檢測(cè)腦水腫的磁感應(yīng)成像測(cè)量方法研究.pdf

1、腦磁感應(yīng)斷層成像(BMIT)技術(shù)是一種新的醫(yī)學(xué)成像技術(shù)，是當(dāng)今國(guó)際生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)前沿研究課題之一。非接觸、無(wú)創(chuàng)性、圖象監(jiān)護(hù)的BMIT技術(shù)研究，對(duì)于解決現(xiàn)有腦水腫檢測(cè)技術(shù)存在的缺陷，具有重要的臨床意義和應(yīng)用價(jià)值。本文首先介紹腦水腫的分類(lèi)、病理生理機(jī)制和檢測(cè)手段，以及相關(guān)的生物組織電磁特性，并對(duì)腦磁感應(yīng)斷層成像技術(shù)的測(cè)量系統(tǒng)、仿真方法和關(guān)鍵技術(shù)等問(wèn)題的研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述和分析。本文重點(diǎn)工作是以單通道MIT腦水腫檢測(cè)測(cè)量系統(tǒng)為研究對(duì)象，從理論、

2、仿真計(jì)算和實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)等方面，開(kāi)展了以下幾方面的工作： 1.介紹了已建立的一個(gè)單通道MIT腦水腫檢測(cè)測(cè)量實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，討論MIT實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)依據(jù)，給出MIT實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的基本組成、測(cè)量方式，并給出MIT實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)空間位置、電導(dǎo)率變化的單通道測(cè)量結(jié)果，對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行評(píng)估，最后分析了該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)存在的問(wèn)題，提出可能的解決方案。 2.采用靜態(tài)電磁場(chǎng)理論，推導(dǎo)出單通道MIT測(cè)量時(shí)目標(biāo)電導(dǎo)率與測(cè)量線圈電流和相位的電磁關(guān)系，計(jì)算出測(cè)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(cè)線圈電流和相位變化，為單通道MIT測(cè)量實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。 3.應(yīng)用時(shí)諧電磁場(chǎng)理論，研究單通道MIT測(cè)量系統(tǒng)在高頻正弦激勵(lì)下的電磁特性，推導(dǎo)出單通道MIT測(cè)量時(shí)電磁問(wèn)題的解析解。將頭顱近似為一個(gè)電導(dǎo)率分層的球體，MIT單通道測(cè)量系統(tǒng)近似為測(cè)量和激勵(lì)線圈與球體共軸，且與球心對(duì)稱的雙線圈結(jié)構(gòu)，研究電導(dǎo)率分層球體與激勵(lì)和測(cè)量線圈共軸的電磁系統(tǒng)的正弦時(shí)變電磁場(chǎng)，通過(guò)求解磁矢量位的邊

4、值問(wèn)題，獲得正弦時(shí)變電磁場(chǎng)的解析解，為腦MIT單通道測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和改進(jìn)，建立精確的理論計(jì)算方法。 4.針對(duì)已有研究的需要和存在的問(wèn)題，基于時(shí)諧電磁場(chǎng)理論，采用時(shí)域有限差分(FDTD)方法，在10MHz激勵(lì)頻率下，對(duì)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(lì)螺旋線圈和頭模型FDTD仿真方法。仿真計(jì)算單通道MIT測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量時(shí)，自由空間、灰質(zhì)白質(zhì)模型、無(wú)腦水腫頭模型和有腦水腫頭模型引起的測(cè)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(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(lì)測(cè)量線圈FDTD仿真模型和計(jì)算方法的基礎(chǔ)上，研究腦水腫空間位置、幾何大小和電導(dǎo)率發(fā)生變化時(shí)，檢測(cè)線圈電流和相位變化，估計(jì)檢測(cè)線圈的敏感性，以確定可檢測(cè)的腦水腫尺寸和可區(qū)分腦電導(dǎo)率的大小。為指導(dǎo)合理地設(shè)計(jì)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(cè)量系統(tǒng)基