李颖[1]2000年在《生物医学电磁逆问题若干方法的研究》文中研究说明生物医学电磁计算是计算电磁场理论与生物医学科学交叉的前沿学科，近十年来，在国际学术界受到普遍的重视，展示了重要的应用前景，已经成为生物医学工程领域的一个重要分支。本论文主要研究基于低温微电子技术和电磁计算理论的生物医学电磁逆问题处理方法。 本文的工作主要分以下四个方面： 1、概述了生物医学电磁问题的发展、应用前景以及相应的电磁计算数值方法。 2、介绍了生物医学磁测量系统技术，包括生物磁测量技术的发展，人体磁测量装置的原理、构成以及生物磁测量系统的应用。 3、生物电磁场正向计算方法的研究。分析了生物电磁场产生的原理和神经活动源模型，阐述了生物医学电磁场正向计算的理论，对脑电（EEG）正问题计算方法进行了研究，并针对多壳球型头模型进行了计算。内容包括几何模型的建立，单个点源的正向计算以及测试场的获得，从而得出正问题的快速准确解。 4、生物电磁逆问题的数值计算与适定化方法研究。总结了生物电磁逆问题算法的发展，对LORETA方法的基本原理进行了较全面的分析，并将皮层LORETA方法由平面模型推广到任意曲面模型，从而有效扩大了LORETA方法的适用范围。本文针对多壳球型头模型进行了计算，得出比较理想的结果，由此证明了算法的有效性。
饶利芸, 颜威利, 汪友华, 何任杰, 白净[2]1997年在《生物医学电磁逆问题及其数值计算方法》文中研究指明本文从电阻抗层析成像（ＥＩＴ）、心电／心磁源定位（ＥＣＧ／ＭＣＧｓｏｕｒｃｅｌｏｃａｔｉｏｎ）、脑电／脑磁源定位（ＥＥＧ／ＭＥＧｓｏｕｒｃｅｌｏｃａｔｉｏｎ）的功能、意义、临床应用前景、存在的主要问题、实现的数值计算方法等方面进行较全面概述，并对其中的若干新出现的数值计算方法进行了较深入的讨论。
付妍[3]2015年在《电磁层析成像生物信息耦合测试》文中提出当今世界,健康问题已成为国际社会关注的热点问题。对疾病预防与治疗的需求,促进了生物医学技术的快速发展,医学检查与监测系统向着形态与功能相结合的方向发展成为必然趋势。医学电磁成像作为一种无创的影像技术,可实现功能性成像。由于电磁成像系统结构简单,易于实现,成本低廉,且无需使用核素或射线等对人体有副作用的放射源,适用于患者的长期医学影像监护或大范围的医疗普查。作为一种基于电学敏感原理的过层析成像技术,电磁层析成像虽然起步稍晚,但由于该技术的明显优势,受到了国内外工业过程和生物医学领域的广泛关注。已有的相关研究工作主要集中在对截面分布式电磁感应的测试机理;面向不同应用对象的测试系统实现;基于不同方法的测试数据处理和图像重建等问题的研究。在生物医学领域的应用中,由于被测对象的性质与工业过程有较大的差别,决定了该技术的测试机理和要求、测试系统的结构和功能、测试信息的处理和表征等方面,均需要根据具体的被测对象进行深入的讨论和分析。论文研究工作从完善生物医学电磁层析成像技术的应用基础研究出发,结合先进的数值模拟技术、现代信号分析与处理方法及新型电子电路设计技术等,对电磁层析成像生物信息的耦合测试机理、测试方法、测试系统、测试信号分析等方面开展深入研究,主要完成的研究工作包括:(1)对影响电磁层析成像敏感场分布的因素进行分析,并对传感器结构进行优化。基于有限元分析的方法,针对电磁层析成像的激励信号频率、激励策略、被测空间介质分布等因素,通过采用数值仿真与灵敏度矩阵计算相结合的方法进行综合对比,得到:较高的激励频率可增强系统的输出响应,但会在一定程度上增加检测误差;对比三种激励模式检测结果,由于单一激励模式的硬件结构简单,更易于实现,可视为最优激励策略。基于直接相位检测法得知,被测区域内的电导率分布与相位输出间具有近似的线性关系。基于线圈的阻抗分析结果,对传感器阵列的结构进行优化设计,使其敏感频率响应区间与系统施加的激励信号频率间能够有效匹配,改善系统的测试效果。