開放式磁感應(yīng)成像技術(shù)基礎(chǔ)研究.pdf

1、目前運(yùn)用于臨床的醫(yī)學(xué)影像技術(shù)可分為兩種：結(jié)構(gòu)性成像和功能性成像。結(jié)構(gòu)性成像包括：X射線成像，CT，磁共振成像，超聲成像。功能性成像主要包括：放射性核素顯像，功能性核磁共振成像，腦磁圖，電阻抗成像技術(shù)。當(dāng)前，臨床急需一種能夠進(jìn)行功能性成像的便攜式床邊實(shí)時(shí)檢測(cè)設(shè)備，上述各種方法只有電阻抗成像技術(shù)能夠提供連續(xù)時(shí)間功能性監(jiān)護(hù)成像。然而，由于電阻抗成像技術(shù)需要向被測(cè)物體內(nèi)注入電流，顱骨層的低電導(dǎo)率限制了電阻抗成像技術(shù)在顱腦疾病功能性成像方面的應(yīng)用

2、。所以，本論文根據(jù)磁場(chǎng)能夠穿透低電導(dǎo)率顱骨的特點(diǎn)，針對(duì)顱腦疾病的實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)，研究一種新型的無接觸式功能性成像技術(shù)：開放式磁感應(yīng)成像。論文內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：
　?、匍_放式磁感應(yīng)成像的正問題理論研究。正問題研究主要包括兩方面：一是采用基于有限元的A-ψ法分析二維場(chǎng)域內(nèi)的渦流分布情況。二是參照地質(zhì)勘測(cè)分層模型的思路，提出生物體組織分層介質(zhì)模型的假設(shè)，采用基于區(qū)域劃分的Gauss-Legendre數(shù)值積分算法計(jì)算分層介質(zhì)的開放式磁感應(yīng)成

3、像正問題。
　?、陂_放式磁感應(yīng)成像逆問題研究。采用改進(jìn)遺傳算法計(jì)算分層開放式磁感應(yīng)成像的逆問題。對(duì)遺傳算法作了如下改進(jìn)：根據(jù)個(gè)體之間的廣義漢明距離限制，產(chǎn)生初始種群；采取精英保留策略和基于壓差的排序方法進(jìn)行選擇操作；根據(jù)相關(guān)性配對(duì)方法，選擇進(jìn)行交叉的兩個(gè)體，根據(jù)有效交叉區(qū)域的限制，確定單點(diǎn)交叉的基因座位置，根據(jù)個(gè)體適應(yīng)度的大小，確定自適應(yīng)交叉概率；根據(jù)進(jìn)化代數(shù)，自適應(yīng)調(diào)節(jié)變異概率。對(duì)開放式磁感應(yīng)成像進(jìn)行了仿真試驗(yàn)，結(jié)果表明：對(duì)于半

4、徑為10mm的探頭，能對(duì)表皮下20mm的范圍內(nèi)，出血范圍大約為兩倍探頭尺寸的電導(dǎo)率異常情況能夠比較準(zhǔn)確的進(jìn)行重構(gòu)。
　?、蹨y(cè)量系統(tǒng)研制。介紹了開放式磁感應(yīng)成像的硬件測(cè)量系統(tǒng)的各組成模塊和設(shè)計(jì)原理。針對(duì)頭顱，設(shè)計(jì)了傳感器呈球面分布的多通道開放式磁感應(yīng)成像設(shè)備。
　?、軐?shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)研究包括兩個(gè)主要內(nèi)容：一是系統(tǒng)性能指標(biāo)測(cè)試實(shí)驗(yàn)，確定測(cè)量系統(tǒng)的靈敏度，穩(wěn)定性，以及噪聲水平。測(cè)試結(jié)果表明：系統(tǒng)的相位靈敏度優(yōu)于幅值靈敏度。所以我們確

5、定以相位作為成像數(shù)據(jù)的來源。系統(tǒng)的相位靈敏度為0.185°/S/m。通過穩(wěn)定性測(cè)試實(shí)驗(yàn)，引入?yún)⒖纪ǖ溃蟠鬁p小了系統(tǒng)的相位噪聲。系統(tǒng)的相位噪聲在±0.05°之間。二是水槽實(shí)驗(yàn)，通過一系列水槽實(shí)驗(yàn)研究了開放式磁感應(yīng)成像系統(tǒng)的成像效果。通過變頻實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，激勵(lì)頻率越高，越有利于提高圖像的分辨率。檢測(cè)深度的實(shí)驗(yàn)表明，現(xiàn)有水槽系統(tǒng)的探測(cè)深度大約為20mm左右。最后，通過覆蓋骨頭的瓊脂實(shí)驗(yàn)，證明了磁感應(yīng)成像系統(tǒng)對(duì)低電導(dǎo)率骨骼的穿越能力，為將來實(shí)現(xiàn)臨