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基于磁感应生物阻抗成像的电磁场正问题研究

作　者: 灵芝
导　师: 柯丽；陈红
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 生物医学工程
关键词: 磁感应断层成像有限元法模型参数检测灵敏度
分类号: R310
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

磁感应断层成像（MIT）是一种新兴的生物组织电特性成像方法，该方法通过检测涡流信号提取成像区域的电特性信息，并用图像重建方法获取图像。MIT检测灵敏度直接影响到成像质量和速度，而MIT模型参数又与检测灵敏度密切相关。其中电磁场正问题作为其系统设计和重建方法的基础成为MIT研究中的重要部分。本文结合电磁感应原理、涡流检测理论、场—路耦合有限元方法研究MIT电磁场正问题。首先，根据人体头部的结构，建立了含有病变和无病变的人体头部模型作为MIT的检测对象。并建立激励源（激励线圈）模型，研究在被检测体中的磁场分布，获得MIT系统模型的几何参数范围。其次，采用场—路耦合有限元法，在改变激励、检测线圈几何尺寸（半径、线径、匝数）、激励频率、激励电压、激励线圈与被检测体距离条件下，分别在包含有病变组织和无病变组织两种情况下进行仿真计算，研究被检测体轴向磁感应强度变化及检测线圈中的感应电压。通过对轴向磁感应强度变化梯度和检测线圈感应电压的幅值和相位差，给出提高MIT检测灵敏度的激励线圈相关参数。另外，含有磁芯及检测线圈与激励线圈同侧、异侧两种空间位置情况下，分析其对检测灵敏度的影响。最后，通过仿真实验研究了病变组织空间位置、电导率大小、半径大小对轴向磁感应强度、感应电压幅值、感应电压相位的影响。结果表明，本文所设计的仿真算法与模型能够模拟简单的实际测量情况，对MIT系统设计具有重要的指导意义。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-17
  1.1 生物电阻抗成像技术  10-12
    1.1.1 生物电阻抗成像技术的临床需求及研究意义  10-11
    1.1.2 生物电阻抗成像技术分类  11
    1.1.3 生物电阻抗成像技术展望  11-12
  1.2 基于磁感应断层成像的生物阻抗成像技术  12-14
    1.2.1 磁感应断层成像技术检测方法  12-13
    1.2.2 磁感应断层成像研究现状  13-14
  1.3 磁感应断层成像技术的关键问题  14-15
  1.4 本文主要研究工作  15-17
第二章磁感应断层成像原理及基础研究  17-30
  2.1 磁感应断层成像原理  17-19
    2.1.1 磁感应断层成像系统  17-18
    2.1.2 MIT 检测原理  18-19
  2.2 人体头部模型的建立  19-20
  2.3 MIT 模型的建立与参数分析  20-29
    2.3.1 不同激励半径的MIT 模型建立  23-26
    2.3.2 不同激励线径的MIT 模型建立  26-28
    2.3.3 不同激励匝数的MIT 模型建立  28-29
    2.3.4 结论  29
  2.4 本章小结  29-30
第三章 MIT 三维场路耦合仿真计算  30-40
  3.1 MIT 中场-路耦合问题的提出  30-34
    3.1.1 场-路耦合物理模型  30-31
    3.1.2 场-路耦合有限元求解  31-34
  3.2 MIT 场-路耦合问题的有限元法实现  34-39
  3.3 本章小结  39-40
第四章 MIT 中激励线圈与检测线圈的设计  40-68
  4.1 激励线圈结构参数对检测灵敏度的影响  40-46
    4.1.1 不同激励线圈几何尺寸对轴向磁感应强度的影响分析  40-42
    4.1.2 不同激励线圈几何尺寸对检测灵敏度的影响  42-46
    4.1.3 结论  46
  4.2 激励频率对检测灵敏度的影响  46-51
    4.2.1 MIT 激励频率分析  46-47
    4.2.2 MIT 激励频率对检测灵敏度的影响  47-51
    4.2.3 结论  51
  4.3 含铁氧体磁芯的MIT 线圈对检测灵敏度的影响  51-60
    4.3.1 磁芯材料的选择  52-53
    4.3.2 含铁氧体磁芯线圈的MIT 仿真计算和对比分析  53-60
  4.4 激励电压对检测灵敏度的影响分析  60-61
  4.5 激励线圈与被检测体距离对检测灵敏度的影响研究  61-62
  4.6 MIT 中检测线圈的设计  62-65
    4.6.1 检测线圈半径与检测灵敏度的关系  62-63
    4.6.2 检测线圈线径与检测灵敏度的关系  63-64
    4.6.3 检测线圈匝数与检测灵敏度的关系  64-65
  4.7 检测线圈与激励线圈同侧、异侧比较  65-67
  4.8 本章小结  67-68
第五章 MIT 被检测体与检测灵敏度关系研究  68-72
  5.1 被检测体位置对检测灵敏度的影响  68-70
    5.1.1 被检测体在X 轴上移动  68-69
    5.1.2 被检测体在Z 轴上移动  69-70
  5.2 被检测体电导率灵敏度分析  70
  5.3 被检测体大小灵敏度分析  70-71
  5.4 本章小结  71-72
第六章结论  72-74
参考文献  74-76
在学研究成果  76-77
致谢  77

基于磁感应生物阻抗成像的电磁场正问题研究

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