(2)搭建一套可用于生物医学领域测试的八通道电磁层析成像系统。在系统功能结构设计的基础上,通过对系统连接方式的设计,可使系统既满足普通线圈结构传感器又可满足平衡线圈结构传感器的测试需要,提高了系统的适应性,扩展了系统的应用空间;利用高速数据采集板卡,对高频信号直接进行采集,在满足了系统功能实现的同时,简化了硬件电路设计的复杂性,缩短了系统的设计周期;并实现了测试信号的在线和离线处理、监测及图像重建等功能。通过实验测试,该系统平台可满足实验测试的要求。(3)对被测物体内含有源信号情况下,电磁层析成像系统的响应进行分析。基于数值仿真与实验验证相结合的方式,以脑电信号为例,针对内源信号与外加激励信号相互耦合时,对系统测试结果产生的影响进行分析、讨论。得到:当存在内源信号与外加激励信号耦合时,数值仿真数据图像重建结果显示,重建的目标物体位置相比实际的被测物体位置出现明显的偏移;相应的实验结果也证明了内源信号对电磁测试结果会造成直接的影响,且不应被忽视。(4)利用独立成分分析方法实现耦合测试信号的分离与辨识。针对内源信号与外加激励信号相互耦合,对系统测试结果产生影响的问题,利用独立成分分析技术,实现内源信号响应与外加激励响应的分离,并通过计算信号的高阶统计量提取信号特征信息,实现对不同内源信号的辨识。针对一次分离法处理双偶极子源模型系统测试信号时出现的分离不完全的问题,通过多次分离的方法实现多个内源信号响应与外加激励响应的分离,并实现对内源信号的有效辨识。
孟庆阳[4]2017年在《微波逆散射成像中的若干问题研究》文中研究表明电磁逆散射问题是逆问题研究的一个重要分支,拥有广泛的应用前景。本文主要研究电磁逆散射成像问题。首先,本文针对较少有人研究的斜入射情况下的二维电磁逆散射问题,通过建立TM与TE模式相耦合的电磁散射模型,提出了一种实现任意入射极化、任意斜入射角度下的二维逆散射成像算法。通过数值仿真,分析了斜入射角度和极化对成像质量的影响。研究结果指出,尽管斜入射情况下TM与TE模式之间存在耦合,但斜入射角度较小时交叉极化分量对成像质量影响较小,因而通过合理选择入射波与所测量的散射场的极化,可以在不明显恶化成像质量的前提下简化成像系统的设计。本文设计并实现了斜入射条件下进行逆散射成像的实验系统,并通过基于实测数据的逆散射成像验证了上述算法的有效性。其次,本文针对缺乏实验研究的非均匀背景下的逆散射成像问题,考虑实际系统中可能存在的各种因素的影响,进行了成像方法的优化,提出了多种隔墙成像的策略,并实现了对位于四面墙体围成的封闭区域内的目标进行逆散射隔墙成像的实验。本文在改进校准方法的基础上,通过对多种目标进行测量,得到了逆散射隔墙成像的实验数据。通过比较不同策略的成像结果,可以得出结论:在使用实测数据时,基于非均匀背景格林函数的算法成像效果较好。最后,本文研究了实际应用中普遍存在的观察视角受限时的逆散射成像问题,提出了一种在成像目标背后设置反射平面提升成像质量的方法,可有效弥补观察视角缺失导致的成像信息丢失。本文首先通过镜像原理推导并建立了导体平面附近物体的电磁散射模型,实现了对导体平面附近目标的逆散射成像。其后进一步研究了观察视角受限对成像质量的影响,以及在成像目标背后设置导体平面对成像质量的改善。研究表明,当观察视角受限时,在成像目标背后设置导体平面可以改善成像质量。相关研究结果可用于微波成像系统设计。
