磁感应磁声医用成像技术的声源问题研究

发布时间：2017-05-30 21:15

  本文关键词：磁感应磁声医用成像技术的声源问题研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：磁感应磁声医用成像(magneto-acoustic tomography with magnetic induction, MAT-MI)是近年来提出一种新型医用成像技术。MAT-MI技术的工作原理是将生物组织置于静态磁场中,外加激励磁场,激发该组织产生涡流,涡流在静态磁场产生的洛伦兹力的作用下,使生物组织受到力的作用而受迫振动,激发出超声波,其中声源取决于洛仑兹力的散度,经过组织的声传播,在被测组织周围接收到的声压信号可以重建电导率的分布。与传统的医用超声成像不同的是,MAT-MI技术可以对人体组织功能进行成像,并且还可以用于对人体各器官的功能进行连续动态监测；与当前的生物电阻抗成像技术相比,MAT-MI技术是一种非接触的诊疗技术,不用对生物(人)体注入电流,即避免了组织屏蔽给电阻抗成像带来的影响,又对人体非常安全有效,在医学诊断的应用中更具优势。 截止目前,磁感应磁声医用成像技术还处于理论完善和实验验证阶段,大多数还只是数学物理模型的研究,基于具有声学参数(声衰减等)的表达式的生物组织模型的研究还比较少,距离实际的临床应用研究也有一定的距离。 目前的MAT-MI技术的声场研究忽略了声波在组织中的声散射、声吸收等因素,没有考虑实际生物组织中的声衰减的影响,组织模型条件大都设定成分布均匀的、各向同性的介质。但是不同成分结构的组织,其声衰减方式是有区别的,因此MAT-MI技术的研究中,表征不同生物组织声学特性的参量,还需要进行了解。 MAT-MI技术的声源产生机制,是生物组织受迫振动而发出超声波,声源是力源,其受力情况跟激励磁场的工作方式有密切关系。工作方式不同,生物组织的受力情况以及发声机制也会有差别。目前对于激励磁场的研究还处在最初验证阶段,各个研究比较孤立,没有同比性,数据的测量联系性较少,需要对激励磁场的工作方式以及条件进行对比分析,并且建立与声场问题的联系。 生物组织中有源辐射声场问题应该是解决MAT-MI中超声波在生物组织中的传播机制的关键所在。本文结合生物组织声学模型、散射与吸收、声振子模型、受迫振动等方面的内容阐述了下列几个问题。 1、通过对生物组织分层介质模型的介绍,讨论了生物组织结构各向异性、电导率不同和声散射现象发生的联系。结合组织结构模型,对MAT-MI技术中的超声遇到散射问题进行分类讨论,为今后的有关散射声衰减问题提供了理论和方法的指导。 2、结合声散射、声吸收(经典吸收和弛豫吸收)的理论,详细论述了磁感应磁声成像技术中超声在组织中传播的声衰减问题的解决方法。为目前的MAT-MI技术的声衰减问题提供了理论依据。 3、结合MAT-MI技术的基本原理,根据电磁学相关性质规律,对目标模型进行了分析。把生物组织分解成环状结构的模型,分析了该模型的微元声振子在磁场的磁通改变时的受力情况。 4、通过对几种不同的受迫振动的讨论分析介绍,结合目前MAT-MI技术的激励磁场的工作方式,从洛伦兹力切入点对声源产生的物理机制做了深入研究,找到激励方式与振动的联系,提出MAT-MI技术中,振子的受迫振动是冲击脉冲受迫振动和一般阻尼振动的结合。该理论模型对MAT-MI技术的正问题仿真和逆问题重建都具有指导意义。 5、结合MAT-MI技术理论,依据目前的几种不同的实验设计,指出激励线圈的形状和大小对声源和媒质的界定有影响。
【关键词】：磁感应磁声医用成像 脉冲 受迫振动
【学位授予单位】：陕西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：O441.3;R445
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 磁感应磁声医用成像技术的研究现状10-11
• 1.2.1 磁感应磁声医用成像技术的实验系统研究现状10
• 1.2.2 磁感应磁声医用成像技术的正问题研究现状10-11
• 1.2.3 磁感应磁声医用成像技术的逆问题研究现状11
• 1.3 选题意义11-12
• 1.4 本文的研究内容12-15
• 第2章 磁感应磁声医用成像技术基础理论15-25
• 2.1 基于超声的成像技术理论15-17
• 2.1.1 超声成像技术15-16
• 2.1.2 热声成像技术16
• 2.1.3 光声成像技术16
• 2.1.4 磁声成像技术16-17
• 2.2 磁感应磁声医用成像技术的工作原理17-18
• 2.3 磁感应磁声医用成像的实验装置18-19
• 2.4 磁感应磁声医用成像的电磁学理论19-23
• 2.4.1 基于本研究的洛伦兹力19-20
• 2.4.2 基于本研究的麦克斯韦方程20-21
• 2.4.3 双线圈的脉冲激励磁场21-23
• 2.4.4 涡电流23
• 2.5 本章小结23-25
• 第3章 超声在生物组织的传播问题25-41
• 3.1 引言25
• 3.2 生物组织分层结构以及声学简化模型25-29
• 3.2.1 上皮组织25
• 3.2.2 肌肉组织25-27
• 3.2.3 神经组织27
• 3.2.4 结缔组织27-29
• 3.3 生物组织的声学特性29-30
• 3.4 超声在生物组织中的声衰减30-32
• 3.5 超声在生物组织中的声散射32-34
• 3.5.1 声散射分类的判定32
• 3.5.2 两个散射模型32-33
• 3.5.3 散射问题的方程修正33-34
• 3.6 生物组织中的声吸收34-36
• 3.6.1 声吸收34-35
• 3.6.2 吸收与频率、温度的关系35-36
• 3.7 磁感应磁声成像技术的处理不均匀介质的声衰减问题的方法36-37
• 3.8 有关MAT-MI技术中的超声散射分类讨论37-38
• 3.8.1 应用于散射理论的的生物模型分析37
• 3.8.2 应用于衍射理论的的生物模型分析37-38
• 3.8.3 关于反射理论的的生物模型讨论38
• 3.9 生物组织的结构与电导率和声散射的联系38
• 3.10 本章小结38-41
• 第4章 磁感应磁声成像的受迫振动振子模型讨论41-53
• 4.1 受迫振动41-45
• 4.1.1 稳态受迫振动41-42
• 4.1.2 冲击脉冲作用力的受迫振动42-44
• 4.1.3 初始位移和初速度44-45
• 4.1.4 理想脉冲和冲击响应45
• 4.2 磁感应磁声成像的振子模型讨论45-47
• 4.3 磁感应磁声成像的组织内振子的受到的洛伦兹力分析47-49
• 4.4 磁感应磁声成像的组织内振子的冲击脉冲受迫振动分析49-50
• 4.5 有关声源、声传播的思考50-52
• 4.6 本章小结52-53
• 第5章 激励线圈的形状大小对声源、声场的影响53-55
• 第6章 总结55-57
• 参考文献57-61
• 致谢61-63
• 攻读学位期间的研究成果63

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

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本文编号：407911