电磁波传播延迟对磁感应成像技术影响的研究

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磁感应成像(Magnetic Induction Tomography,简称MIT)技术是一种新型电磁成像技术,由于其具有非侵入性和非接触性的特点,目前已成为生物医学领域的研究热点。MIT技术利用相位检测技术获取待测物体内部涡流信号,通过图像重建算法重构被测物体电导率分布。经典MIT技术中忽略了由电磁波传播延迟应所引起的相位滞后对涡流信号相位检测准确度的影响,为此本文对电磁波传播延迟在MIT技术中的影响进行了一系列研究,主要工作如下:(1)综述了 MIT技术的发展现状,分析了涡流信号测量的基本原理,解析了 MIT系统中传感器阵列的线圈模型;通过电磁场与电磁波基本理论,定量推导了 MIT中电磁波传播延迟引起的相位滞后的计算公式。(2)基于COMSOL多物理场耦合仿真软件建立MIT测量系统模型,提取并分析了检测线圈感生电压,综述了 MIT测量系统灵敏度矩阵的求解方法,并基于8通道MIT测量模型实现了四种典型的激励-检测组合在自由场和扰动场中灵敏度矩阵的求解与成像。(3)设计并实现了 MIT测量系统硬件电路,并分别对空场和扰动场进行试验测试并记录了测量数据,基于线性反投影算法分别对原始测量数据和考虑电磁波传播延迟影响的修正数据进行图像重建,图像重建结果表明电磁波传播延迟引起的相位滞后对MIT涡流信号相位检测准确度有不可忽略的影响。(4)基于电磁波在生物组织中的传播特性,设计并搭建了基于开放式振荡电路的生物阻抗测量系统。对该系统的开放式振荡电路起振频率、稳定性、可重复性以及电导率灵敏度进行了测试与讨论,对生物组织中的电磁波传播延迟与其电参数的关系进行了深入研究。
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