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基于磁声耦合效应的电导率图像重建研究

作　者: 李经宇
导　师: 刘志朋；殷涛
学　校: 中国协和医科大学
专　业: 生物医学工程
关键词: 磁声耦合效应洛仑兹力电导率图像重建
分类号: R318.0
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

当生物组织发生损伤、病变时,组织内各类化学物质所带电荷量和电荷的空间分布将发生变化,宏观上表现为病变部位组织的电特性(电阻抗、电导率、介电常数)发生改变,因此通过对组织电特性的检测就可以得到组织的病变信息。检测生物组织电特性并进行成像已逐渐成为医学成像研究的一个新热点。主要的电特性成像方法有：电阻抗断层成像(EIT)、磁共振电阻抗成像(MREIT)、霍尔效应成像(HEI)和磁声耦合成像(MAT-MI)等。磁声耦合成像将生物电阻抗测量与声信号检测相结合,以期得到一种高分辨率同时低成本的电特性检测技术。磁声耦合成像的原理是将被测组织置于一稳恒磁场中,同时施加相同方向交变磁场,交变磁场在具有电特性的组织内产生感生电流,感生电流在垂直磁场方向受到洛伦兹力的作用,使组织内带电粒子发生振动产生声波。在组织周围放置声传感器接收声信号,通过对声信号进行处理,重建得到组织内部电特性分布图。本文假设被测组织的声场各向同性,声音在生物组织内部传播时,其声速保持一致。同时将被测组织体看作是振动点源模型,即组织体内由一系列相互独立的质点构成,发射声波时,各个质点之间的声波互不影响。模拟被正常组织包裹的癌变组织,首先建立了双层同心球模型,之后在双层同心球模型的基础上,研究电导率连续分布和混合分布的情况,并进行了仿真分析,验证了应用磁声耦合成像对电导率边界进行功能成像的可行性。同时,对仿真结果显示重建的电导率分布数据和原始电导率数据进行比较,进一步研究磁声耦合成像的分辨率。在建立数学模型和进行仿真实验的基础上,本文设计了磁声耦合成像实验平台,以期对实验和仿真结果进行比较。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章绪论  9-13
  1.1 研究背景  9
  1.2 问题的提出  9-10
  1.3 国内外研究现状  10
  1.4 研究目的和内容  10-13
    1.4.1 研究目的  10-11
    1.4.2 研究内容  11-12
    1.4.3 文章结构安排  12-13
第二章多场耦合成像基础理论  13-25
  2.1 电生理基础  13-15
    2.1.1 细胞和组织的电学特性  13
    2.1.2 生物组织电特性  13-15
  2.2 电磁学基础  15-19
    2.2.1 麦克斯韦方程组  15-18
    2.2.2 洛伦兹力  18-19
  2.3 多场耦合成像方法  19-24
    2.3.1 磁共振电阻抗成像  19-20
    2.3.2 磁感应成像  20-21
    2.3.3 霍尔效应成像  21-23
    2.3.4 磁声耦合成像  23-24
  2.4 小结  24-25
第三章双层同心球模型  25-39
  3.1 同心球模型的建立  25
  3.2 正问题  25-27
    3.2.1 理论基础  26
    3.2.2 振动源数据的获得  26-27
    3.2.3 声压数据的获得  27
  3.3 逆问题  27-30
    3.3.1 理论基础  27-29
    3.3.2 重建图像的获得  29-30
  3.4 仿真工具Matlab  30-32
  3.5 仿真结果及分析  32-38
    3.5.1 正问题  32-35
    3.5.2 逆问题  35-38
  3.6 小结  38-39
第四章电导率连续分布模型  39-54
  4.1 问题的提出  39
  4.2 模型参数设定  39
  4.3 仿真重建结果  39-45
    4.3.1 直接重建图像  39-43
    4.3.2 对畸变点进行处理后的重建图像  43-45
  4.4 重建效果分析  45-48
    4.4.1 重建效果分析  46-47
    4.4.2 重建质量和电导率变化关系  47-48
  4.5 电导率混合分布  48-53
    4.5.1 正问题  48-51
    4.5.2 逆问题  51-53
  4.6 小结  53-54
第五章磁声耦合成像实验平台设计  54-58
  5.1 实验平台基本原理  54
  5.2 实验装置  54-57
  5.3 实验步骤  57
  5.4 小结  57-58
第六章总结和展望  58-60
参考文献  60-62
发表文章  62
在学期间参加科研项目  62-63
致谢  63-64
综述  64-72

基于磁声耦合效应的电导率图像重建研究

内容摘要

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