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感应式磁声成像正问题仿真与实验研究

作　者: 许国辉
导　师: 殷涛；刘志朋
学　校: 中国协和医科大学
专　业: 生物医学工程
关键词: 感应式磁声成像(MAT-MI) 正问题脉冲磁场感应电流声压边界条件有限元法 Comsol Multiphysics
分类号: R318.0
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

电磁功能成像中,生物组织电特性如电导率、介电常数、电磁吸收系数等是反映组织状态变化的敏感参数,基于这些物理参数的图像重建将提供更多关于组织生理和病理的信息,可被用作疾病的早期诊断。传统EIT中,屏蔽效应和病态逆问题给阻抗断层图像重建带来空间分辨率低等问题,并且深度对测量的影响非常严重,随着离边界电极距离的增加,测量数值对材料电特性的变化的敏感度急速下降。逆问题的不适定是由于由边界测量获得物体内部阻抗分布信息不足,一种有益的尝试是基于多物理场交互作用增加由边界测量得到的信息。感应式磁声成像(MAT-MI)是在基于磁声耦合效应组织电特性成像技术基础上发展起来的一种新型的成像方法和技术。贺斌等研究者2005年首先提出了感应式磁声成像(MAT-MI),进行了相应的理论研究和实验研究。它的基本原理是将一物体置于一静磁场和一交变磁场中,交变磁场将在物体内部感应产生涡电流,涡电流在静磁场耦合作用下产生洛仑兹力,力致振动发射声波,在物体四周放置探头拾取声信号可以重建图像。本文提出了一种用于感应式磁声成像正问题求解的有限元计算方法,在一电导率分层均匀分布的双层球模型中,计算得到通入电流的线圈的磁通密度分布,继而得到感应电流和声压的分布。仿真实验证明,该方法适用于对任意形状和电导率分布的电磁场、声场计算。本文还设计了用于感应式磁声成像的实验系统,实现了用于感应式磁声成像的激励源发生装置。对激励空间区域内的脉冲磁场进行了检测,检测结果与仿真实验结果一致。本文在准静态情况下忽略位移电流的影响,并假设声各向同性,在组织中均匀传播无衰减。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章引言  8-14
  1.1 研究背景  8-11
  1.2 问题的提出  11-12
  1.3 研究目的和内容  12-13
    1.3.1 研究目的  12
    1.3.2 研究内容  12-13
  1.4 本文结构安排  13-14
第二章感应式磁声成像基本原理  14-21
  2.1 感应式磁声成像基本原理  14
  2.2 组织的电特性和声特性  14-15
  2.3 正问题的提出  15-16
  2.4 正问题数学物理公式推导  16-19
  2.5 结果与讨论  19-21
第三章正问题的有限元仿真  21-43
  3.1 有限元方法  21
  3.2 有限元求解步骤  21-26
  3.3 多物理场计算平台Comsol Multiphysics  26-27
  3.4 仿真实验  27-41
  3.5 剖分对计算的影响,收敛性研究  41-42
  3.6 结论  42-43
第四章激励源参数研究  43-51
  4.1 激励源产生原理  43
  4.2 不同的激励源仿真实验  43-50
  4.3 结论  50-51
第五章感应式磁声成像激励源实现  51-57
  5.1 实验原理  51
  5.2 电磁铁  51-52
  5.3 脉冲磁场产生线圈的研制  52-53
  5.4 盐水槽设计  53-54
  5.5 测量实验  54-56
    5.5.1 自制线圈磁场测量实验  54-55
    5.5.2 恒磁场磁场测量实验  55-56
  5.6 小结  56-57
第六章总结和展望  57-58
  6.1 论文工作总结  57
  6.2 问题和展望  57-58
参考文献  58-62
发表文章  62
在学期间参加的科研项目  62-63
致谢  63-64
附:综述文章  64-69

感应式磁声成像正问题仿真与实验研究

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