Экспериментальные методы электрополевой томографии

• Автор: Туйкин, Тимур Салаватович
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 168 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА
ТОМОГРАФИЯ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)
1.1. Терминология и общие сведения о томографии
1.2. История возникновения томографии
1.3. Томографические методы
1.4. Принцип томографии на примере лучевой томографии
1.5. Эмиссионная томография
1.6. Томография акустическими волнами
1.7. Квазистатическая электромагнитная томография
1.7.1. Электроёмкостная томография
1.7.2. Магнитоиндукционная томография
1.7.3. Электроимпедансная томография
1.8. Магниторезонансная томография
1.9. Магниторезонансная электроимпедансная томография
ГЛАВА II
КРАТКАЯ ТЕОРИЯ И АЛГОРИТМЫ РЕКОНСТРУИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В ЭЛЕКТРОПОЛЕВОЙ ТОМОГРАФИИ
2.1. Определение, физические принципы ЭПТ
2.2. Измерительная система для ЭПТ
2.3. Прямая задача ЭПТ и моделирование измерений
2.4. Реконструкция изображения в ЭПТ
ГЛАВА III
ОДНОКАНАЛЬНАЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА
3.1. Описание одноканальной измерительной системы
3.2. Набор образцов для одноканальных исследований
3.3. Моделирование одноканальной системы
3.4. Частотная зависимость сдвига фазы
3.5. Зависимость сдвига фазы от положения объекта
3.6. Эксперименты с фоновым объектом, содержащим полость
3.7. Выводы
ГЛАВА IV
МНОГОКАНАЛЬНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ЭПТ
4.1. Модуль для измерения фазы
4.1.1. Квадратурный демодулятор на основе ключевого элемента
4.1.2. Интегральный анализатор фазы AD8
4.1.3. Вычисление фазы сигнала цифровым методом
4.2. Многоканальная система с линейной матрицей электродов
4.3. Результаты моделирования многоканальной системы
4.4. Описание многоканальной круговой системы
4.4.1. Описание работы модулей многоканальной системы
4.4.2. Описание ПО, алгоритм работы модулей системы
4.4.3. Описание сред и объектов для визуализации
4.5. Результаты визуализации тестовых объектов
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. СПИСОК КОМАНД ОБМЕНА С ИЗМЕРИТЕЛЬНЫМИ МОДУЛЯМИ .Л
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. ОПИСАНИЕ РАБОЧЕГО ОКНА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ ОБМЕНА ДАННЫМИ С ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМОЙ
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. При визуализации внутренней структуры объектов методы компьютерной томографии дают возможность отобразить различные их свойства: ЯМР-томография - плотность протонов, рентгеновская томография - плотность вещества, акустическая томография - механические свойства среды и т.д. В 80-х годах прошлого века был развит метод электроимпедансной томографии, позволяющий визуализировать на сравнительно низкой частоте пространственное распределение электропроводности. Визуализация электрических свойств биологических сред оказалась информативной для медицины, поскольку эти свойства тесно связаны с процессами обмена веществ и кровоснабжения. Таким способом можно диагностировать функциональные изменения и заболевания на более ранних стадиях, чем другими томографическими методами. Но одним из недостатков такого подхода является использование большого количества измерительных электродов, контактирующих с телом пациента. В ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН были предложены бесконтактные квазистатические томографические методы исследования - магнитоиндукционная томография и электрополевая томография. В диссертационной работе развиваются экспериментальные методы электрополевой томографии. Эта задача является актуальной, поскольку до последнего времени работа в данной области ограничивалась теоретическими исследованиями и численным моделированием.
Цель диссертационной работы. Целью работы является развитие экспериментальных методов электрополевой томографии, а именно: моделирование, разработка и создание многоканального программноаппаратного измерительного комплекса, позволяющего реализовать метод электрополевой томографии электропроводящих сред.
помощью взаимодействия с ними электромагнитных полей с длинами волн значительно больше, чем размеры объектов, что позволяет не учитывать волновой характер распространения поля.
Все методы квазистатической электромагнитной томографии позволяют визуализировать информацию о пространственном распределении электрических свойств объекта. Подобные изображения являются непривычными для специалистов, привыкших работать с классическими методами, основанными на анализе плотности: рентгеновская томография, ЯМР или УЗТ, и требуют разработки особых методик анализа объекта по его электрическим свойствам. Методы особенно перспективны для медицинской диагностики, поскольку процессам плотностных изменений, доступным для диагностики классическими методами, предшествуют изменения кровообращения, обмена веществ и концентрации веществ, ферментов, гормонов. Они тесно связаны и влияют на электрические свойства тканей, что теоретически позволяет обнаруживать заболевания на начальных стадиях методами квазистатической томографии. Величины изменения электрических свойств тканей могут достигать десятка раз против десятка процентов изменений плотностных свойств. Кроме того, многочастотный анализ позволяет получать более полную информацию о внутриклеточном и межклеточном состоянии ткани. Изучение изменения частотной дисперсии для данного вида ткани, вероятно, еще расширит возможности диагностики. В некоторых случаях анализ электрических свойств позволяет выявлять отклонения, не выявляемые методами плотностного анализа [18-19]. Бесспорным плюсом для широкого применения систем квазистатической томографии также является низкая стоимость диагностического оборудования в сравнении с системами для компьютерной томографии и даже УЗИ-сканером.