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。其突出的特點是激勵和測量環(huán)節(jié)與被測對象沒有直接的接觸。該技術(shù)利用渦流檢測原理，在目標(biāo)外圍的激勵線圈施加交變電流，然后通過其他放置在目標(biāo)外圍的測量線圈檢測被測對象內(nèi)部因渦流效應(yīng)而感應(yīng)出的附加磁場。被測對象內(nèi)部渦流的強度和分布主要由其電導(dǎo)率分布確

2、定。因而可以利用檢測到的數(shù)據(jù)，采用相應(yīng)的重構(gòu)算法，獲得被測對象內(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，如無創(chuàng)、設(shè)備小型、可連續(xù)檢測等。MIT技術(shù)還具有兩個獨特的優(yōu)勢：一是通過線圈施加激勵并檢測響應(yīng)信號，從而避免了與被測對象直接接觸；二是激勵信號為交變磁場，對低電導(dǎo)率的顱骨的穿透性較好，有利于減小顱骨對顱內(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。當(dāng)前MIT的難點

3、主要是渦流效應(yīng)引起的附加磁場比激勵磁場弱，因而對信號測量精度的要求很高。 本文針對MIT成像算法，主要從真實人腦模型的軟件仿真、有限元模型的正問題求解、逆問題求解等方面進(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分布的仿真 本文利用有限元分析軟件(FEMLAB 3.0)，針對具有顱骨層的頭模型，計算了單個線圈激勵時的邊界磁勢分布。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，激勵線圈采用長1.00cm、寬0.50cm的方形線圈。剖分1928個單元，求解時間為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。計算結(jié)果表明：顱骨層的存在會影響模型邊界上磁勢的大小，存在顱骨層的邊界上的磁勢較不考慮顱骨層的模型邊界上的磁勢小2~3個數(shù)量級。但不會改變模型邊界上磁勢的變化趨勢。 2. M

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