腦磁感應(yīng)電阻抗斷層成像算法的仿真研究.pdf

1、磁感應(yīng)電阻抗斷層成像(Magnetic Induction Tomography, MIT)是電阻抗斷層成像(Electronic Impedance Tomography, EIT)技術(shù)新的分支。其突出的特點(diǎn)是激勵(lì)和測(cè)量環(huán)節(jié)與被測(cè)對(duì)象沒(méi)有直接的接觸。該技術(shù)利用渦流檢測(cè)原理，在目標(biāo)外圍的激勵(lì)線(xiàn)圈施加交變電流，然后通過(guò)其他放置在目標(biāo)外圍的測(cè)量線(xiàn)圈檢測(cè)被測(cè)對(duì)象內(nèi)部因渦流效應(yīng)而感應(yīng)出的附加磁場(chǎng)。被測(cè)對(duì)象內(nèi)部渦流的強(qiáng)度和分布主要由其電導(dǎo)率分布確

2、定。因而可以利用檢測(cè)到的數(shù)據(jù)，采用相應(yīng)的重構(gòu)算法，獲得被測(cè)對(duì)象內(nèi)部的電導(dǎo)率分布或其變化量。 MIT技術(shù)不僅具有一般EIT技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，如無(wú)創(chuàng)、設(shè)備小型、可連續(xù)檢測(cè)等。MIT技術(shù)還具有兩個(gè)獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)：一是通過(guò)線(xiàn)圈施加激勵(lì)并檢測(cè)響應(yīng)信號(hào)，從而避免了與被測(cè)對(duì)象直接接觸；二是激勵(lì)信號(hào)為交變磁場(chǎng)，對(duì)低電導(dǎo)率的顱骨的穿透性較好，有利于減小顱骨對(duì)顱內(nèi)電導(dǎo)率分布變化的屏蔽作用。因此，MIT技術(shù)在腦部電阻抗成像中具有較大的潛在優(yōu)勢(shì)。當(dāng)前MIT的難點(diǎn)

3、主要是渦流效應(yīng)引起的附加磁場(chǎng)比激勵(lì)磁場(chǎng)弱，因而對(duì)信號(hào)測(cè)量精度的要求很高。 本文針對(duì)MIT成像算法，主要從真實(shí)人腦模型的軟件仿真、有限元模型的正問(wèn)題求解、逆問(wèn)題求解等方面進(jìn)行了如下研究： 1. 基于有限元分析軟件的腦模型邊界磁勢(shì)分布的仿真 本文利用有限元分析軟件(FEMLAB 3.0)，針對(duì)具有顱骨層的頭模型，計(jì)算了單個(gè)線(xiàn)圈激勵(lì)時(shí)的邊界磁勢(shì)分布。該模型為三層同心圓頭模型，從外到里分別為：頭皮層、顱骨層和大腦。模型直

4、徑為34.00cm，激勵(lì)線(xiàn)圈采用長(zhǎng)1.00cm、寬0.50cm的方形線(xiàn)圈。剖分1928個(gè)單元，求解時(shí)間為0.571s—0.741s。 頭皮、顱骨和腦的電導(dǎo)率的比值設(shè)定為1:1/20:1，每層電導(dǎo)率分別為0.40S/m、0.02S/m、0.40S/m。計(jì)算結(jié)果表明：顱骨層的存在會(huì)影響模型邊界上磁勢(shì)的大小，存在顱骨層的邊界上的磁勢(shì)較不考慮顱骨層的模型邊界上的磁勢(shì)小2~3個(gè)數(shù)量級(jí)。但不會(huì)改變模型邊界上磁勢(shì)的變化趨勢(shì)。 2. M

5、IT 成像算法的仿真 A) MIT正問(wèn)題求解對(duì)MIT理論基礎(chǔ)進(jìn)行了分析，應(yīng)用電磁場(chǎng)理論、泛函理論和有限元方法得到求解正問(wèn)題的有限元方程。所用仿真模型的半徑是17.50cm 的圓面，16 個(gè)激勵(lì)—測(cè)量線(xiàn)圈在模型外圍等間距放置。采用任意一個(gè)線(xiàn)圈激勵(lì)，其他線(xiàn)圈測(cè)量的激勵(lì)—測(cè)量方式。用Matlab編程實(shí)現(xiàn)MIT正問(wèn)題的求解。 仿真結(jié)果表明： 1) 邊界上測(cè)量線(xiàn)圈的相位與目標(biāo)電導(dǎo)率大小成正比； 2) 均勻背景下(電