電磁層析成像生物信息耦合測(cè)試.pdf

1、當(dāng)今世界，健康問題已成為國際社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)問題。對(duì)疾病預(yù)防與治療的需求，促進(jìn)了生物醫(yī)學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，醫(yī)學(xué)檢查與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)向著形態(tài)與功能相結(jié)合的方向發(fā)展成為必然趨勢(shì)。醫(yī)學(xué)電磁成像作為一種無創(chuàng)的影像技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)功能性成像。由于電磁成像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)，成本低廉，且無需使用核素或射線等對(duì)人體有副作用的放射源，適用于患者的長期醫(yī)學(xué)影像監(jiān)護(hù)或大范圍的醫(yī)療普查。
　　作為一種基于電學(xué)敏感原理的過層析成像技術(shù)，電磁層析成像雖然起步稍晚，但

2、由于該技術(shù)的明顯優(yōu)勢(shì)，受到了國內(nèi)外工業(yè)過程和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。已有的相關(guān)研究工作主要集中在對(duì)截面分布式電磁感應(yīng)的測(cè)試機(jī)理；面向不同應(yīng)用對(duì)象的測(cè)試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)；基于不同方法的測(cè)試數(shù)據(jù)處理和圖像重建等問題的研究。在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用中，由于被測(cè)對(duì)象的性質(zhì)與工業(yè)過程有較大的差別，決定了該技術(shù)的測(cè)試機(jī)理和要求、測(cè)試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能、測(cè)試信息的處理和表征等方面，均需要根據(jù)具體的被測(cè)對(duì)象進(jìn)行深入的討論和分析。
　　論文研究工作從完善生物醫(yī)學(xué)

3、電磁層析成像技術(shù)的應(yīng)用基礎(chǔ)研究出發(fā)，結(jié)合先進(jìn)的數(shù)值模擬技術(shù)、現(xiàn)代信號(hào)分析與處理方法及新型電子電路設(shè)計(jì)技術(shù)等，對(duì)電磁層析成像生物信息的耦合測(cè)試機(jī)理、測(cè)試方法、測(cè)試系統(tǒng)、測(cè)試信號(hào)分析等方面開展深入研究，主要完成的研究工作包括：
　　（1）對(duì)影響電磁層析成像敏感場(chǎng)分布的因素進(jìn)行分析，并對(duì)傳感器結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。基于有限元分析的方法，針對(duì)電磁層析成像的激勵(lì)信號(hào)頻率、激勵(lì)策略、被測(cè)空間介質(zhì)分布等因素，通過采用數(shù)值仿真與靈敏度矩陣計(jì)算相結(jié)合的方法

4、進(jìn)行綜合對(duì)比，得到：較高的激勵(lì)頻率可增強(qiáng)系統(tǒng)的輸出響應(yīng)，但會(huì)在一定程度上增加檢測(cè)誤差；對(duì)比三種激勵(lì)模式檢測(cè)結(jié)果，由于單一激勵(lì)模式的硬件結(jié)構(gòu)簡單，更易于實(shí)現(xiàn)，可視為最優(yōu)激勵(lì)策略。基于直接相位檢測(cè)法得知，被測(cè)區(qū)域內(nèi)的電導(dǎo)率分布與相位輸出間具有近似的線性關(guān)系?；诰€圈的阻抗分析結(jié)果，對(duì)傳感器陣列的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使其敏感頻率響應(yīng)區(qū)間與系統(tǒng)施加的激勵(lì)信號(hào)頻率間能夠有效匹配，改善系統(tǒng)的測(cè)試效果。
　?。?）搭建一套可用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域測(cè)試的

5、八通道電磁層析成像系統(tǒng)。在系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，通過對(duì)系統(tǒng)連接方式的設(shè)計(jì)，可使系統(tǒng)既滿足普通線圈結(jié)構(gòu)傳感器又可滿足平衡線圈結(jié)構(gòu)傳感器的測(cè)試需要，提高了系統(tǒng)的適應(yīng)性，擴(kuò)展了系統(tǒng)的應(yīng)用空間；利用高速數(shù)據(jù)采集板卡，對(duì)高頻信號(hào)直接進(jìn)行采集，在滿足了系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的同時(shí)，簡化了硬件電路設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，縮短了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)周期；并實(shí)現(xiàn)了測(cè)試信號(hào)的在線和離線處理、監(jiān)測(cè)及圖像重建等功能。通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試，該系統(tǒng)平臺(tái)可滿足實(shí)驗(yàn)測(cè)試的要求。
　?。?）對(duì)被測(cè)

6、物體內(nèi)含有源信號(hào)情況下，電磁層析成像系統(tǒng)的響應(yīng)進(jìn)行分析?；跀?shù)值仿真與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的方式，以腦電信號(hào)為例，針對(duì)內(nèi)源信號(hào)與外加激勵(lì)信號(hào)相互耦合時(shí)，對(duì)系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生的影響進(jìn)行分析、討論。得到：當(dāng)存在內(nèi)源信號(hào)與外加激勵(lì)信號(hào)耦合時(shí)，數(shù)值仿真數(shù)據(jù)圖像重建結(jié)果顯示，重建的目標(biāo)物體位置相比實(shí)際的被測(cè)物體位置出現(xiàn)明顯的偏移；相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果也證明了內(nèi)源信號(hào)對(duì)電磁測(cè)試結(jié)果會(huì)造成直接的影響，且不應(yīng)被忽視。
　?。?）利用獨(dú)立成分分析方法實(shí)現(xiàn)耦合測(cè)試