童颖[5]2007年在《手机与人体相互作用的数值模拟研究》文中研究说明随着科学技术的迅猛发展和人们生活水平的日益提高,手机的持有量不断增大,已成为现代社会中不可或缺的信息交换工具。但手机的电磁辐射是否会对人体健康构成危害也同时成了人们关注的焦点。手机辐射总功率虽小,但由于在使用时天线距人的头部很近,因而头部可能处于强电磁辐射场环境中,而实验表明,在一定的电磁辐射条件下,可在人体组织中产生生物学热效应或生物学非热效应,从而可能对人体健康构成现实的或潜在的危害。手机与人体相互作用的研究是一项涉及面很广的课题,其主要原因是:从电磁场理论角度讲,涉及近场问题;从生物学角度讲,人体各组织间具有极不规则的边界,且各组织又具有不同的电特性和色散特性。这意味着,对该问题的研究需要综合并交叉运用电磁场理论、天线理论、电磁边值问题的数值解法以及生物医学方面的知识。本论文的研究内容主要包括正问题和逆问题两个方面:正问题是,处于手机辐射场近区的人体头颅对电磁功率有什么样的吸收特性,即有关分析计算头颅内的分布比吸收率SAR (r)和平均比吸收率SARav的问题,并依据目前已有的非电离电磁辐射限制标准对其是否对人体构成危害作出评价;逆问题是,处于手机近场的人体头颅对手机天线的辐射特性会产生什么影响。正问题的研究结果可为射频电磁场在生物医学工程领域的应用以及为制定非电离辐射卫生标准奠定量化基础,逆问题的研究结果可为手机新产品的开发和性能的改善提供参考。本文在介绍生物电磁学及生物电磁剂量学基本知识的基础上,对时域有限差分法的基本原理和要点作了归纳;在讨论人体模型的建立原则的基础上着重阐述由MRI人体解剖图获得(时域有限差分)FDTD法结构模型和电磁模型的过程;在建立人体头颅结构模型和电磁模型的基础上,用FDTD法对在手机近场的人体头颅吸收的电磁剂量进行了仿真计算;在分析平面倒F天线辐射特性的基础上,分析了人体头颅对手机天线辐射特性的影响。最后,将人体头颅吸收的电磁剂量和人体头颅对手机辐射特性的影响均以数据和图表两种形式给出。
赵翔[6]2005年在《概率统计方法在微波生物医学成像和雷电电磁效应评估中的应用》文中研究说明本文包含微波生物医学成像和雷电电磁效应评估两方面的研究内容。微波成像作为一种典型的电磁逆散射问题,具有重要的理论研究价值,不仅如此,它在生物医学成像领域具有的潜在优势也使其具有很高的应用价值。另一方面,由于电子系统向小型化、微型化发展的趋势使它们对瞬态电磁现象的敏感程度增加,雷电活动作为重要的瞬态电磁现象之一,其电磁效应评估研究得到日益重视。本文的主要工作包括: 1、对微波成像(逆散射问题)的一般数学理论和算法进行了研究。指出:①逆散射问题病态性的根本解决办法是增加有效信息,包括测量信息和先验信息(额外信息);②研究测量信息的“质”有助于选取更加合理有效的测量方式;③无论研究者是否存在向逆过程加入额外信息的主观意图,现有的两大类逆散射算法——结合正则化技术的确定性方法和全局随机搜索方法,都“不由自主地”包含了增加额外信息的处理;④当优化技术所求出的某种意义下的最优解与真实解之间的误差难以确定时,考虑整个解集(即进行整体推断)就显得相当重要。 2、对同轴线中分层媒质电特性重建问题(可视为一维逆散射问题)中测量信息的“质”进行了初步研究。首先从传输线理论导出的模型出发,采用数学分析与数值实验相结合的办法对问题的病态性进行研究,在此基础之上,进一步探讨如何获得更多有效的信息以改善问题的病态特性,对不同测量条件(在不同频率下或在不同负载阻抗下测量)所得测量信息在保证重建结果的唯一性和减
吕轶[7]2012年在《磁感应成像的若干关键技术研究》文中指出磁感应成像(Magnetic Induction Tomography, MIT)是一种无创、无损、无需与目标物体直接接触的新型成像技术,尤其适合于医疗应用。MIT对于还未发生病变,但存在潜在危险的肿瘤等疾病具有积极地预防和诊断意义,所产生的磁场比较容易穿透如颅骨等人体组织,与CT, MRI, PET和超声等当下应用广泛的医学成像技术相比,对人体无辐射、成本低、无需植入人体药物,方便携带且易于长时间监测。因此,对实验模型的研究是使MIT实践于医学人体测量的关键。