磁感应断层成像数据采集系统的设计与研究

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近年来,磁感应断层成像(Magnetic Induction Tomography,MIT)作为电阻抗成像(Electrical Impedance Tomography,EIT)的重要分支,获得了快速的发展。MIT技术是基于涡流检测原理,通过检测成像体周围磁场的变化来重建成像体内部的电导率分布。该成像方式具有无创、非接触、磁场穿透强等特点,相比于MRI、CT等技术还具有成本低、检测方式灵活等优势。MIT技术早期应用在工业检测上,并逐渐向生物医学领域发展,在未来的临床应用上会有很大的前景。
  MIT采集系统是实现整个成像的前提条件,本文着重进行系统的研究与设计。首先利用COMSOL有限元分析软件进行仿真分析,仿真结果与理论相符,证明了仿真的有效性,进而确定模型参数,为系统的搭建提供了理论基础和参考依据。MIT系统的设计分为激励模块、检测模块、扫描模块等,除此之外还需要对磁场线圈、电源、主控电路进行分析设计。通过对各个模块进行分析和设计,完成了MIT采集系统。对于该系统,设计扫描平台的目的是为了在增加检测信息的同时避免多阵列检测线圈之间的互感影响,使得高分辨率的图像重建成为可能。对于线圈的设计,通过分析其谐振频率和阻抗对检测信号的影响,最终确定线圈具体参数。
  系统搭建完成后,使用铝块对系统进行灵敏度测试,结果证明了该系统对于成像体位置的灵敏度为0.5cm,系统信噪比为79dB。为了探究该系统用于呼吸监测的可行性,设计并进行了呼吸监测模拟实验,结果表明检测结果的周期变化与呼吸过程周期一致,具有良好的同步性,从而证明该系统可以用于呼吸的实时监测,为呼吸监测提供了新的检测方式。最后还进行了MIT重建实验,重建出的成像体的位置和形状,与真实情况一致,验证了该系统用于电导率重建的有效性。本文在最后还展望了多频激励加软件鉴相的改进方式,可以得到更加丰富的测量信息。
  本文所设计的MIT数据采集系统能够实现500KHz,200mA的激励,能够测量到0.01°的感应磁场相位差,通过扫描平台的采集方式增加了检测磁场的信息量,为MIT的研究提供了一种可靠的仿体实验平台,进而能够对成像算法的研究提供支持。
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