生物探测及其中的磁探测电阻抗成像技术在经络研究中的应用ppt课件

1、I n s t i t u t e o f A d v a n c e d M a t e r i a l s a n d I n f o r m a t i o n T e c h n o l o g y 贺勇_华中科技大学2019I n s t i t u t e o f A d v a n c e d M a t e r i a l s a n d I n f o r m a t i o n T e c h n o l o g y主要内容主要内容生物探测方法简介生物探测方法简介阻抗成像技术分类及原理经络的客观性论证及性质阻抗成像在经络定位中的运用I n s t i t u t e o f

2、 A d v a n c e d M a t e r i a l s a n d I n f o r m a t i o n T e c h n o l o g y生物探测方法生物探测方法激光生物探测激光生物探测红外生物探测无线电生物雷达探测超声波生物探测磁探测I n s t i t u t e o f A d v a n c e d M a t e r i a l s a n d I n f o r m a t i o n T e c h n o l o g y美国研讨人员表示，无痛的拉曼激光束能够很快取代X射线，作为一种非侵入式的疾病诊断方式。这种名叫拉曼光谱学的方法，可以协助医生尽早发现

3、乳腺癌、蛀牙以及骨质疏松的迹象，使疾病诊断变得更快、更廉价、更准确。拉曼光谱学主要用于丈量分子发出的散射光的密度和波长。它已被广泛运用于医学和制药学领域，比如，研讨人员运用拉曼激光丈量炎症的性质 。原理：生物大分子的拉曼光谱拉曼效应光照射到物质上发生弹性散射和非弹性散射. 弹性散射的散射光是与激发光波长一样的成分,非弹性散射的散射光有比激发光波长长的和短的成分, 统称为拉曼效应。 激光生物探测激光生物探测I n s t i t u t e o f A d v a n c e d M a t e r i a l s a n d I n f o r m a t i o n T e c h n o

4、l o g y红外视频生命探测仪利用如今的红外夜视技术，结合视频显示等给运用者提供看不到区域的物体影像，其中红外摄像技术分为被动红外摄像技术和自动红外摄像技术 。被动原理：任何物体在绝对零度(一273)以上都有红外光发射的原理。由于人的身体和发热物体发出的红外光较强，其它非发热物体发出的红光很微弱，因此，利用特殊的红外摄像机就可以实现夜间监控 。自动原理：利用特制的“红外灯人为产生红外辐射，产生人眼看不见而普通摄像机能捕捉到的红外光，辐射“照明景物和环境，从而得到目的物的情况。红外生物探测红外生物探测I n s t i t u t e o f A d v a n c e d M a t e r

5、 i a l s a n d I n f o r m a t i o n T e c h n o l o g y红外生物探测红外生物探测I n s t i t u t e o f A d v a n c e d M a t e r i a l s a n d I n f o r m a t i o n T e c h n o l o g y原理：当相参雷达系统的信号碰到运动目的时，前往信号的载频会挪动，即所谓的多普勒效应。这个多普勒频移反映了目的径向运动的速度。假设目的或者目的上的构造部件还伴有振动或者转动，那么雷达回波除了有通常的多普勒频移调制外，还会产生额外的频率调制，即在目的多普勒频率信

6、号附近产生一个附加的边频或边带，这个额外的频率调制，人们把它叫做微多普勒效应 运用： 1救援：地震、火灾、事故中的搜救。(2)安保：保安、边境巡查、安检。(3)医学：非接触式体征丈量、医疗、家庭护理。(4)体育：运发动特征形状分析。等等 无线电生物雷达探测无线电生物雷达探测I n s t i t u t e o f A d v a n c e d M a t e r i a l s a n d I n f o r m a t i o n T e c h n o l o g y超声波扫描仪 根据调制类型不同可分为：A超幅度，B超辉度，M 超，彩超等。原理：超声波在人体遇到密度不同的组织界面产生反