本文针对现阶段磁感应成像存在的问题,在其测量模型理论基础上,对MIT若干关键技术进行研究,主要内容如下：分析MIT测量模型,依据MIT自身特点,通过麦克斯韦方程组导出MIT正问题电磁场控制方程,并应用有限元方法对其变换,建立一种三维MIT测量模型,对其检测区域内涡流进行计算,求解得到导体中不同面以及各个坐标轴的磁通密度,并对实验结果进行分析,为磁感应成像中各个方面的研究提供了有力的依据。分析MIT普遍使用的环形激励线圈所产生的磁场,在聚焦磁场的应用的背景下,提出MIT中产生聚焦磁场的平面圆形、锥形和锅盖形激励线圈,并提出可使目标物体内更多区域聚焦的半球形平面小圆激励线圈阵列。针对所提聚焦激励线圈及阵列,建立目标物体存在的测量模型,并对目标物体内部所产生的主磁场和涡流场进行了计算和对比分析。结果表明,所提出的聚焦激励线圈及相关阵列可在目标物体内产生聚焦涡流场,从涡流信号的产生源头上为MIT提供了有效方法。分析MIT中涡流信号的特点,介绍了目前利用检测线圈抵消主磁场从而增大涡流场的方法,提出最大化抵消主磁场原理及相应的检测线圈。首先对各类抵消主磁场方法的单匝检测线圈进行了对比分析；其次针对所提原理相应的检测线圈建立模型,对激励线圈和目标物体中的涡流进行计算,对检测线圈的距离和大小进行优化,并在该最优模式下,对信号的线性和灵敏度分布进行了测量。在对互易原理分析和推导的基础上,将其进行扩展应用于MIT中灵敏度矩阵的导出,提出一种快速计算灵敏度矩阵的方法,并应用这种方法进行仿真实验；建立实验模型,对MIT中单扰动和多扰动两种情况的灵敏度分别进行了计算,并将扰动电导率大小对实验结果的影响进行了分析。结果表明,应用所提方法可快速有效求解灵敏度矩阵,有利于MIT图像重建。在对MIT重建问题阐述的基础上,结合正则化技术,提出应用于MIT中的高斯牛顿一步动态重建算法,通过实验获得相关参数的最优解,在所建立的测量模型上,利用有限元方法求解,所得到的灵敏度矩阵应用于重建算法中。所提方法实现了绝对电导率的重建,通过对测量电压添加不同信噪比的不相关高斯噪声模拟真实测量值。所提算法与其它算法相比较,该方法在精度和速度上得到有效改善。所测目标中心区域灵敏度低一直制约着MIT应用于实际测量,分析人脑的生物组织结构,首先对目标区域内无扰动的四种情况下的灵敏度分布进行了测试和分析,然后同等条件下对四种情况分别添加扰动物体,依次改变扰动电导率值、扰动个数、以及扰动半径,并进行测试实验和对比分析。结果表明,针对不同的测试情况,有针对性的加入适合的电导率扰动可以提高中心区域的灵敏度。设计并实现了一种检测目标物体中的电磁场传播速度的实验系统。根据速度成像原理,提出反映所测目标物体的电特性的电磁场传播速度这一检测参数,对电磁场传播速度与所经过物质的电特性之间的关系进行了介绍和推导,设计一种测量电磁场传播速度的开放式振荡电路,对无放置物体和放置水两种情况分别进行了测量,得到电路的振荡频率,进而得到电磁场在水中的传播速度。结果表明,所设计的测量电磁场传播速度的开放式振荡电路能够反映电磁场所经过物质的电特性参数信息。
王雷, 付峰, 史学涛, 尤富生, 王楠[8]2013年在《三层人脑三维有限元脑模型的建立》文中研究表明目的:构建应用于脑部电磁问题研究的接近真实大脑轮廓的三维有限元脑模型。方法:分析人颅骨的结构特征和几何轮廓,利用规则几何体的组合拟合颅骨轮廓,建立颅骨轮廓模型;然后,以颅骨轮廓模型为基础,向外扩展出头皮层,向内缩小分别形成颅骨层和脑实质层;最后,利用有限元数值分析软件包对三层脑部模型进行有限元剖分。结果:建立了由头皮层、颅骨层和脑实质层组成的三层人脑三维有限元脑模型。结论:本模型构建方便、快速,与真实人脑结构近似程度高,为脑部电磁问题的研究提供了一种适合的仿真模型。
