mit单通道测量的电磁关系及脑组织电导率测量参数计算

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1、MIT单通道测量的电磁关系及脑组织电导率测量参数计算：秦明新，焦李成，李世俊，王聪，吕华，董秀珍【关键词】非接触测量　　【Abstract】AIM:TofurtheroptimizeandimproveuponourMITexperimentsystemandexplorespecificelectromagicrelationsofourexperimentsystem.METHODS:BasedonelectromagicinductiontheoryandidealphysicalmodelofoursinglemeasurementchannelofMI

2、T,agicrelationsofthesystem.RESULTS:Currentphaseandmagnitudeinthereceivingcoilagnitudechangesofthereceivingcoilcurrentalbraintissuesandbrainedema.CONCLUSION:ToimprovetheperformanceofMITmeasurementsystem,ance.　　【Keyeasurement;magicinductiontomography;conductivity　　【摘要】目的：基于已完成的单通道测量MIT

3、实验系统，根据理想物理模型，推导实验系统的电磁关系，为系统的优化设计和改进提供理论依据.方法：采用电磁感应理论、理想物理模型，得到特定频率下目标电导率与系统测量参数的关系.结果：获得了目标电导率与系统测量线圈电流相位和幅值变化的关系，并计算了目标电导率为头皮、颅骨、脑脊液、脑灰质、脑白质、脑水肿时的相位和幅值变化.结论：为了提高单通道测量MIT实验系统性能，应适当增加激励频率；精确提取参考线圈电流与测量线圈电流的相位差；选用高性能的鉴相器件.　　【关键词】脑组织；非接触测量；磁感应断层成像；电导率　　0引言　　现有颅脑损伤的诊断主要使用X线平片、CT、MRI、脑

4、电和超声检查方法，而颅脑损伤的监护方法主要是创伤性的颅内压监测.因此，研究一种小型、非接触、无创的连续成像颅脑损伤监护仪，是目前脑外科患者诊疗中急需的设备［1，2］.基于电磁感应原理提出的磁感应断层成像(magicinductiontomography,MIT)技术为实现新的颅脑损伤监护提供了一种可能的途径［3］.我们建立了一个用于脑水肿监护的单通道测量MIT实验系统，并基于物理模型进行系统性能和成像的研究［4-7］.研究中发现：由于生物组织分布、电磁特性的变化使其电磁关系复杂化；基于直接鉴相的单通道测量MIT系统对测量精度要求极高.为了进一步提高系统性能，建立

5、脑水肿的MIT电磁关系描述，为MIT系统研究提供理论依据，我们探讨了单通道测量MIT系统的一种电磁关系模型和基于这种关系的脑电导率测量参数计算.　　1MIT实验系统与电磁关系模型　　我们建立的单通道MIT实验系统由以下几方面组成：激励源，激励线圈，测量线圈，参考线圈，阻抗匹配单元，移相网络，鉴相检测电路，数据采集和显示（Fig1）.该系统的基本原理：激励线圈产生激励磁场B，成像目标内由于电磁感应作用产生涡流，该涡流同时会感生出附加磁场ΔB，在测量线圈上可以检测到ΔB+B.当成像目标内电导率发生变化时，附加磁场ΔB也相应发生变化，进而使得测量线圈的电流相位发生改变

6、.通过对成像目标的扫描，采集一组电流相位变化数据，应用图像重构算法，获得成像目标内电导率分布的图像.　　为了获得单通道MIT系统的电磁关系，我们利用了Griffiths的MIT系统的电磁关系模型［8］（Fig2）.假设目标为一圆盘，厚度是t，半径是r，电导率为σ,位于激励线圈和测量线圈的中间，中心距激励和测量线圈均为a，且目标、线圈同轴.半径是re的激励线圈中，通过幅值为I的正弦电流.测量线圈的半径为rS,求测量线圈上电流相位与电导率的关系，使用球坐标(r,θ,)系求解.　　2基本理论假设和电磁关系求解　　2．1基本理论假设在MIT中，电磁场被视为准静态场，即目

7、标的几何尺寸t远小于电磁场的波长λ；且忽略场的传播效应.成像目标视为各向同性、线性导电媒质；生物组织绝大部分是弱磁性，设其磁导率为自由空间磁导率μ0=4π×10-7，μr=1；电磁波通过目标的衰减很小，既趋肤深度δ≥t.　　2．2激励线圈在目标上产生的感应电流设激励线圈的电流幅值为I，半径是re，线圈匝数为N1.由于线圈与目标是轴对称，在目标P点产生的磁场强度为［9］：Hr=1〖〗4π2mcosθ〖〗r3（1）Hθ=1〖〗4πmsinθ〖〗r3（2）H=0（3）这里m=IN1S是线圈磁矩，S=π×re2是线圈面积.　　在P点沿Z轴方向的磁场强度为：Hz=Hrco

8、sθ-Hθsinθ=m〖