基于改进遗传算法的生物电磁成像与磁场聚焦应用研究

摘要

本文工作主要分为两部分：1.生物电磁成像反演算法的研究；2.磁场聚焦阵列的设计与实现。两部分的研究的寻优工作均主要基于改进的遗传算法。生物电磁成像中，生物体与电磁场之间的作用是一个复杂的非线性过程，而成像反演算法的不成熟是制约生物电磁成像应用的主要因素之一。效率低、精度差、缺乏鲁棒性、难以充分利用已知信息、病态和伪逆都是成像反演算法急待解决的难题。寻找和尝试新的生物电磁成像反演算法是其应用及研究中的一个重要课题。磁场聚焦技术，特别在较低频率下实现的磁场聚焦技术是一个全新的思路。多年以前，黄卡玛教授就提出了运用聚焦磁场进行非接触式生物组织电导率成像的设想。将其应用于低频电导率重构成像中，可以在特定的区域内形成足够强的聚焦磁场，由此认为可以忽略此区域外的电磁分布对被测物体的电磁影响。并且，当聚焦磁场区域与被成像生物组织相比足够小的时候，还可以将此区域内的成像对象作为均匀分层介质对待。从而大大地缩短反演重构成像的时间，提高成像的空间分辩率。同时，已经有及相关临床应用研究表明，经颅磁刺激将有可能为精神疾病的治疗将提供一个新的解决方案，而将本文的磁场聚焦技术应用在经颅磁刺激方面，将在磁刺激强度和对神经的选择性上有较大的提升。

目录

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摘要

第一章前言

1.1生物电磁成像

1.2磁聚焦技术

1.3遗传算法

1.4本文主要的研究工作

1.5本文的内容安排

第二章遗传算法原理及讨论

2.1引言

2.2遗传算法基本概念

2.3遗传算法的收敛性

2.4模式理论

2.5遗传算法算例

第三章遗传算法的改进及性能评估

3.1引言

3.2遗传算法改进—SRAGA

3.3改进遗传算法的性能评估

第四章改进遗传算法的生物电磁成像应用

4.1引言

4.2生物电磁成像数值计算面临的主要困难

4.3遗传算法应用于生物电磁成像的原理和优势

4.4改进遗传算法应用于生物电磁成像

第五章改进遗传算法的磁场聚焦应用

5.1磁场聚焦应用背景

5.2磁场聚焦线圈阵列设计

5.3线圈阵列计算的简化

5.4改进遗传算法的磁场聚焦优化计算

5.5磁场聚焦优化计算结果及分析

第六章磁场三维测量与磁场聚焦实现

6.1引言

6.2霍尔探头设计

6.3测量装置设计与实现

6.4实验结果及分析

第七章全文总结

7.1对本文的总结

7.2下步工作展望与设想

参考文献

致谢

攻读学位期间完成的学术论文及参加的科研项目