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磁感应相移谱技术检测脑出血的实验研究

磁感应相移谱技术检测脑出血的实验研究

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作者：潘文才第三军医大学

学位级别：硕士

研究背景和目的:脑出血(intracranial hemorrhage,ICH)是颅脑内血管破裂导致的颅腔内出血性病变。世界卫生组织心血管病人群监测(WHO-MONICA)调查数据显示,脑卒中发生率逐年增长,中国以每年约9%的速率上升,约30%的发病者死亡,多数的生... 详细信息

研究背景和目的:脑出血(intracranial hemorrhage,ICH)是颅脑内血管破裂导致的颅腔内出血性病变。世界卫生组织心血管病人群监测(WHO-MONICA)调查数据显示,脑卒中发生率逐年增长,中国以每年约9%的速率上升,约30%的发病者死亡,多数的生存者遗留有不同程度残障。脑出血是卒中的第二大类型,具有高发生率、高致残率、高致死率和高治疗费用的特点,对人类的生命和健康造成严重威胁,并对社会和家庭造成严重经济负担重。早期诊断和及时治疗是降低脑出血危害的最有效方法。目前,常用的脑出血检测方法主要有计算机断层扫描成像(computer tomography,CT)、正电子发射断层扫描成像(positron emission tomography,PET)和核磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)等影像学方法。这些昂贵的设备无法在欠发达地区使用和普及,而且存在体型庞大,无法进行床旁和急救现场监护等问题。磁感应相移(magnetic inductive phase shift,MIPS)检测技术是一种新兴的技术,它具有非接触、无创伤、小型化、低成本和可以进行连续床旁监护的特点,是检测脑出血的一种新方法。为了研究更宽频带上的脑出血MIPS特性和获取更多有用的MIPS测量信息,本研究提出了磁感应相位移谱(magnetic inductive phase shift spectroscopy,MIPSS)检测方法,以期为MIPS技术检测脑出血提供指导。为实现该目标,本论文的工作分为以下两个部分。第一部分:1.基于矢量网络分析仪(vector network analyzer,VNA)建立MIPSS检测系统。以Agilent E5061A射频VNA作为MIPSS检测系统的信号发生器、数据采集单元、鉴相和显示单元。按照家兔头部尺寸,设计了同轴平行单激励线圈-单接收线圈(single coil–coil)。MIPSS检测系统,具备四个独立的测量通道,不仅可以测量被测组织的传输特性,还可以测量被测组织的反射特性,具有幅度、相位、阻抗等多种数据格式,可测量的频率范围:300 k Hz-1.5 GHz,扫描时间为25 ms(201点,中频带宽30 k Hz),鉴相精度达到0.01°,能够满足测量物理模拟实验和家兔脑出血实验的要求。2.线圈空间参数实验研究线圈空间的mips检测灵敏度,以确定在动物实验中家兔头部的放置位置和注血点位置。在该实验中,选取传感器线圈内15个具有代表性的空间点,逐个测量注入4ml0.9%生理盐水引起的mips变化。实验结果显示距离激励线圈越近,越靠近线圈边缘,mips的检测灵敏度越高。考虑到家兔头部尺寸、几何结构和mips检测灵敏度等因素,在动物实验中,家兔头部放置于接近激励线圈,中轴线靠下的位置,最佳的注血点为(0,3,3)。3.注射和抽取不同电导率、不同体积的盐水模拟实验,初步研究mipss变化规律。在该实验中,配制了四种不同电导率的nacl溶液,制作了含两层结构的物理模型。向物理模型注入或抽取10ml不同电导率的溶液,和注入或抽取不同体积的同种溶液,采用频率从1mhz到1ghz进行mipss测量。实验结果显示,对于两层结构的物理模型,低频带的mipss值较小,高频带的mipss很大,注入和抽取的相位差趋势相反。在注入或抽取相同体积的条件下,高频带的相位差大小与溶液的电导率成负相关,而在低频带相位差大小与溶液的电导率成正相关。在同种溶液的条件下,整个频带上相位差的大小与注入或抽取的溶液体积成正相关。第二部分:1.以家兔为实验对象,采用自体血注入法建立4个不同的脑出血状态,分别为术前、术后、注血1ml和注血2ml。在mipss检测系统上分别测量了13只家兔4个不同状态的脑出血,获得了频率从1mhz到200mhz家兔脑出血mipss数据。选取mipss数据效果最优的特征频带进行处理和分析,采用了非参数多重比较秩和检验(friedmanmtest)对特征频带下的mipss作显著性差异分析,并根据特征频带下脑出血mipss的特点设计了能够判断脑出血严重程度的方法,即b-f分布图。实验结果显示,对于组织成份和结构复杂的家兔,低频带的mipss值比高频带的mipss大。另外,s21功率幅值越大的频带,其对应的mipss就越大,说明了mipss检测灵敏度具有频率依赖性。friedmanmtest结果显示特征频带下4个不同状态脑出血的mipss具有显著性差异。特征频率下,术前、术后、注血1ml和注血2ml分别产生的平均相位差为-0.2373°±0.3126°、-0.5031°±0.9257°、-3.4449°±1.4208°和-5.6422°±1.5761°。b-f分布图不仅能有效地判别出脑