张孝通[9]2009年在《基于磁共振测量技术的生物组织电特性成像研究》文中指出生物组织的电特性(电导率与介电常数)反映了组织的生理、病理信息,其分布图有助于对病变(如癌症等)组织的早期诊断。本论文在回顾了几种重要医学电磁成像方法的基础上,从物理原理以及实验技术等方面论述了当前研究热门之一的磁共振电阻抗成像技术(MREIT),原创性地提出了一种仅利用单方向磁感应强度、基于自适应网络模糊推理系统的ANFIS-MREIT算法,并在两种典型三维头模型上验证了该算法的有效性和抗噪性。即使在加入噪声或者电极位置发生偏移的情况下,该算法仍然可以十分准确地对头部组织电导率比值进行重建。通过与同类算法的结果比较发现,对于具有多层组织、电导率各向同性且分层连续体模型的阻抗重建,该算法具有较大的优越性。继加拿大、韩国和土耳其的研究小组之后,我们在国内率先开展了电流密度成像(MRCDI)实验,利用一台1.5T的MRI设备得到了成像模型内部横截面竖直方向上的电流密度分布信息,测量计算结果与实际值误差为10.62%。论文分析了引起噪声的若干因素,这其中包括来自MRI系统电路的干扰信号以及成像物体翻转过程中带来的误差；同时提出了抑制噪声、提高实验结果信噪比的若干软硬件改进方法。磁共振电特性成像技术(MREPT)是新近提出的电磁成像方法。该技术基于射频场成像技术(B1-mapping),无需外加能量注入成像体,仅通过常规磁共振扫描即可实现,克服了MREIT技术的局限性,真正实现了对人体测量的非侵入性和无损伤性,因而有着很大的发展潜力。本论文分析了该技术的物理原理,克服了现有三种MREPT重建算法的不足,原创性地提出了非迭代的Dual-excitation算法,并利用一系列二维及三维仿真实验验证了其可行性和有效性,证明了其较同类算法的优越性。同时,率先对MREPT图像重建过程中的诸多技术环节做了深入的理论分析。与MREIT技术不同,MREPT技术同时对组织电导率和介电常数两者进行重建,因此可以提供比MREIT更为丰富的组织功能结构信息。该技术同时有助于我们对高频下衡量人体因吸收电磁波生热的“比吸收率”进行计算,因此可用于衡量高场强磁共振系统发热安全问题以及手机辐射安全等领域。
颜威利, 李颖, 郭鸿涌[10]2004年在《生物医学电磁场若干问题的研究》文中进行了进一步梳理生物医学电磁场问题的研究是多学科交叉研究,属于当今国际电磁场研究的前沿领域.本文总结了河北工业大学生物电磁技术课题组近期的一些研究工作,主要包括脑电场的建模与数值求解和强磁场对细胞的生物学效应.文中对脑电场建模与数值求解和强磁场对细胞的生物学效应的研究意义、研究方法进行了综述,并给出了主要研究结果.
参考文献：
[1]. 生物医学电磁逆问题若干方法的研究[D]. 李颖. 河北工业大学. 2000
[2]. 生物医学电磁逆问题及其数值计算方法[J]. 饶利芸, 颜威利, 汪友华, 何任杰, 白净. 国外医学.生物医学工程分册. 1997
[3]. 电磁层析成像生物信息耦合测试[D]. 付妍. 天津大学. 2015
[4]. 微波逆散射成像中的若干问题研究[D]. 孟庆阳. 浙江大学. 2017
[5]. 手机与人体相互作用的数值模拟研究[D]. 童颖. 西安电子科技大学. 2007
[6]. 概率统计方法在微波生物医学成像和雷电电磁效应评估中的应用[D]. 赵翔. 四川大学. 2005
[7]. 磁感应成像的若干关键技术研究[D]. 吕轶. 东北大学. 2012
[8]. 三层人脑三维有限元脑模型的建立[J]. 王雷, 付峰, 史学涛, 尤富生, 王楠. 医疗卫生装备. 2013
[9]. 基于磁共振测量技术的生物组织电特性成像研究[D]. 张孝通. 浙江大学. 2009
[10]. 生物医学电磁场若干问题的研究[J]. 颜威利, 李颖, 郭鸿涌. 河北工业大学学报. 2004