檢測腦水腫的磁感應成像測量方法研究.pdf

1、腦磁感應斷層成像(BMIT)技術是一種新的醫(yī)學成像技術，是當今國際生物醫(yī)學工程學前沿研究課題之一。非接觸、無創(chuàng)性、圖象監(jiān)護的BMIT技術研究，對于解決現(xiàn)有腦水腫檢測技術存在的缺陷，具有重要的臨床意義和應用價值。本文首先介紹腦水腫的分類、病理生理機制和檢測手段，以及相關的生物組織電磁特性，并對腦磁感應斷層成像技術的測量系統(tǒng)、仿真方法和關鍵技術等問題的研究現(xiàn)狀進行綜述和分析。本文重點工作是以單通道MIT腦水腫檢測測量系統(tǒng)為研究對象，從理論、

2、仿真計算和實驗系統(tǒng)等方面，開展了以下幾方面的工作： 1.介紹了已建立的一個單通道MIT腦水腫檢測測量實驗系統(tǒng)，討論MIT實驗系統(tǒng)的設計依據(jù)，給出MIT實驗系統(tǒng)的基本組成、測量方式，并給出MIT實驗系統(tǒng)對空間位置、電導率變化的單通道測量結(jié)果，對系統(tǒng)性能進行評估，最后分析了該實驗系統(tǒng)存在的問題，提出可能的解決方案。 2.采用靜態(tài)電磁場理論，推導出單通道MIT測量時目標電導率與測量線圈電流和相位的電磁關系，計算出測量狀態(tài)下各種

3、腦組織，顱骨、腦脊液、灰質(zhì)、白質(zhì)和腦水腫等引起的檢測線圈電流和相位變化，為單通道MIT測量實驗系統(tǒng)的設計提供依據(jù)。 3.應用時諧電磁場理論，研究單通道MIT測量系統(tǒng)在高頻正弦激勵下的電磁特性，推導出單通道MIT測量時電磁問題的解析解。將頭顱近似為一個電導率分層的球體，MIT單通道測量系統(tǒng)近似為測量和激勵線圈與球體共軸，且與球心對稱的雙線圈結(jié)構，研究電導率分層球體與激勵和測量線圈共軸的電磁系統(tǒng)的正弦時變電磁場，通過求解磁矢量位的邊

4、值問題，獲得正弦時變電磁場的解析解，為腦MIT單通道測量系統(tǒng)的設計和改進，建立精確的理論計算方法。 4.針對已有研究的需要和存在的問題，基于時諧電磁場理論，采用時域有限差分(FDTD)方法，在10MHz激勵頻率下，對頭近似為顱骨、腦脊液和腦組織三層的球體，腦水腫近似為小球體的情況，建立激勵螺旋線圈和頭模型FDTD仿真方法。仿真計算單通道MIT測量系統(tǒng)測量時，自由空間、灰質(zhì)白質(zhì)模型、無腦水腫頭模型和有腦水腫頭模型引起的測量線圈電流

5、和相位的變化。探討更為精確的MIT系統(tǒng)仿真方法，為MIT測量系統(tǒng)的設計和研究提供參考數(shù)據(jù)。 5.在已建立的三層腦模型和激勵測量線圈FDTD仿真模型和計算方法的基礎上，研究腦水腫空間位置、幾何大小和電導率發(fā)生變化時，檢測線圈電流和相位變化，估計檢測線圈的敏感性，以確定可檢測的腦水腫尺寸和可區(qū)分腦電導率的大小。為指導合理地設計MIT系統(tǒng)和研究適合MIT成像的最優(yōu)成像算法提供參考依據(jù)。 6.在已初步建立的單通道MIT測量系統(tǒng)基