关键词：磁感应相位移谱生物组织介电特性谱脑出血

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动态感应电流电阻抗断层成像算法及物理模型成像的研究

动态感应电流电阻抗断层成像算法及物理模型成像的研究

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作者：马建英第四军医大学

学位级别：硕士

动态感应电流电阻抗断层成像(ICEIT)是电阻抗断层成像(EIT)技术的一个重要的分支，它改传统的EIT以注入电流驱动为感应电流驱动，能显著地改善成像区域内部的电流分布状况，使得测量所得的边界电压能反映更多的区域内部的信息。其缺点... 详细信息

动态感应电流电阻抗断层成像(ICEIT)是电阻抗断层成像(EIT)技术的一个重要的分支，它改传统的EIT以注入电流驱动为感应电流驱动，能显著地改善成像区域内部的电流分布状况，使得测量所得的边界电压能反映更多的区域内部的信息。其缺点是重构算法复杂，计算量大，对硬件系统的精度要求较高。目前的ICEIT成像质量尚不够理想。本课题重点针对目前动态ICEIT成像算法中存在的若干缺点，在已有算法的基础上，提出了新的成像算法，有效地克服了这些缺点，改善了成像质量。具体作了以下工作： 1．对ICEIT的数学模型进行研究，使成像算法有比较完善的理论推导。 2．对目前用于ICEIT的敏感矩阵法和牛顿迭代法进行研究，提出新的成像算法—迭代敏感矩阵法。 3．针对目前ICEIT成像算法中存在且难以克服的未知数比方程数多的问题，提出一种改进的算法—自适应分组算法。 4．将数学中的BFGS变尺度法应用于ICEIT的成像，改善了成像结果。 5．在MATLAB上构建了一个较为完善的ICEIT软件实验工具包。第四军医大学硕士学位论文 6．应用本文提出的算法进行了仿真成像研究，与其他算法进行了比较，并进行了抗噪声的实验。 7．对基于物理模型的实测数据进行了动态成像。采用本课题组研制的32 电极感应电流电阻抗断层成像硬件系统并测量物理模型上的电压数据。背景为不同浓度的NaCI溶液。被测目标为各种具有较高电导率的物体，以及玻璃器皿等绝缘体。仿真目标的动态成像表明：重构的电导率分布接近于预设的仿真目标和背景，重构误差小，数值较准确：目标图像比较清晰，与背景的对比度较大;背景基本均匀。基于物理模型的实测数据的成像结果表明：BFGS变尺度法抗噪性能较好，图像的背景比较均匀，目标清晰;目标图像的大小与实际大小接近，定位较准确。迭代敏感矩阵法的抗噪性能较弱，图像背景欠均匀，目标可以反映出来，定位较准确。进一步的研究是建立的完善的ICEIT的数学模型，快速算法，三维成像，电导率实、虚部成像，无接触测量等。

关键词：感应电流,电阻抗断层成像,动态成像,重构算法,物理模型,有限元方法

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磁感应脑监护实验装置检测冲击伤早期脑出血的动物实验研究

磁感应脑监护实验装置检测冲击伤早期脑出血的动物实验研究

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作者：杨骏中国人民解放军陆军军医大学

学位级别：硕士

研究背景和目的:随着科学技术的不断发展,现代战争模式跟以往相比发生了根本性的变化,以战机轰炸与中远程制导武器精确毁伤结合的空天地立体打击,力求使用高尖端爆炸武器远距离摧毁敌方的指挥系统和电力系统。由于高能爆炸武器的应用贯... 详细信息

