磁声成像的五自由度扫描装置设计及实验研究

发布时间：2017-05-03 17:17

  本文关键词：磁声成像的五自由度扫描装置设计及实验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：磁声成像作为一种新型功能成像方式,将电磁能转化为声能,以生物组织电特性为成像特征值,反映组织的生理、病理状态,该方法具有无创、高对比度和高空间分辨率等优点,对于肿瘤的早期检测具有潜在的应用价值。在磁声成像研究中,扫描方式、扫描运动控制精度、样本特性及信号检测处理对磁声信号、电导率分布重建具有重要意义。本文研制了五自由度运动控制及精确定位装置,采用National Instrument运动控制及信号采集平台,实现了声换能器沿X、Y、Z方向平移以及沿z轴旋转,样本载物盘沿Z轴360。旋转。使用LabVIEW软件编程,可实时数据采集、显示与存储。对装置的定位精度进行了测试,并以铜环为样本进行了手动控制与电机控制的电导率成像精度对比,结果表明定位装置能够满足磁声成像实验要求。在此基础上,本文设计了一种平移圆周的运动控制扫描方式,对双层石墨样本,应用Comsol Multiphysics及matlab软件仿真,并开展物理实验。开发了基于平移圆周扫描的电导率重建算法,并重建样本电导率分布。由于实验中样本与耦合剂声速不同,重建图像产生畸变,对声速进行修正后,电导率重建图像与样本具有较好的一致性。同时,本研究对磁声信号频率向低频偏移现象进行了研究,以铜导线、铜片及石墨为样本模型开展了仿真和实验研究。结果表明,声换能器与样本间的距离及样本声特性的改变,均对信号频率具有一定影响。此外,本文对凝胶仿体制备方法和参数特性进行了研究。对仿体电导率进行测量,为后期仿体制作及实验提供电导率参考值,有效提高了实验效率。针对实验过程中仿体离子流失问题进行了初步研究,其研究结果表明在一定程度上能够减小离子的流失。总之,本文研制了五自由度运动实验装置,开展了平移圆周扫描方式的磁声成像实验,对磁声信号进行了时频分析,优化了凝胶仿体的制备工艺。为不同扫描方式的磁声信号检测及成像,进一步揭示磁声耦合成像机制开展研究工作建立了实验条件。
【关键词】：五自由度 平移圆周扫描 频率偏移 凝胶仿体 电导率测量
【学位授予单位】：北京协和医学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R312;TP391.41
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 背景介绍9
• 1.2 生物电导率成像方法9-10
• 1.3 国内外研究现状10-14
• 1.4 本文重点与结构14-15
• 1.5 本章小结15-17
• 第二章 磁声耦合成像理论基础17-23
• 2.1 生物电特性与声特性17-21
• 2.1.1 生物组织电特性17-19
• 2.1.2 生物组织的声特性19-21
• 2.2 磁声耦合成像理论基础21-23
• 第三章 五自由度磁声成像实验装置设计23-30
• 3.1 磁声成像实验平台介绍23-27
• 3.1.1 声换能器特性介绍23-25
• 3.1.2 稳恒磁场25
• 3.1.3 实验平台介绍25-27
• 3.2 五自由度系统装置27-29
• 3.2.1 五自由度控制平台机械设计27
• 3.2.2 五自由度系统运动精度测量27-28
• 3.2.3 手动及电机控制圆周扫描成像对比28-29
• 3.3 本章小结29-30
• 第四章 平移圆周扫描方式的运动控制及实验30-42
• 4.1 基于LabVIEW的检测装置运动控制系统设计30-34
• 4.1.1 LabVIEW平台简介30
• 4.1.2 五自由度系统装置硬件系统30-33
• 4.1.3 LabVIEW程序设计主要函数功能模块33-34
• 4.2 平移圆周扫描设计实现34-37
• 4.2.1 平移圆周扫描方式34-35
• 4.2.2 扫描装置运动控制及数据采集实现35-37
• 4.3 仿真实验设计37-39
• 4.3.1 Comsol Multiphysics仿真软件37
• 4.3.2 仿真模型建立37-39
• 4.4 物理实验设计39-40
• 4.5 电导率重建结果对比40-41
• 4.6 本章小结41-42
• 第五章 磁声信号频率变化现象研究42-52
• 5.1 频率变化现象影响因素研究42-47
• 5.1.1 耦合介质传播衰减作用影响43-47
• 5.2 声源叠加影响因素47-50
• 5.3 声特性差异的影响50-51
• 5.4 本章小结51-52
• 第六章 用于磁声成像实验的电导率仿体制备52-59
• 6.1 仿体制作及电导率测量52-56
• 6.1.1 仿体制作及电导率测量介绍52-53
• 6.1.2 实验组与测试结果53-56
• 6.2 仿体制备的改进56-58
• 6.2.1 新仿体制备56
• 6.2.2 两种制备方式性能对比56-58
• 6.3 本章小结58-59
• 第七章 总结与展望59-61
• 7.1 总结59
• 7.2 展望59-61
• 参考文献61-67
• 研究生期间发表论文67
• 研究生期间发表专利67
• 研究生期间参与科研项目67-68
• 致谢68

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 王侃;董秀珍;付峰;廖琪梅;刘锐岗;;基于电阻抗扫描的乳腺组织阻抗频谱特性测量实验[J];生物物理学报;2008年06期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 徐管鑫;电阻抗成像技术理论及应用研究[D];重庆大学;2004年

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本文编号：343429