundamental nas ciências médicas, especialmente em diagnósticos por imagem. Atualmente, as técnicas de reconstrução de imagem já são ensinadas nos curso de Física e existe um crescente interesse em possíveis novas aplicações. O objetivo deste trabalho é apresentar aos alunos a tomografia de impedância elétrica, uma promissora técnica de imageamento em medicina. Para isso, consideramos um exemplo numérico que consiste em encontrar a posição e o tamanho de uma região não condutora no interior de um fio condutor. Nós revisamos o problema inverso da tomografia de impedância elétrica modelado pela minimização de um funcional de erro. Para resolver o problema de valor de contorno que surge no problema direto, nós usamos o método dos elementos de contorno. O algoritmo de recozimento simulado foi escolhido como método de otimização. Testes numéricos mostram que a técnica é precisa para encontrar a inclusão não condutora.