研究背景和目的:随着科学技术的不断发展,现代战争模式跟以往相比发生了根本性的变化,以战机轰炸与中远程制导武器精确毁伤结合的空天地立体打击,力求使用高尖端爆炸武器远距离摧毁敌方的指挥系统和电力系统。由于高能爆炸武器的应用贯穿战争全过程,使得伤员的伤情从传统的枪弹伤、破片伤居多变为冲击伤、爆炸伤居多。经统计表明,战场上颅脑战创伤的比例越来越高,而闭合性颅脑出血（Closed Cerebral Hemorrhage,CCH）是颅脑战创伤中极为常见的伤情。CCH是由冲击波或钝器直接作用于人体头部或因冲击波及其他外力使头部发生移动所导致。其原发性损伤包括颅骨骨折、组织变形、血管撕裂、细胞损伤等,因原发性损伤可引发进一步脑病理性、功能性恶化。如果CCH伤员在早期没有被检测出来,导致延误最佳治疗时间,多引起瘫痪甚至死亡。目前我军对于CCH因战场条件与伤员情况的限制无法通过计算机断层成像（Computed Tomography,CT）和颅内压（Intracranial Pressure,ICP）监测方法来诊断判别,而是使用格拉斯哥评分法（Glasgow Coma Score,GCS）结合体征指标测量及以往诊断经验来判断CCH。鉴于以上检测方法的不客观性,本文提出一种新型检测方法——磁感应相位移（Magnetic Induction Phase Shift,MIPS）,它具有无创、非接触、便携和低成本的特点,能够在颅脑战创伤后立即开展早期检测和后送途中对伤员颅内病理活动实施连续监测。本研究基于MIPS基本理论和生物组织电导率频谱特性开展闭合性颅脑冲击伤脑出血早期磁感应检测实验研究,本文主要研究工作包括以下几个方面:（1）MIPS基本理论及检测CCH的理论研究。由MIPS基本理论可知,相位移变化与激励信号频率、被测目标电导率和系统几何尺寸有关。在激励信号频率和系统几何尺寸一定的条件下,可以检测颅内电导率来反映脑组织病、生理改变。文中根据颅内组织电导率分布规律建立了同轴单激励-单检测线圈和简单的电导率四层球脑模型。另外,并根据CCH的主要病理过程,分析出颅内整体平均电导率与MIPS成正比的理论关系。通过对生物组织电导率频谱特性的分析,发现生物组织在β色散域（0.1MHz00MHz）能反映不同介电特性脑组织间的界面驰豫,即在该频段进行磁感应检测,可以更好地反映CCH的病理变化信息。（2）磁感应脑监护实验装置是一种小型且便于卫生员使用的颅脑战创伤检测仪器。它是由激励信号源、信号分离模块、幅相接收机、信号处理与显示模块、磁感应检测传感器和高频同轴传输线六部分组成。该仪器最大扫频范围为300kHzGHz,最大扫描点数为1601,最大频率分辨率为1Hz,最大输出功率为10dBm。实验测量时,通道设置为反射参数和传输参数,数据格式确定为幅度和相位。磁感应检测传感器是用铜线缠绕有机玻璃管而成,通过在频率范围为300kHz00MHz仿真,结果发现在磁感应检测传感器空载时阻抗匹配频率点为67.14MHz,此频率下磁感应脑监护实验装置检测灵敏度最高。另外,通过磁场空间分布确定了在线圈中符合实验约束条件的最佳检测位置。（3）对液体冲击损伤模型、控制皮质撞击损伤模型、坠落损伤模型和爆炸损伤模型4种CCH动物模型进行分析。根据实验要求,最终采用了基于卧式生物撞击机BIM-Ⅱ的皮质撞击动物模型,该撞击机所产生的颅脑伤情更接近由战场钝器打击和爆炸冲击形成的伤情。它具备伤情再现性好、可重复性高、实验操作简单、动物死亡率低、固定损伤区域等优点。其中,卧式生物撞击机BIM-Ⅱ由高速气炮装置、高压气源、二次锤、限位架、基座、万向动物板台及控制台组成,可通过设置不同气压值来调整撞击力度。实验中,将22只家兔分为3组,损伤1组和损伤2组各10只,CT对照组2只。损伤1组和损伤2组分别以600kPa和650kPa的气压值撞击家兔头颅顶部规定位置,从而形成不同程度的2种CCH伤情。随后对家兔CCH动物模型进行了CT和病理实验,从而证明了本实验所用的动物模型不仅可以在规定损伤区域造成CCH,还能通过设置气压大小造成不同严重程度的CCH。（4）开展磁感应脑监护实验装置检测家兔CCH的实验研究。两个致伤组家兔均在300kHz00MHz频段内进行MIPS数据测量和分析。结果显示,两组家兔致伤前MIPS均小于0.8°。致伤后0min,损伤1组10只家兔的反射参数、传输参数平均相位移分别为6.24±1.93°、-3.77±1.64°,损伤2组10只家兔的反射参数、传输参数平均相位移分别为8.43±1.39°、-9.27±2.34°;致伤后30min,损伤1组10只家兔的反射参数、传输参数平均相位移分别为10.99±2.86°、-11.17±2.91°,损伤2组10只家兔的反射参数、传输参数平均相位移分别为

