磁感應(yīng)成像的若干關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、磁感應(yīng)成像(Magnetic Induction Tomography，MIT)是一種無創(chuàng)、無損、無需與目標(biāo)物體直接接觸的新型成像技術(shù)，尤其適合于醫(yī)療應(yīng)用。MIT對于還未發(fā)生病變，但存在潛在危險的腫瘤等疾病具有積極地預(yù)防和診斷意義，所產(chǎn)生的磁場比較容易穿透如顱骨等人體組織，與CT，MRI，PET和超聲等當(dāng)下應(yīng)用廣泛的醫(yī)學(xué)成像技術(shù)相比，對人體無輻射、成本低、無需植入人體藥物，方便攜帶且易于長時間監(jiān)測。因此，對實驗?zāi)Ｐ偷难芯渴鞘筂IT實踐于

2、醫(yī)學(xué)人體測量的關(guān)鍵。
　　本文針對現(xiàn)階段磁感應(yīng)成像存在的問題，在其測量模型理論基礎(chǔ)上，對MIT若干關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，主要內(nèi)容如下:
　　分析MIT測量模型，依據(jù)MIT自身特點，通過麥克斯韋方程組導(dǎo)出MIT正問題電磁場控制方程，并應(yīng)用有限元方法對其變換，建立一種三維MIT測量模型，對其檢測區(qū)域內(nèi)渦流進(jìn)行計算，求解得到導(dǎo)體中不同面以及各個坐標(biāo)軸的磁通密度，并對實驗結(jié)果進(jìn)行分析，為磁感應(yīng)成像中各個方面的研究提供了有力的依據(jù)。

3、>　　分析MIT普遍使用的環(huán)形激勵線圈所產(chǎn)生的磁場，在聚焦磁場的應(yīng)用的背景下，提出MIT中產(chǎn)生聚焦磁場的平面圓形、錐形和鍋蓋形激勵線圈，并提出可使目標(biāo)物體內(nèi)更多區(qū)域聚焦的半球形平面小圓激勵線圈陣列。針對所提聚焦激勵線圈及陣列，建立目標(biāo)物體存在的測量模型，并對目標(biāo)物體內(nèi)部所產(chǎn)生的主磁場和渦流場進(jìn)行了計算和對比分析。結(jié)果表明，所提出的聚焦激勵線圈及相關(guān)陣列可在目標(biāo)物體內(nèi)產(chǎn)生聚焦渦流場，從渦流信號的產(chǎn)生源頭上為MIT提供了有效方法。
　

4、　分析MIT中渦流信號的特點，介紹了目前利用檢測線圈抵消主磁場從而增大渦流場的方法，提出最大化抵消主磁場原理及相應(yīng)的檢測線圈。首先對各類抵消主磁場方法的單匝檢測線圈進(jìn)行了對比分析;其次針對所提原理相應(yīng)的檢測線圈建立模型，對激勵線圈和目標(biāo)物體中的渦流進(jìn)行計算，對檢測線圈的距離和大小進(jìn)行優(yōu)化，并在該最優(yōu)模式下，對信號的線性和靈敏度分布進(jìn)行了測量。
　　在對互易原理分析和推導(dǎo)的基礎(chǔ)上，將其進(jìn)行擴(kuò)展應(yīng)用于MIT中靈敏度矩陣的導(dǎo)出，提出一種

5、快速計算靈敏度矩陣的方法，并應(yīng)用這種方法進(jìn)行仿真實驗;建立實驗?zāi)Ｐ?，對MIT中單擾動和多擾動兩種情況的靈敏度分別進(jìn)行了計算，并將擾動電導(dǎo)率大小對實驗結(jié)果的影響進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，應(yīng)用所提方法可快速有效求解靈敏度矩陣，有利于MIT圖像重建。
　　在對MIT重建問題闡述的基礎(chǔ)上，結(jié)合正則化技術(shù)，提出應(yīng)用于MIT中的高斯牛頓一步動態(tài)重建算法，通過實驗獲得相關(guān)參數(shù)的最優(yōu)解，在所建立的測量模型上，利用有限元方法求解，所得到的靈敏度矩陣應(yīng)用

6、于重建算法中。所提方法實現(xiàn)了絕對電導(dǎo)率的重建，通過對測量電壓添加不同信噪比的不相關(guān)高斯噪聲模擬真實測量值。所提算法與其它算法相比較，該方法在精度和速度上得到有效改善。
　　所測目標(biāo)中心區(qū)域靈敏度低一直制約著MIT應(yīng)用于實際測量，分析人腦的生物組織結(jié)構(gòu)，首先對目標(biāo)區(qū)域內(nèi)無擾動的四種情況下的靈敏度分布進(jìn)行了測試和分析，然后同等條件下對四種情況分別添加擾動物體，依次改變擾動電導(dǎo)率值、擾動個數(shù)、以及擾動半徑，并進(jìn)行測試實驗和對比分析。結(jié)果

7、表明，針對不同的測試情況，有針對性的加入適合的電導(dǎo)率擾動可以提高中心區(qū)域的靈敏度。
　　設(shè)計并實現(xiàn)了一種檢測目標(biāo)物體中的電磁場傳播速度的實驗系統(tǒng)。根據(jù)速度成像原理，提出反映所測目標(biāo)物體的電特性的電磁場傳播速度這一檢測參數(shù)，對電磁場傳播速度與所經(jīng)過物質(zhì)的電特性之間的關(guān)系進(jìn)行了介紹和推導(dǎo)，設(shè)計一種測量電磁場傳播速度的開放式振蕩電路，對無放置物體和放置水兩種情況分別進(jìn)行了測量，得到電路的振蕩頻率，進(jìn)而得到電磁場在水中的傳播速度。結(jié)果表明