7、射波回波，脏器发生形变或者有异物时，由于外形，位置，声阻抗的变化，回波的位置和强度也发生变化 超声波生物探测超声波生物探测 I n s t i t u t e o f A d v a n c e d M a t e r i a l s a n d I n f o r m a t i o n T e c h n o l o g y磁探测磁探测生物体本身磁场生物体本身磁场 外加鼓励所产生的磁场研讨磁场的性质从而得出生物本体的相关性质I n s t i t u t e o f A d v a n c e d M a t e r i a l s a n d I n f o r m a t i o n

8、T e c h n o l o g y1978年，Webster等利用圆形电极阵列的断层电阻率丈量技术显示了人体的肺和心脏图像开启了医学上电阻抗成像的开端。根本原理：根据人体内不同的生理，病理形状下具有不同的电阻/电导率，采用各种方法给人体施加小的平安电流或者电压，经过驱动电流或电压在人体丈量相应信息，重建人体的电阻率分布及其变化图像。优势：无创伤，无电离，无辐射，构造简单，丈量简便阻抗成像技术阻抗成像技术 I n s t i t u t e o f A d v a n c e d M a t e r i a l s a n d I n f o r m a t i o n T e c h n

9、o l o g yl 接触式：注入电流电阻抗成像，磁共振电阻抗成像，l 电磁阻抗成像l 不完全接触式：感应电流电阻抗成像，磁探测电阻抗l 成像l 非接触式：包括磁感应成像和电场电阻率成像 电阻抗成像方法按照鼓励器和丈量器能否与成像目的体接触来划分，可以分为接触式、不完全接触式和非接触式三类。I n s t i t u t e o f A d v a n c e d M a t e r i a l s a n d I n f o r m a t i o n T e c h n o l o g y磁探测电阻抗成像开展磁探测电阻抗成像开展 1992年，Ahlfors等人首先提出经过贴在成像目的体的电

10、极，向成像 目的体注入一定频率的交变电流，然后用磁场传感器丈量注入电流 在成像目的体外产生的磁场，根据外表磁场重构出电导率分布图像 的方法。 2019年，Tozer等人验证了由磁场重建二维电流密度分布的可行性， 迈出了将MDEIT开展成为新的医学成像方法的第一步。 2019 年，Ireland 等将约束图像重建运用于 MDEIT，采用了网格迭代 优化算法，图像获得更佳的清析效果。I n s t i t u t e o f A d v a n c e d M a t e r i a l s a n d I n f o r m a t i o n T e c h n o l o g y磁探测电阻抗

11、成像磁探测电阻抗成像 根本原理：磁探测电阻抗成像MDEIT经过贴在成像目的体的成对电极，向成像目的体注入一定频率的交变电流，然后用某种方式的接纳安装，例如感应线圈、超导量子干涉仪SQUID等，丈量注入电流在成像目的体外产生的磁场，根据外表磁场的反问题求解获得产生磁场的电流分布，进而从电流分布重构出电导率分布图像。I n s t i t u t e o f A d v a n c e d M a t e r i a l s a n d I n f o r m a t i o n T e c h n o l o g y磁探测电阻抗成像磁探测电阻抗成像 MDEIT成像的过程本质就是求解反问题的过程，

12、也就是反演待重建的电参数。正问题：知模型的几何构造、阻抗分布、鼓励信号的源参数，求解模型内部的电流分布，进而获得磁场分布。逆问题：根据实测成像体外周的磁感应强度信息重建成像体的电导率分布。I n s t i t u t e o f A d v a n c e d M a t e r i a l s a n d I n f o r m a t i o n T e c h n o l o g y两个步骤进展：一、根据磁感应强度信息重构出电流密度分布两个步骤进展：一、根据磁感应强度信息重构出电流密度分布 BJ 毕奥毕奥-萨伐尔定律萨伐尔定律 二、从电流密度分布重建电导率分布二、从电流密度分布重建电导