关键词：电磁波闭合性颅脑出血磁感应相位移非接触

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脑磁感应断层成像系统中软件鉴相方法的研究

脑磁感应断层成像系统中软件鉴相方法的研究

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作者：胡晓彦第四军医大学

学位级别：硕士

脑磁感应断层成像技术(Brain Magnetic Induction Tomography, BMIT),是一种利用电磁检测原理测量脑组织电导率分布的成像技术。放置于磁场中的脑组织因电磁感应作用产生涡流,涡流生成的磁场会对原磁场产生扰动,致使检测线圈的检测信号... 详细信息

脑磁感应断层成像技术(Brain Magnetic Induction Tomography, BMIT),是一种利用电磁检测原理测量脑组织电导率分布的成像技术。放置于磁场中的脑组织因电磁感应作用产生涡流,涡流生成的磁场会对原磁场产生扰动,致使检测线圈的检测信号和激励信号间产生相位差,其大小和脑组织的电导率大小成正比,通过对相位差进行测量,可以得到脑组织电导率的大小;在头的某一截面周围,进行一系列的相位差测量,采用图像重构算法,可实现对该截面脑组织电导率分布的成像。因此,对相位差的检测成为BMIT成像系统中的核心问题。目前,国际上相位检测方面的研究主要集中在硬件鉴相电路和降频技术方面,存在硬件设计复杂,抗干扰能力差,长久测量需要多次校准,精度难以提高等缺点。而软件鉴相方法仍然处于起步阶段,具有方便设计,不受外界条件干扰,便于同成像算法整合并优化,效率高等优点。本研究采用软件鉴相方法对BMIT相位检测系统进行改进,旨在实现一种低误差、高精度的软件鉴相方法。在对软件鉴相算法处理1MHz正弦信号的可行性分析基础上,借鉴降频处理技术的优势,采用LabView软件对数据采集卡编程,控制双路200KHz正弦信号的同步产生和采集,采用Matlab软件进行FFT法,相关法和经典法的编程,对采集信号进行处理。将产生的双路信号相位差分为1°0°,0.1°.9°,0.01°.09°三个区间输出,各区间内分别采用1°、0.1°、0.01°的步进,得到了不同步进条件下的软件鉴相结果,并将结果同锁相放大器SR844检测结果分别进行误差和非线性度分析。实现了FFT法和相关法0.1°的相位差分辨率。最终,构建了一整套包含信号产生、采集和处理的鉴相系统。通过Matlab编写的可行性分析软件实验,Labview与Matlab混合编程仿真实验,得出软件鉴相方法可以很好的应用在MIT检测系统中的结论,为进一步的研究打下了基础。本文主要内容包括: 1.通过对诸多信号处理方法的分析,选取适合系统设计的处理方法,证明软件鉴相的可行性;2.通过对数据采集卡的研究,利用Labview7.0编写信号生成和采集程序,实现双通道信号同步发生和采集;3.利用Matlab7.0编程,实现多种信号检测方法,对采集信号进行处理,实现软件鉴相;4.利用锁相放大器SR844对产生的信号进行模拟鉴相,并同软件鉴相结果比较分析;通过误差和线性度这两个评价指标,对模拟鉴相和软件鉴相性能进行评估,结果表明,在0.1°精度的要求下,FFT法和相关法分别具有-19.68dB和-19.06dB的高线性度,及-1.72dB和-2.76dB的误差,满足测量要求,实现了一种高精度的软件鉴相方法。

关键词：脑磁感应成像软件鉴相 FFT 相关检测经典法

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星状神经节后心下交感神经放电特征及其对心率调控模式的初步探讨

星状神经节后心下交感神经放电特征及其对心率调控模式的初步探讨

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作者：曹征涛第四军医大学

学位级别：硕士

在自主神经系统调节心血管功能的生理机制研究中,深入探讨神经放电的特征,有利于揭示自主神经系统放电活动模式以及在不同模式下放电活动的特点,从神经电生理学的角度加深对自主神经系统电活动的认识。在此基础上,将神经放电的特征与心... 详细信息

