改进型BMIT激励源设计及水肿脑组织电导率和介电常数测量

摘要

脑磁感应断层成像(BrainMagneticInductionTomography,BMIT)技术，是一种新型的非接触式功能性成像技术。它利用磁感应检测原理，测量生物组织电导率分布，从而对生物组织电导率分布进行重构并成像。由于它具有无创、非接触等优点，适用于临床对脑水肿等病变进行连续监护。
　　当前在临床上脑水肿可能由各种病因引起，比较常见的有高血压、脑肿瘤、脑外伤等。出现脑水肿时需要对病人进行连续、实时、准确的成像监护，以便于及时的诊断和救治。BMIT对于以上问题有着明显的优势和潜在的应用前景，但是过长过多的电磁暴露本身会对人体造成一定程度的伤害，而关于相关激励源研究没有详细的报道，所以满足人体在电磁暴露环境下安全标准的BMIT激励源对于临床应用具有十分重要的意义。
　　同时，获得水肿脑组织与正常脑组织的电导率和介电常数对BMIT的临床实现具有重要意义。测量水肿脑组织与正常脑组织的电导率和介电常数，不但能够为BMIT的理论模型提参考数据，而且能够为BMIT系统被测目标实际相位差测量结果提供参考依据。
　　本研究设计并实现了满足人体在电磁暴露环境下的安全标准的BMIT激励源，产生了满足安全标准的激励磁场。另外，对水肿和正常脑组织的电导率和介电常数分别进行了测量。具体工作内容如下：
　　1.针对人体在电磁环境下暴露的安全问题，依据美国电气和电子工程师协会(InstituteofElectricalandElectronicsEngineers,IEEE)电磁暴露安全标准，设计了三种激励线圈，矩形聚焦线圈、圆形聚焦线圈、螺线管线圈和相应的激励电路；
　　2.通过测量激励线圈的电感值，在全磁通一定的情况下，校正激励电流以满足安全性标准。利用法拉第电磁感应定律，测量激励源产生磁场的磁感应强度大小，确保满足人体在电磁暴露环境下的安全标准；
　　3.通过配制电导率为0.5S/m和1.5S/m的氯化钠溶液，在改进型BMIT激励源的作用下，对其产生的相位差进行测量，表明激励源在满足人体在电磁暴露环境下的安全标准后，可以有效地测量出被测目标产生的相位差；
　　4.通过对家兔颈部淋巴回流阻断，建立淋巴滞留型脑水肿模型，然后将水肿脑组织和正常脑组织进行电导率和介电常数的测量，得到了相应的频谱。为BMIT系统早日应用于临床打下了基础。
　　研究结果表明：
　　1.利用人体在电磁暴露环境下的安全标准，设计并实现的改进型BMIT激励源能够产生满足此标准的磁场，以圆形聚焦线圈为例，在200KHz、1MHz、10MHz三个频率下，产生的磁感应强度最大分别为0.189T、0.057T和0.0054T，符合我们的设计要求。两外两种激励线圈产生的磁场的感应强度也同样满足标准要求；
　　2.氯化钠溶液实验表明，本研究设计的激励源在满足人体在电磁暴露安全标准的前提下，可以测量出被测目标产生的相位差，随着频率、电导率的升高，相位差逐渐增加；
　　3.脑组织发生水肿以后，其电导率和介电常数发生改变，具体表现为，电导率较正常脑组织增加，介电常数较正常脑组织减小。
　　本研究不但实现了BMIT激励源在人体电磁暴露环境中的安全标准的要求，同时采用温度补偿型晶体振荡器作为信号的发生装置，大大减小了系统的体积，提高了便携能力，为系统早日临床应用打下了基础。
　　对于脑组织水肿后的电导率和介电常数变化情况，测量结果表现为正常脑组织电导率小于水肿脑组织电导率，介电常数大于水肿脑组织介电常数。依据理论模型的推导，水肿脑组织产生的相位差就应该大于正常脑组织产生的相位差，为以后的实验提供了依据。

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前言

文献回顾

正文

1 BMIT 基本原理及激励系统

2 满足 IEEE Std C95.1 的激励源设计与实现

3 氯化钠溶液相位差测量实验

4 水肿脑组织电导率和介电常数测量

5 总结与展望

参考文献

个人简历和研究成果

致谢