家兔内出血模型的磁感应断层成像在体检测研究

发布时间：2020-05-13 08:13

【摘要】：内出血临床发病率高,具有隐蔽性。其发病突然,病情发展迅猛,死亡率居高不下。人体内出血主要发生在脑部及腹部内的脏器。治疗内出血的关键是早发现,但现有的医学诊断技术不能对内出血过程进行连续性监测,无法做到早发现,因此,目前急需一种能够提供监测与预警的临床诊断技术。磁感应断层成像技术(Magnetic Induction Tomography,MIT)是新兴的非接触式的电阻抗断层成像方法,它检测处于交变磁场中的物体内部电导率分布变化所导致的涡流感应信号的变化并重建其图像。MIT具有无创、非接触、电阻抗变化时间敏感度高、可实时动态成像等特点,是人体内出血监测的适宜技术。目前,在MIT重建算法、数据采集系统、物理模型成像实验等方面已有较多的研究报道,但对生物组织成像实验研究很少,特别是系统性的在体检测实验未见报道,使MIT向临床应用推进无法突破,限制了MIT技术的发展。针对MIT研究中在体成像的空白,本研究搭建了MIT在体检测实验平台,建立了两种家兔内出血模型(局灶性内出血动物模型和弥散性内出血动物模型),应用课题组自研的MIT实验系统开展了系列在体MIT成像实验,并对实验数据进行了分析。具体工作如下:第一部分:MIT在体检测研究实验平台与可行性验证实验本研究搭建的实验平台由自主研发的16通道MIT实验系统、滑动式动物实验操作台和系统支架构成。其中实验系统的测量精度小于0.3%,优于医学MIT成像所需的1.0%。在连续测量并成像的情况下,系统采集数据的平均耗时约为4s/帧。本研究建立了用于MIT研究的家兔内出血模型。为验证系统的可靠性及在体检测的可行性,以深度麻醉家兔(心脏跳动,但呼吸等生命活动微弱)作为被测对象,对其腹部皮下注射生理盐水,并进行连续性在体监测实验。可行性验证实验结果表明:实验平台工作正常,满足动物实验的需求;MIT实验系统可靠性良好,符合在体连续性检测的基本要求。第二部分:局灶性内出血动物模型的MIT实验研究通过对成年家兔腹部皮下注射液体的方式建立局灶性内出血动物模型。注射的液体分别为生理盐水(约1.26 S/m)和异体兔血(约1.09 S/m),各7只。将家兔麻醉后,置于滑动平台上,将留置针头刺入腹部皮下,然后滑动家兔使注射部位处于MIT线圈阵列断面。待MIT实验系统预热后,取未注射液体时的测量数据作为参考帧。然后通过留置针每次注射3mL剂量的液体,间隔约1~2分钟后再次注射,共连续注射8次。在每次注射间隔时间内,采集10帧以上的测量数据,并实时重建时间差分电导率分布图像。取每次注射后的一帧图像进行分析。无论注射的是生理盐水还是异体兔血,对应注射部位的图像都出现明显的电导率增大,且随着注射剂量的增加而持续增大;在统一重建图像的上下限之后,图像显示随注射剂量的增加,目标位置面积逐渐增大、颜色加深。取图像中最大电导率变化的重建值(以下简称重建值)进行线性回归分析,结果表明两种注射液体组的重建值与注射剂量之间均呈线性关系,其线性回归系数分别为0.914和0.909;生理盐水组的回归直线的斜率大于血液组,提示该斜率反映了注射液体电导率的差异。第三部分:弥散性内出血动物模型的MIT实验研究通过对成年家兔腹腔注射血液的方式建立弥散性内出血动物模型。类似于第二部分,区别是将留置针刺入腹腔内,注射的液体只选择异体兔血,取10只家兔,每次注射剂量为10mL,连续注射8次。在MIT时间差分重建图像中,可观察到对应注射部位存在明显的电导率增大,且与局灶性模型相比,目标图像面积较大,可反映弥散性电导率变化。同样在统一重建图像的上下限之后,可观察到目标图像随剂量增加而面积增大、颜色加深。对重建值进行线性回归分析表明,重建值与注射剂量之间近似呈线性关系,线性回归系数为0.846,低于局灶性模型。综上,本研究搭建了MIT在体检测研究实验平台,并验证了系统在体检测的可靠性;针对内出血类型建立了两种活体动物模型,验证了MIT在体实时动态连续监测的可行性,并在此基础上研究了注射剂量与电导率变化的规律。本研究结果可为MIT技术进入更深层次的动物实验甚至未来的临床实验奠定基础。本研究的创新之处在于:1)首次使用MIT技术对活体动物进行在体检测研究,并能够检测到内部电导率分布的变化;2)现阶段局灶性内出血模型可辨别的最小检测剂量为3mL,弥散性内出血模型可辨别的最小检测剂量为10mL。注射剂量与重建值呈线性关系,且对于不同电导率的注射液体,其回归直线的斜率不同。
【图文】：

原理图,磁感应,原理图,涡流

检测与监护技术的不足，期望能够提高诸如内，做到有效预防、早发现早治疗，这也为现代医原理一种以涡流感应原理检测人体内部电导率分布[18]。n 个线圈构成线圈阵列均匀地放置于被测对圈中的某一个作为激励线圈，并在其中通入交变，如此循环往复直至激励遍历所有线圈。在交变一个交变磁场，称之为激励磁场 B。在该磁场的涡流，，而该涡流又会感应出另一个磁场，称之测到交变涡流所引起的磁场变化，再通过重建率分布或其变化量图像[18,19]。

激励磁场,感应磁场,矢量分析

空军军医大学硕士学位论文映出被测物体内电导率的实时变化量。整个过程中，MIT 的仪器有直接接触，因此理论上避免了实际应用中电极与皮肤的接触所激励磁场与感应磁场作矢量分析，如图 2 所示[18]，其中 ω 是激励是被测对象的电导率分布，为被测对象的介电常数分布。感应磁变化而改变[20,21]。Griffiths 通过分析得出关系式为 ΔB/B∝ω2-iω[是引起感应磁场 ΔB 实部变化的原因，而激励磁场所感生出来的交虚部的变化，且与 σ 和 ω 成线性关系。进一步可推导出 B 与 B+ΔB电流角频率 ω 和电导率分布变化量 Δ 成正比，即 Δφ∝ωΔ[22]。
【学位授予单位】：中国人民解放军空军军医大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R-332

【相似文献】