在自主神经系统调节心血管功能的生理机制研究中,深入探讨神经放电的特征,有利于揭示自主神经系统放电活动模式以及在不同模式下放电活动的特点,从神经电生理学的角度加深对自主神经系统电活动的认识。在此基础上,将神经放电的特征与心血管功能状态结合进行探讨,可以挖掘出自主神经电活动与心率变异的关系,进而理解自主神经调节心血管系统的规律,更有效的利用自主神经电活动提供的信息,特别是可以为新型心脏起搏器及其它心脏复苏设备的研究,提供可靠的生物物理和电生理依据。在自主神经放电的研究中,统计学分析、谱分析等常规方法已经不能够充分挖掘电活动中所包含的信息。随着非线性分析方法的发展,越来越显示出其在电生理信号分析中的优势,能提取出用常规方法所不能提取的信息。正是从以上的意义出发,我们利用了多种分析方法,特别是非线性分析,对心下交感神经电活动(Inferior Cardiac Sympathetic Nerve Activity, ICSNA)的特征及其对心率调控的模式进行了初步探讨,以较全面了解心下交感神经的放电规律,尽可能挖掘其与心率变异性的耦合关系,以ICSNA为一个窗口,较深入的探讨自主神经系统对心血管系统的调控规律。本文以猫为实验动物,进行了七次试验。在实验中构建了戊巴比妥

关键词：混沌分析分形分析复杂度分析重现量化分析心下交感神经电活动心率变异性

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MIT单通道测量电路的优化设计与实现

MIT单通道测量电路的优化设计与实现

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作者：吕华第四军医大学

学位级别：硕士

磁感应断层成像(Magnetic Induction Tomography, MIT)技术是一种新的非接触电导率断层成像技术,它是利用电磁检测原理测量生物组织电导率。 MIT成像技术在区分不同类型的脑水肿方面有着较为广阔的应用前景。由于MIT在脑电导率测量... 详细信息

磁感应断层成像(Magnetic Induction Tomography, MIT)技术是一种新的非接触电导率断层成像技术,它是利用电磁检测原理测量生物组织电导率。 MIT成像技术在区分不同类型的脑水肿方面有着较为广阔的应用前景。由于MIT在脑电导率测量中,目标是电导率很小的脑组织,所感应的涡流磁场相对很弱,易受外界磁场的干扰,这给硬件系统设计提出了更高的要求。本文针对课题组原设计的单通道测量系统所呈现出来的稳定性、可重复性差等一些问题和不足,重新研究和设计了MIT的硬件系统。突出的特点就是,设计中始终以提高系统灵敏度、降低系统相位噪声为根本指导原则,优化电路结构,对重要元器件进行筛选。具体工作包括: 1.激励源的重新设计与实现。选用高频率稳定度的恒温晶体振荡器作为激励发生源,采用高隔离度的无源器件——功率分配器形成同源参考信号。实现了一个频率稳定度达到0.4ppm水平的10MHz正弦波信号激励源;2.重新设计了适合在MIT激励-检测模式下工作的线圈

关键词：磁感应断层成像电导率涡流检测同轴线圈相位漂移相位噪声

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基于磁感应相移技术的脑水肿定量检测及其类型鉴别的动物实验研究

基于磁感应相移技术的脑水肿定量检测及其类型鉴别的动物实验研究

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作者：赵双琳中国人民解放军陆军军医大学

学位级别：硕士

脑水肿是创伤性脑损伤（Traumatic Brain Injury,TBI）和脑卒中（Cerebral Stroke,CS）后继发的致命病理状态。脑水肿发生后,由于细胞外液的过多集聚会引起颅内压的升高,从而导致神经功能受损,甚至会引起患者死亡。因此,脑水肿的实时监... 详细信息

