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颅脑阻抗特性三维建模及磁感应成像仿真研究

作　者: 赵璐璐
导　师: 柯丽
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 生物医学工程
关键词: 磁感应断层成像颅脑模型系统仿真涡流磁场脑血肿
分类号: R445.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 21次
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内容摘要

磁感应断层成像技术（MIT）是通过生物阻抗测量和成像的一种新型无创的成像技术。MIT具有两个特点，其一是该技术的磁场激励模式，能够轻易穿透颅骨；其二是该成像方法对成像区域的中心敏感度较强，鉴于这两个特点，MIT在颅脑疾病的检测方面具有明显的优势，尤其是脑血肿与脑水肿的临床实时监护。本文基于头部及颅脑的解剖结构和MIT基础理论，构建了三维真实颅脑模型，并将该颅脑模型用于MIT系统仿真研究中。对MIT技术应用于颅脑时各方面条件做了仿真研究。首先，根据磁感应成像的基本理论，建立了应用于简单测量的柱形MIT系统，通过有限元法仿真计算并分析激励线圈的参数，以及检测导体的参数对MIT系统的影响，并给出了激励线圈应用于颅脑模型的设计参数。其次，系统介绍了人体颅脑的各部分构造，并且基于此，由1026幅X-CT断面图像重建出人体两层颅脑实体模型。再次，将MIT系统仿真于颅脑检测，建立了颅脑MIT检测模型，并通过复杂的有限元体外剖分，分别计算出有病变和健康状态时，人体颅脑的涡流磁场的分布。最后，模拟脑血肿情况时，详细分析了，激励线圈的频率，以及血肿的体积，浓度，位置与磁场的关系，并且将有的参数结果与柱形系统做了对比，研究了MIT在颅脑方面的检测性能。结果表明，本文所设计的仿真模型能够模拟颅脑检测，并且MIT能够穿透颅骨对颅脑疾病进行检测，此研究对MIT系统的设计，以及进一步将MIT应用于实际临床的颅脑检测方面具有重要的意义。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第一章绪论  11-24
  1.1 磁感应成像技术在颅脑疾病检测的意义  11-17
    1.1.1 常见的脑疾病  11-14
    1.1.2 目前脑疾病诊断技术及其不足  14-16
    1.1.3 磁感应成像技术检测脑疾病的意义  16-17
  1.2 人体颅脑的阻抗特性  17-20
    1.2.1 人体头部的电特性  17-19
    1.2.2 人体头部的磁特性  19-20
  1.3 颅脑磁感应阻抗成像研究现状  20-22
    1.3.1 MIT实验系统的研究发展  20-21
    1.3.2 颅脑MIT仿真研究发展  21-22
  1.4 本文主要研究工作  22-24
第二章柱形MIT系统仿真与研究  24-38
  2.1 MIT理论基础  24-26
    2.1.1 MIT系统的检测原理  24-25
    2.1.2 MIT涡流正问题的提出  25
    2.1.3 基于有限元法对涡流正问题的求解  25-26
  2.2 柱形MIT系统仿真  26-28
    2.2.1 柱形MIT系统建模  26-27
    2.2.2 加载求解  27-28
  2.3 均匀介质时柱形MIT系统仿真分析  28-32
    2.3.1 均匀介质时的仿真结果  28-30
    2.3.2 激励频率对系统三维磁场的影响  30-31
    2.3.3 激励线圈尺寸对系统三维磁场的影响  31
    2.3.4 激励线圈匝数对系统三维磁场的影响  31-32
  2.4 非均匀介质时柱形MIT系统仿真分析  32-35
    2.4.1 非均匀介质时的仿真结果  32-34
    2.4.2 扰动物的大小对系统三维磁场的影响  34
    2.4.3 扰动物的个数对系统三维磁场的影响  34-35
  2.5 基于旋转检测的后半场相位  35-36
  2.6 本章小结  36-38
第三章颅脑解剖结构及三维模型的建立  38-48
  3.1 大脑的保护系统  38-40
    3.1.1 头皮  38
    3.1.2 颅骨  38-39
    3.1.3 脑脊液  39
    3.1.4 脑的被膜  39-40
  3.2 大脑的内部结构  40-42
    3.2.1 三位一体脑结构  40-41
    3.2.2 左右脑  41
    3.2.3 大脑的四个脑叶  41-42
  3.3 人体颅脑电导率  42-43
  3.4 颅脑疾病MIT阻抗成像的生物物理基础  43
  3.5 三维颅脑模型建立  43-47
    3.5.1 两层颅脑模型  43-44
    3.5.2 基于CT图片建立颅脑模型  44-47
  3.6 本章小结  47-48
第四章基于颅脑阻抗的MIT三维仿真  48-59
  4.1 颅脑MIT系统建模  48-49
  4.2 模拟头部各电导率的阻抗模型  49-50
  4.3 基于Workbench的体外网格剖分  50-53
  4.4 基于颅脑阻抗的MIT三维仿真结果  53-58
  4.5 本章小结  58-59
第五章面向脑血肿疾病的MIT仿真分析  59-68
  5.1 健康情况下颅脑MIT三维仿真分析  59-61
    5.1.1 激励频率的改变对颅脑模型三维磁场的影响  59-60
    5.1.2 激励线圈尺寸的改变对颅脑模型三维磁场的影响  60-61
    5.1.3 颅脑阻抗MIT与柱形MIT结果对比  61
  5.2 脑血肿的MIT三维仿真分析  61-65
    5.2.1 MIT涡流场变化与血肿体积的关系  61-63
    5.2.2 MIT涡流场的变化与血肿电导率的关系  63-64
    5.2.3 MIT涡流场的变化与血肿位置的关系  64-65
  5.3 基于旋转检测的血肿阻抗后半场相位  65-66
  5.4 本章小结  66-68
第六章结论与展望  68-70
参考文献  70-73
在学研究成果  73-74
致谢  74

颅脑阻抗特性三维建模及磁感应成像仿真研究

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