均勻激勵磁場磁感應(yīng)成像的改進(jìn)反投影算法.pdf

1、磁感應(yīng)成像技術(shù)(Magnetic Induction Tomography，MIT)是一種新興的生物阻抗成像技術(shù)。其原理是由激勵線圈中通入的正弦電流在空間中產(chǎn)生交變磁場，交變磁場在被測物中感應(yīng)出渦流，渦流又在空間中感應(yīng)出二次磁場。由于二次磁場的大小與被測物的電導(dǎo)率分布有關(guān)，因此通過檢測二次磁場就能重構(gòu)出被測物的電導(dǎo)率分布。磁感應(yīng)成像技術(shù)采用磁場作為激勵源，與CT、核磁共振等成像技術(shù)相比，它對人體不會造成傷害，具有安全可靠的特點。采用磁場

2、作為激勵源，激勵線圈可以不必與人體相接觸，從而避免了接觸阻抗對成像造成的誤差。另外，磁場能夠穿過電導(dǎo)率較低的顱骨，非常適合對頭顱進(jìn)行成像。磁感應(yīng)成像技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)今生物醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域的熱門研究課題。
　　 本論文針對磁感應(yīng)成像技術(shù)的逆問題，重點研究了圖像重建的算法。通過分析傳統(tǒng)螺旋線圈產(chǎn)生的激勵磁場空間分布的不均勻性，提出采用亥姆霍茲線圈作為激勵線圈的新磁感應(yīng)成像系統(tǒng)模型。并在該模型下運用反投影算法進(jìn)行成像，然后提出方法對算法進(jìn)行

3、改進(jìn)的方法。主要研究的內(nèi)容如下：
　　 (1)建立雙層球模型模擬簡化的頭顱及其病變組織，采用分離變量法求解出該模型矢量磁位和檢測線圈上感應(yīng)電壓的的解析解。通過仿真實驗，得到檢測線圈測得的電壓與被測物的電導(dǎo)率之間呈線性變化關(guān)系。
　　 (2)通過仿真得到傳統(tǒng)螺旋線圈激勵方式下的激勵磁場在空間中是向周圍發(fā)散衰減的。這使被測區(qū)域內(nèi)不同位置的電導(dǎo)率單元受到的激勵磁場不相等，而且在運用反投影進(jìn)行成像時，由磁力線構(gòu)成的投影路徑也是彎

4、曲的。而亥姆霍茲線圈能夠產(chǎn)生均勻磁場，因此選用亥姆霍茲線圈作為激勵線圈，提出新的磁感應(yīng)成像系統(tǒng)來克服上述問題。
　　 (3)在亥姆霍茲線圈作為激勵線圈的系統(tǒng)模型下，運用反投影算法對成像模型進(jìn)行圖像重構(gòu)，得到的結(jié)果能夠準(zhǔn)確地反映異物的位置，但是存在嚴(yán)重的偽跡。
　　 (4)從兩個方面對反投影算法重構(gòu)的圖像質(zhì)量進(jìn)行改進(jìn)。一，從得到更多更全面的投影數(shù)據(jù)出發(fā)，證明通過增加檢測線圈個數(shù)、加密檢測線圈的旋轉(zhuǎn)步進(jìn)能夠消除圖像的部分偽跡

5、，提高圖像的分辨率。二，從對算法進(jìn)行修正的角度出發(fā)，采用混合加權(quán)反投影算法和濾波反投影算法進(jìn)行圖像重構(gòu)。結(jié)果表明兩種改進(jìn)的算法都能消除反投影成像結(jié)果的偽跡，對異物的定位也很準(zhǔn)確。
　　 (5)通過對不同成像模型的仿真，研究了反投影、混合加權(quán)的反投影、濾波反投影對異物目標(biāo)的位置、大小、數(shù)量的靈敏性以及抗噪聲能力。結(jié)果表明：這三種算法都能準(zhǔn)確地對異物目標(biāo)進(jìn)行定位。但當(dāng)異物靠近被測區(qū)域邊緣時，混合加權(quán)的反投影算法得到異物向邊緣偏移。當(dāng)