脑水肿是创伤性脑损伤（Traumatic Brain Injury,TBI）和脑卒中（Cerebral Stroke,CS）后继发的致命病理状态。脑水肿发生后,由于细胞外液的过多集聚会引起颅内压的升高,从而导致神经功能受损,甚至会引起患者死亡。因此,脑水肿的实时监测对于TBI和CS患者的治疗和预后有积极作用。影像学方法和有创颅内压（Intracranial Pressure,ICP）监测是目前临床上常用的脑水肿监测手段,影像学设备可以无创获取患者脑部清晰的病变图像,但设备价格高昂,占地面积大,不能实现床旁实时监护,有延误诊断风险。有创ICP监测是目前神经外科领域主要的监测手段之一,但是该方法容易引起患者感染、出血等二次创伤。磁感应相移（Magnetic Induction Phase Shift,MIPS）技术基于生物组织电特性和电磁感应理论,具有无创、非接触、实时连续监测的优点。通过施加一定频率的激励信号,产生的主磁场作用于大脑诱导感应磁场,感应磁场的大小与大脑的电导率有关,进而可以反映生物组织的病理生理变化。本研究针对目前临床常见的TBI和CS后继发的脑水肿,建立相应的脑水肿动物模型,并搭建基于MIPS技术的脑水肿检测系统,进行24小时实时连续监测,探讨该技术用于脑水肿定量检测以及类型鉴别的可行性。主要研究工作如下:（1）MIPS与脑水肿病理学指标ICP、脑含水量（Brain Water Content,BWC）的关系研究。为深入研究MIPS与脑水肿病理变化之间的关系,探讨该技术用于脑水肿的定量检测,课题组前期基于该方法自主搭建了一套无创、非接触、实时连续的单通道监测系统实验平台,以硬脑膜外冷冻诱发家兔全脑水肿为研究对象,开展24小时MIPS同步ICP监测实验,平行实验利用干湿重测量法测量BWC。本研究内容在课题组前期工作的基础上,深入进行数据分析,建立MIPS与脑水肿常用病理学指标BWC、ICP的关系模型。根据实验结果,结合脑水肿发生后代偿机制,将整个24小时实验过程划分为:代偿期（0-6h）、失代偿期（6-18h）、末期（18-24h）。结合理论关系分析,通过相关性分析和拟合方法,研究MIPS分别与BWC和各阶段ICP之间的关系。（2）磁感应相移双通道同步检测系统搭建。本研究针对缺血诱导家兔局灶性脑水肿实验,自主搭建了一套双通道MIPS检测系统,该系统由一个激励端口和两个检测端口组成。由于局灶性水肿病变面积小,由此引起的感应磁场、相位偏移小,因此需要提高监测系统的检测灵敏度,开展双通道同步检测家兔左右脑半球,以正常脑半球相位偏移作为参考,对比缺血脑半球相位偏移,排除了大部分正常组织感应磁场干扰,从而提高了检测灵敏度。（3）缺血诱导家兔局灶性脑水肿MIPS连续监测实验研究。缺血性脑卒中是一种严重的临床疾病,缺血性脑卒中继发的脑水肿前期以细胞毒性水肿为主,后期以血管源性水肿为主,该模型适合用于研究MIPS鉴别诊断脑水肿类型的可行性,指导临床医生针对不同类型脑水肿开展对症治疗。为了研究MIPS技术用于脑水肿类型鉴别的可行性,基于该方法自主搭建了一套无创、非接触、实时连续双通道同步监测系统实验平台,以缺血诱导家兔局灶性脑水肿为研究对象,对15只家兔（实验组10只,对照组5只）进行24小时MIPS检测。采用凝血酶诱导法建立局灶性脑缺血模型来诱导家兔局灶性脑水肿,该模型更符合缺血性脑卒中患者临床病理发展过程,另取7只家兔脑组织,进行2%氯化三苯基四氮唑染色,进行动物模型验证;采用了对称抵消磁感应传感器,以提高相位检测的灵敏度和抗干扰能力。实验组与对照组MIPS值进行非参数独立样本秩和检验,结果具有显著性差异（p＜0.05）。结果表明,实验组家兔MIPS呈先下降后上升的趋势,这可能反映了缺血性脑卒中后诱导脑水肿的不同病理发展过程。脑组织TTC染色结果表明,局灶性脑梗死面积随时间的发展而增加。基于以上研究工作,得到如下结论:1、通过MIPS分别与BWC和ICP关系的研究,实现了无创、非接触、实时定量检测脑水肿的目标,为下一步开展临床实验奠定了基础。2、本文基于MIPS技术自主搭建的脑水肿双通道同步监测实验平台能够在较宽的频带范围内进行24小时实时连续监测,其数据采集、存储速度以及相位精度满足实验所需要求。3、我们的实验研究表明,MIPS技术应用于缺血诱导的局灶性脑水肿的实时监测是可行的,并且具有区分由脑缺血引起的细胞毒性水肿和血管源性水肿的潜力。

关键词：磁感应相移脑水肿定量检测脑缺血类型鉴别

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MIT系统软件鉴相平台及数据采集的研究

MIT系统软件鉴相平台及数据采集的研究

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作者：周伟第四军医大学

学位级别：硕士

磁感应断层成像(Magnetic Induction Tomography,MIT)利用电磁检测原理测量生物组织电导率,具有无创、非接触、小型、连续检测等优点,对颅内病变的实时监测及诊断十分重要。磁感应断层成像技术依据涡流检测原理。由于相位差与被测组织... 详细信息

