Review on electrical impedance tomography: Artificial intelligence methods and its applications

© 2019 by the authors. Electrical impedance tomography (EIT) has been a hot topic among researchers for the last 30 years. It is a new imaging method and has evolved over the last few decades. By injecting a small amount of current, the electrical properties of tissues are determined and measurements of the resulting voltages are taken. By using a reconstructing algorithm these voltages then transformed into a tomographic image. EIT contains no identified threats and as compared to magnetic resonance imaging (MRI) and computed tomography (CT) scans (imaging techniques), it is cheaper in cost as well. In this paper, a comprehensive review of efforts and advancements undertaken and achieved in recent work to improve this technology and the role of artificial intelligence to solve this non-linear, ill-posed problem are presented. In addition, a review of EIT clinical based applications has also been presented

METODY PARAMETRYCZNE W ROZWIĄZYWANIU PROBLEMU ODWROTNEGO DLA MONITOROWANIA PRZEPŁYWÓW MATERIAŁÓW SYPKICH

The article presents the parametrisation-based methods of monitoring of the process of gravitational silo discharging with aid of capacitance tomography techniques. Proposed methods cover probabilistic Bayes’ modelling, including spatial and temporal analysis and Markov chain Monte Carlo methods as well as process parametrisation with artificial neural networks. In contrast to classical image reconstruction-based methods, parametric modelling allows to omit this stage as well as abandon the associated reconstruction errors. Parametric modelling enables the direct analysis of significant parameters of investigated process that in turn results in easier incorporation into the control feedback loop. Presented examples are given for the gravitational flow of bulk solids in silos.Niniejszy artykuł przedstawia parametryczne metody rozwiązywania problemu odwrotnego w tomografii pojemnościowej na przykładzie monitorowania procesu przepływu materiałów sypkich przy użyciu tomografii pojemnościowej. Wybrane metody obejmują modelowanie probabilistyczne Bayesa, w tym przestrzenne i czasowe oraz metody Monte Carlo łańcuchów Markowa, a także parametryzację procesu z użyciem sztucznych sieci neuronowych. W odróżnieniu od klasycznych metod opartych na algorytmach rekonstrukcji obrazu parametryzacja pozwala na pominięcie tego etapu, a co za tym idzie brak dodatkowych błędów związanych z rekonstrukcją. Parametryzacja pozwala na bezpośrednią analizę istotnych parametrów badanego procesu, przez co łatwiejsze jest użycie tych wyników w pętli sprzężenia zwrotnego sterowania. Przykłady rozpatrywane w tekście są opisane dla procesu grawitacyjnego opróżniania materiałów sypkich przechowywanych w silosach

Networks for Nonlinear Diffusion Problems in Imaging

A multitude of imaging and vision tasks have seen recently a major transformation by deep learning methods and in particular by the application of convolutional neural networks. These methods achieve impressive results, even for applications where it is not apparent that convolutions are suited to capture the underlying physics. In this work we develop a network architecture based on nonlinear diffusion processes, named DiffNet. By design, we obtain a nonlinear network architecture that is well suited for diffusion related problems in imaging. Furthermore, the performed updates are explicit, by which we obtain better interpretability and generalisability compared to classical convolutional neural network architectures. The performance of DiffNet tested on the inverse problem of nonlinear diffusion with the Perona-Malik filter on the STL-10 image dataset. We obtain competitive results to the established U-Net architecture, with a fraction of parameters and necessary training data

ZASTOSOWANIE SIECI NEURONOWYCH I ALGORYTMÓW GŁĘBOKIEGO UCZENIA W ELEKTRYCZNEJ TOMOGRAFII IMPEDANCYJNEJ

This paper refers to the cases of the use of Artificial Neural Networks and Convolutional Neural Networks in impedance tomography. Machine Learning methods can be used to teach computers different technical problems. The efficient use of conventional artificial neural networks in tomography is possible able to effectively visualize objects. The first step of implementation Deep Learning methods in Electrical Impedance Tomography was performed in this work.W artykule zaprezentowano dwa przypadki dotyczące zastosowania sztucznych sieci neuronowych i konwolucyjnych sieci neuronowychw tomografii impedancyjnej. Uczenie maszynowe może znaleźć zastosowanie przy rozwiązywaniu różnorodnych problemów technicznych.W tomograficznej rekonstrukcji obrazów można stosować konwencjonalne sieci neuronowe. W niniejszej pracy przedstawiono przykład zastosowania metod głębokiego uczenia w obszarze elektrycznej tomografii impedancyjnej

Design and Implementation of Bio-inspired Underwater Electrosense

Underwater electrosense, manipulating underwater electric field for sensing purpose, is a growing technology bio-inspired by weakly electric fish that can navigate in dark or cluttered water. We studied its theoretical foundations and developed sophisticated sensing algorithms including some first-introduced techniques such as discrete dipole approximation (DDA) and convolutional neural networks (CNN), which were tested and validated by simulation and a planar sensor prototype. This work pave a solid way to applications on practical underwater robots