13、率分布J 成像特点：磁场与电流密度是线性的，从磁场重建电流密度是线性的成像特点：磁场与电流密度是线性的，从磁场重建电流密度是线性的 病态的，相应的电阻抗重建是非线性的，但是是良性的。病态的，相应的电阻抗重建是非线性的，但是是良性的。I n s t i t u t e o f A d v a n c e d M a t e r i a l s a n d I n f o r m a t i o n T e c h n o l o g y经络的存在性证明经络的存在性证明 经络学说是研讨经络系统的循行分布、生理功能、病理变化及其与脏腑的相互关系，它贯穿中医学的生理、病理、诊断和治疗各方面，涉及针灸、

14、推拿、气功诸领域，是中医学实际体系的重要组成部分。实际：医学以人体为研讨对象，离不开三维构造，唯物主义者是构造与功能相一致论者，世界上绝对没有只需功能而没有构造的事物，因此经络必然存在。I n s t i t u t e o f A d v a n c e d M a t e r i a l s a n d I n f o r m a t i o n T e c h n o l o g y经络的存在性证明经络的存在性证明 实验分析： 徐瑞民等- 测定手三阴经皮部经脉线的生物物理学全息特征 结果 阐明20例受试者均能测出与经典手三阴经相符合的实验经脉线 。胡翔龙等人利用红外辐射成像技术 显示出了

15、300名安康志愿者十四 经的红外辐射轨迹 并以为其分布与皮肤微循环形状亲密相关。 朱兵等人的实验运用生物磁丈量方法，对中医十二经脉和奇经八脉 的循行道路进展了一系列的讨论。发现各经脉伴随有磁振动线出现 其循行线与经脉大致一样。 I n s t i t u t e o f A d v a n c e d M a t e r i a l s a n d I n f o r m a t i o n T e c h n o l o g y经络穴位具有低电阻特性： 20世纪50年代：日本中古义雄用干电池测得人体表有良导点， 且穴位与良导点是一致的。并进一步发如今良导络中存在着 可以代表整条良导络的良导点

16、，且与十二经中原穴相对应。 20世纪70年代，国内杨威生等人用四电极法丈量人体皮表电阻， 提示出经络具有较低电阻率的客观物性。本质根源：间液的相对含量较高是经络低组特性的根源。I n s t i t u t e o f A d v a n c e d M a t e r i a l s a n d I n f o r m a t i o n T e c h n o l o g y经络定位的研讨是经络研讨中的突破口，也是中医现代化的关键所在。而以经络的低电阻抗特性为切入点，利用磁探测电阻抗成像在功能层面对经络的位置进展探测为经络探测提供了实际上的突破口。 I n s t i t u t e o

17、f A d v a n c e d M a t e r i a l s a n d I n f o r m a t i o n T e c h n o l o g yMDEIT 系统由数据丈量系统及图像重构两大部分组成。系统由数据丈量系统及图像重构两大部分组成。数据丈量系统主要由用于鼓励的电极、稳定的交流鼓励源、感应线圈、数据丈量系统主要由用于鼓励的电极、稳定的交流鼓励源、感应线圈、 高精度的丈量电路、相应控制电路及计算机系统组成的数据采集与处置高精度的丈量电路、相应控制电路及计算机系统组成的数据采集与处置 单元单元图像重建在计算机执行，图像重建的本质就是求解逆问题。图像重建在计算机执行，图像

18、重建的本质就是求解逆问题。逆问题求解方法：逆问题求解方法：1确定性方法确定性方法拟牛顿法，最速下降法等。拟牛顿法，最速下降法等。 2随机性方法蒙特卡罗方法随机性方法蒙特卡罗方法)搜索方向搜索方向 和步长具有随机性和步长具有随机性遗传算法，模拟退火法等。遗传算法，模拟退火法等。I n s t i t u t e o f A d v a n c e d M a t e r i a l s a n d I n f o r m a t i o n T e c h n o l o g y磁探测丈量系统：磁探测丈量系统：I n s t i t u t e o f A d v a n c e d M a t e r i a l s a n d I n f o r m a t i o n T e c h n o l o g y I n s t i t u t e o f A d v a n c e d M a t e r i a l s a n d I n f o r m a t i o n T e c h n o l o g y参考资