磁感应断层成像(Magnetic Induction Tomography,MIT)利用电磁检测原理测量生物组织电导率,具有无创、非接触、小型、连续检测等优点,对颅内病变的实时监测及诊断十分重要。磁感应断层成像技术依据涡流检测原理。由于相位差与被测组织电导率成线性关系,相位差的精确检测影响着成像质量。所以在MIT技术中,建立高精度的相位差检测单元,是提高系统性能的重要环节。当今,众多MIT研究小组在鉴相方面的研究主要采用硬件鉴相电路和降频技术,由于存在的温漂、噪声以及干扰信号影响,其精度难以提高。而软件鉴相,着重于鉴相算法,克服了硬件电路存在的缺陷,使测量结果更加精确。本文在课题组前期研究成果的基础上,以提高相位检测系统的鉴相精度和减少噪声干扰为目标,对MIT系统的相位检测部分进行了进一步的研究和设计。使用频谱分析法、相关法以及相敏检测法检测相位差,并建立了软件鉴相平台,该平台可对相位差进行实时的检测。本文主要内容包括: 1.研究现有的鉴相算法;找到适合本系统的三种鉴相算法:频谱分析法、相关法以及相敏检测法,研究其原理并明确其影响因素;2.利用LabVIEW实现鉴相算法,并建立软件鉴相平台;3.通过模拟鉴相对软件鉴相和硬件鉴相进行比较分析,并利用误差和线性度两个评价指标对其做出评估;4.用建立好的软件鉴相平台检测NaCl溶液模型、琼脂模型和细胞模型相位差,并分析鉴相结果;5.建立16通道数据采集系统。最终,构建了一整套包含信号采集和处理的软件鉴相系统。在1MHz频点其鉴相精度达到了0.01°,优于高精度锁相放大器SR844的鉴相精度0.02°。为进一步的颅内病变的实时监测打下了良好的基础。

关键词：磁感应断层成像相位差检测软件鉴相硬件鉴相频谱分析法相关法相敏检测法锁相放大器

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MIT系统中相位检测单元及神经细胞实验的研究

MIT系统中相位检测单元及神经细胞实验的研究

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作者：梁文文第四军医大学

学位级别：硕士

磁感应断层成像(Magnetic Induction Tomography,MIT)是一种新型的非接触式检测成像技术,具有无创、非接触、小型、连续等优点。适用于临床对脑水肿等病变进行实时监测,且设备轻便有利于军队野战时对伤员救治时使用。本研究需要建立MIT... 详细信息

磁感应断层成像(Magnetic Induction Tomography,MIT)是一种新型的非接触式检测成像技术,具有无创、非接触、小型、连续等优点。适用于临床对脑水肿等病变进行实时监测,且设备轻便有利于军队野战时对伤员救治时使用。本研究需要建立MIT检测系统中的单通道高精度相位差检测单元,并对脑水肿进行初步实验研究。本课题采用的磁感应断层成像技术主要是依据涡流检测原理,通过高频磁场,检测由被测组织产生的相位差,即穿过被测组织的检测信号与参考信号之间的相位差值,然后根据相位差与被测组织电导率的线性关系,获得组织的电导率分布信息,进而对被测组织进行功能性成像。所以,检测信号与参考信号之间相位差的高精度检测是实现准确、清晰成像的关键。当前由缺血、出血、肿瘤等不同病因引起的脑水肿是比较常见的,临床上需要对该类病人进行实时、准确的成像监护,以便于及时的诊断和救治。同样,脑水肿组织的电特性信息(如电导率等)对磁感应监测技术的实现具有重要意义。本文设计和实现了能在三个频率点(200kHz、1MHz、10MHz)进行检测的单通道高精度相位差检测单元,并基于该检测单元实现了SD大鼠水肿神经细胞模型实验。具体工作内容如下: 1.信号检测与处理电路的设计及建立。该电路由螺线管检测线圈、低噪声放大器、窄带带通滤波器组成,分别实现对信号的检测、放大、滤波处理;能够在三个频率点进行检测:200kHz、1MHz和10MHz;放大倍数最大为61.1dB;通频带宽最小约为1.5kHz。 2.高精度鉴相的实现。使用锁定放大器(RF Lock-in Amplifier,Model SR844)对检测信号和参考信号之间的相位差进行检测。鉴相精度可达0.02°,较前期研究提高了约2个数量级。 3.铁块及NaCl溶液实验。进行细胞实验前,采用设计的检测单元与激励单元组成的信号相位差检测通道,以大小铁块和不同电导率NaCl溶液为被测物进行了预实验。低频200kHz的检测通道能检测出大小铁块产生的相位差,而高频检测通道能检测出电导率相对较小的NaCl溶液产生的相位差。 4.神经细胞模型的制备。对SD大鼠大脑皮质的神经细胞进行培养,获得正常神经细胞模型和水肿神经细胞模型,体积均为160mL,细胞密度均为5.5-6×10/cm。 5.细胞实验的设计及实现。使用不同激励线圈,以正常神经细胞模型为对照,对培养的水肿神经细胞模型产生的相位差进行了检测。实验结果为:(1) 1MHz与10MHz的检测通道均能检测出大鼠神经细胞模型产生的相位差;(2) SD大鼠脑水肿神经细胞模型产生的相位差小于其正常神经细胞模型产生的相位差;(3)检测通道测得的细胞模型产生的最大相位差值为0.86°;测得两种细胞模型产生的相位差之间的最大差值为0.206°。主要的研究特色是: 1.使用高精度鉴相器锁定放大器SR844,鉴相精度提高到0.02°。 2.设计新的数据测量方式,减小了整个检测通道的相位漂移对测量数据的影响。 3.培养细胞获得神经细胞模型,并以正常神经细胞模型为对照,对水肿神经细胞模型进行了实验研究。本研究设计的相位差检测单元满足高精度相位差检测要求,使用较高频率的检测通道检测出了水肿神经细胞模型与正常神经细胞模型的相位差别。从细胞层面上对脑水肿进行了实验研究,并得到了有效的实验结果,为进一步的脑水肿检测打下了良好的基础,并有利于推动MIT技术向实际应用研究方向发展。

