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注入电流式磁声耦合成像实验研究

作　者: 欧德平
导　师: 刘志朋
学　校: 北京协和医学院
专　业: 生物医学工程
关键词: 注入式磁声耦合几何模型实验设计信号检测
分类号: R31
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 36次
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内容摘要

长期以来,生物组织电特性研究引起了多个领域专家的广泛关注。研究显示,不仅生物组织电特性差异大,且组织和器官的电特性随其功能状态而改变,故组织电特性成像可反映人体生理、病理状态及其变化。利用无损技术检测生物组织的电特性对临床诊断,尤其是癌症的早期诊断具有重要意义。注入式磁声耦合成像是对组织电特性无损检测的一种方法,其原理为将被测生物组织置于稳恒磁场中,并对其施加脉冲电场,组织内的离子在正交的磁场和电场作用下将受到洛伦兹力作用,力致振动发射声波,在组织周围放置声传感器检测声响应信号即可了解组织内部的电特性信息。本文旨在对注入式磁声耦合成像进行简单模型仿真和实验研究。在仿真研究中分别建立了圆形环、同心圆环、有孔圆片模型,借助有限元分析软件仿真模型中施加于其上的电流密度分布,并计算求得声振动源分布及空间声场分布。实验研究中,本文首先对不同激励脉冲作用下产生的磁声信号进行研究,选定正弦脉冲信号为实验研究的激励信号。当探头在某一位置沿不同角度采集磁声信号时,信号强度存在差异,探头旋转一定角度后信号较为微弱。对不同形状模型下产生的声信号进行检测和分析,证明了磁声耦合效应用于组织电特性成像的可行性。选用电特性与生物组织接近的凝胶作为实验对象,产生的声信号较为微弱但可反映出样本边界信息。声信号采集实验中信号频段为1MHz量级,能有效避免外界低频噪声干扰,信号的信噪比较高。在成像实验研究中,通过旋转探头和沿圆周运动扫描样本采集数据,用直接反投影方法重建图像可以反映出样本的基本形状。本文通过不同实验模型对磁声耦合成像进行声信号检测及初步成像研究,取得较好实验结果,对磁声耦合成像的深入研究也具有重要意义。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章绪论  9-15
  1.1 研究背景及意义  9-10
  1.2 问题的提出  10-11
  1.3 国内外研究现状  11-12
  1.4 研究目的和内容  12-13
    1.4.1 研究目的  12-13
    1.4.2 研究内容  13
  1.5 本文结构与安排  13-15
第二章磁声耦合成像基本原理  15-24
  2.1 组织的电特性和声特性  15-19
    2.1.1 组织的电特性  15-17
    2.1.2 组织的声特性  17-19
  2.2 麦克斯韦方程组与洛伦兹力  19-21
  2.3 注入式磁声耦合电特性成像  21-23
  2.4 本章小结  23-24
第三章注入式磁声耦合声信号特征分析  24-33
  3.1 有限元方法及求解步骤  24-25
    3.1.1 有限元方法  24
    3.1.2 有限元求解步骤  24-25
  3.2 多物理场计算平台Comsol Multiphysics  25-26
  3.3 仿真实验一  26-30
  3.4 仿真实验二  30-32
  3.5 小结  32-33
第四章注入式磁声信号检测系统  33-40
  4.1 磁声耦合成像实验平台介绍  33-34
  4.2 激励源  34-37
    4.2.1 稳恒磁场  34-35
    4.2.2 脉冲激励信号  35-37
  4.3 信号采集系统  37-39
    4.3.1 传感器  37-38
    4.3.2 信号预处理器  38-39
    4.3.3 数据采集  39
  4.4 小结  39-40
第五章注入式磁声耦合成像实验  40-56
  5.1 磁声信号采集实验  40-52
    5.1.1 实验目的  40
    5.1.2 实验方法  40-51
      5.1.2.1 不同脉冲激励信号  40-44
      5.1.2.2 不同角度  44-46
      5.1.2.3 不同形状模型  46-48
      5.1.2.4 铝片  48-49
      5.1.2.5 凝胶  49-51
    5.1.3 结果讨论  51-52
  5.2 初步成像实验  52-55
    5.2.1 实验目的  52
    5.2.2 实验设计  52-53
    5.2.3 实验结果与分析  53-55
      5.2.3.1 圆形环  53-54
      5.2.3.2 圆环  54-55
  5.3 小结  55-56
第六章总结与展望  56-58
  6.1 论文工作总结  56-57
  6.2 展望  57-58
参考文献  58-62
研宄生期间发表论文  62
研宄生期间参与科研项目  62-63
致谢  63

注入电流式磁声耦合成像实验研究

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