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一种颅内损伤快速检测方法的基础研究

作　者: 李英一
导　师: 董秀珍；付峰；刘锐岗
学　校: 第四军医大学
专　业: 生物医学工程
关键词: 对称电极电压差电压差异千分数琼脂头模型 EIT
分类号: R318
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 21次
引　用: 1次
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内容摘要

颅内损伤严重威胁病人的生命,早期诊断和治疗对于提高患者生存率和出院后的生活质量至关重要。目前能够实现颅内损伤早期检测与实时监护的无损辅助诊断设备还很少。研究表明,当发生颅内损伤时,病变组织的电阻抗会发生改变,通过检测这种阻抗的变化,可以反映病变的情况。目前利用阻抗进行颅内损伤早期检测所进行的研究主要集中在电阻抗断层成像(Electrical Impedance Tomography,EIT)、磁感应断层成像(Magnetic Induction Tomography,MIT)以及一维阻抗检测方法等。本文以一维电阻抗方法为对象,进行了利用对称电极电压差异检测颅内损伤的基础研究,方法为沿着头部的矢状轴注入安全电流,由于一般人的头部是左右对称的,故在正常情况下左右两侧对称位置电极对的电压差很小。当颅内发生损伤,比如出血或者缺血,必然导致电压差增大,由此即可判断异常的发生。本文主要从仿真头模型的实验以及物理头模型的实验两个方面进行了如下研究:1.基于Ansoft进行的对称电极电压差异的仿真研究利用Ansoft Maxwell电磁场有限元分析软件,针对无头皮和无颅骨层的单层头模型、有头皮和有颅骨层的三层头模型,计算了在对向输入激励时对称位置电极对的电压差异。单层头模型为一个底面直径20cm,高2cm的圆柱体,内部电导率为0.24s/m,用来模拟脑。三层头模型为三个同轴圆柱体,由内至外的底面直径分别为18cm,19cm和20cm,高为2cm,每层电导率分别为0.24s/m、0.014s/m和0.24s/m,分别用来模拟脑、颅骨和头皮;设置头模型内部扰动立方体琼脂边长为2cm,电导率为0.67s/m,用以模拟颅内出血;激励电极直径为1cm,厚度约1mm。针对两种头模型的计算结果表明:在无琼脂扰动的情况下,左右两侧对称位置电极对的电压差等于零;在扰动存在并且不以激励电极对的连线为对称轴的情况下,左右两侧对称位置电极对的电压差不再为零。2.基于头部物理模型的实验研究在头部物理模型实验中主要进行了以下两部分研究:A:琼脂的制备与电导率测定实验研究采用固定质量的水、琼脂粉以及不同质量的Nacl制备不同电导率的琼脂。实验采用微波炉加热琼脂溶液的方式,改变了以前使用酒精灯导致的受热不均匀、加热速度慢的情况。制备出的琼脂均匀性好,特性稳定。在密封的条件下,在室温状态即可长期保存。使用Solartron 1255B频谱测量仪加1294阻抗接口采用四电极法测量琼脂的电导率。方法为将不同配比的琼脂溶液分别注入四电极阻抗频谱测量装置内,在20℃室温下冷却8小时后,多次测量其在10k与100k之间的阻抗,通过公式计算电导率的值。分析表明,琼脂的电导率与加入的Nacl的质量近似成线性关系,并且随时间和频率的变化波动不大。B:基于物理模型进行采用对称电极电压差异检测可行性的实验研究采用第四军医大学EIT课题组自行研发的EIT图像监护成像系统,利用新型头部物理模型分别在无石膏颅骨和有石膏颅骨两种情况下进行了琼脂在同一平面不同位置的实验、琼脂在不同平面相同位置的实验以及不同琼脂在同一平面相同位置的实验。研究表明:采用对称电极电压差异的检测方法能够捕捉到扰动的存在与变化,电压差异的大小与扰动的位置、大小等因素有关系。实验结果与仿真结果变化趋势吻合,证明了此方法具有一定的可行性。本文的工作为利用一维电阻抗方法快速检测颅内损伤提供了进一步的基础研究支撑。

全文目录

缩略语表  6-7
中文摘要  7-10
英文摘要  10-13
前言  13-14
文献回顾  14-19
正文  19-58
  1 对称电极电压差异检测的理论分析及利用Ansoft进行的仿真实验研究  19-37
    1.1 对称电极电压差异分析  19-20
    1.2 边界电压的求解方法  20-24
      1.2.1 EIT电磁场的数学描述  20-21
      1.2.2 利用有限元方法解EIT正问题  21-24
    1.3 基于Ansoft的对称电极电压差异的仿真  24-36
      1.3.1 单层圆柱模型构建及仿真  24-32
      1.3.2 三层同轴圆柱模型构建及仿真  32-36
    1.4 小结  36-37
  2 基于头部物理模型的实验研究  37-58
    2.1 琼脂电阻率的测定实验研究  37-46
      2.1.1 琼脂的制备及测量方法  37-41
      2.1.2 琼脂电阻率影响因素研究  41-46
      2.1.3 小结  46
    2.2 利用琼脂进行电阻率扰动实验研究  46-58
      2.2.1 实验目的  46
      2.2.2 材料与方法  46-48
      2.2.3 相同琼脂在同一平面不同位置的实验研究  48-52
      2.2.4 相同琼脂在不同平面相同位置的实验研究  52-56
      2.2.5 不同琼脂在同一平面相同位置的实验研究  56-57
      2.2.6 小结  57-58
小结  58-60
参考文献  60-65
个人简历与研究成果  65-66
致谢  66

一种颅内损伤快速检测方法的基础研究

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