关键词：脑磁感应断层成像相位差检测锁定放大器 SD大鼠细胞培养水肿神经细胞模型

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基于磁感应相位移技术测量脑血流的实验研究

基于磁感应相位移技术测量脑血流的实验研究

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作者：彭斌重庆大学

学位级别：硕士

脑血管疾病是指脑血流(cerebral blood flow,CBF)异常而引发的各类脑部疾病,是一种严重危及人类健康和生命的多见病和常发病,具有很高的发病率、致残率、死亡率和复发率,是导致中老年人残疾和死亡的主要疾病之一。全球每年约有460万人... 详细信息

脑血管疾病是指脑血流(cerebral blood flow,CBF)异常而引发的各类脑部疾病,是一种严重危及人类健康和生命的多见病和常发病,具有很高的发病率、致残率、死亡率和复发率,是导致中老年人残疾和死亡的主要疾病之一。全球每年约有460万人死于脑血管病,是导致人类死亡的第二大原因。人脑的新陈代谢旺盛、生理功能复杂、无储备的能源物质,因此脑的耗氧量大,对血液供应的依赖性强。当脑血流异常阻断1～30s,脑细胞会受到一定程度的损害,多数能恢复正常;而当脑血流阻断3～5min时,脑细胞会受到严重损害,少数能恢复;要是脑血流连续阻断30min及以上,脑细胞会完全坏死、丧失功能。目前,临床上没有实时连续监测脑血流的方法和技术,因此,发展一种脑血流实时连续监测技术,对于脑血管疾病的早期预防和诊断有着非常重要的意义。本课题首先研究了磁感应相位移(magnetic induction phase shift,MIPS)技术的基本原理和脑血流的基本电磁特性,根据该基本理论,针对目前监测脑血流的设备和手段的不足,建立了一套基于磁感应相位移方法的无创非接触脑血流检测系统。系统采用自制的平面线圈传感器,通过高相位稳定度的信号发生器产生激励信号作用于该传感器,将被测头部置于传感器中心,由于电磁感应的作用,周期性变化的脑血流信号受激励磁场的影响,产生扰动的磁场,通过检测线圈接收到扰动的磁场,激励信号和检测信号同时被数据采集卡采集到,送入上位机中。利用Lab VIEW软件编程鉴相、存储和显示,与此同时,同步采集心电信号,以便用来标定人体心脏状况的好坏。在脑血流信号处理的过程中,针对基线漂移的特点,分别采用小波变换法、高通滤波法和三次样条插值法去除基线漂移干扰,得到了较好的MIPS信号波形,为MIPS信号的特征提取与统计分析奠定了基础。为验证系统的可行性,作者首先进行了物理模型实验,采用微型泵和橡胶管分别模拟心脏泵血和血管搏动,物理实验结果表明MIPS方法测得的信号代表橡胶管的舒张与收缩,反映了橡胶管搏动的物理机制。为了进一步验证该实验系统检测脑血流的可靠性,课题组选择了10名健康志愿者进行临床实验,由于测得的MIPS信号波形面积,可用来反映受试者脑血流量的变化,作者对测得的信号进行了信号处理及波形面积的计算,以便统计分析同一个体的重复性和不同个体之间的差异。实验结果表明测得的信号波形形状类似于脉搏波,反映了脑血流的周期性变化。通过统计分析同一位受试者的多次重复实验面积数值,如2号受试者的面积均值与方差为0.0254±0.0005266,表明系统对于同一受试者的测量重复性较好;而通过对10名受试者的实验结果进行多重比较,发现10名受试者的实验结果之间具有显著性差异。实验结果表明该系统能够实时监测局部脑血流的变化,反映了局部脑血容量的变化,且系统具有非接触、精度高、灵敏度高、可连续监测等优点,作为一种监测脑血流的新手段,具有潜在的实用价值。

关键词：脑血流磁感应相位移技术数据采集波形面积

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