基于锥形铁心线圈的感应式磁声磁粒子浓度成像研究

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作者 闫孝姮 王兵 +2 位作者 陈伟华 侯潇涵 王宇飞 《电工技术学报》 北大核心 2025年第16期5204-5215,共12页

在相同电流激励条件下,为了提高感应式磁声磁粒子浓度成像(MACT-MI)装置产生的梯度磁场,该文提出一种由Maxwell-Helmholtz线圈和锥形铁心组成的磁场发生装置,相较于传统MACT-MI激励单元,在研究区域(ROI)新增一个由锥形铁心感生出的时变... 在相同电流激励条件下,为了提高感应式磁声磁粒子浓度成像(MACT-MI)装置产生的梯度磁场,该文提出一种由Maxwell-Helmholtz线圈和锥形铁心组成的磁场发生装置,相较于传统MACT-MI激励单元,在研究区域(ROI)新增一个由锥形铁心感生出的时变梯度磁场分量。首先研究了锥形铁心对MACT-MI电磁学与声学特性的影响,通过建立多目标优化模型,对铁心结构进行设计,并采用和谐搜索算法,得到最优铁心尺寸;最后采用有限元分析软件COMSOL对加铁心前后的激励效果进行了求解与比较。数值研究表明,与空心线圈相比,锥形铁心线圈在ROI的梯度磁场磁感应强度最大值提高了约6.9倍,轴线磁场梯度扩大了3倍,磁性纳米粒子(MNPs)在中心位置所受磁力增大了10.4倍。该研究为降低MACT-MI装置所需电流激励提供研究基础,使MACT-MI成像装置向生物医学的实际应用进一步迈进。 展开更多

关键词 感应式磁声磁粒子浓度成像 锥形铁心线圈 磁力 声压

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基于改进目标场法梯度线圈的感应式磁声磁粒子浓度成像研究 被引量：1

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作者 闫孝姮 淡新贤 +1 位作者 陈伟华 刘方田 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第14期4305-4316,共12页

感应式磁声磁粒子浓度成像(MACT-MI)是一种基于磁声耦合效应的磁性纳米粒子(MNPs)浓度成像新方法。由于其磁声信号的信噪比低,导致系统成像质量不佳,该文提出一种改善MACT-MI信噪比的新思路:首先,基于经典目标场法(TFM)设计梯度线圈的思... 感应式磁声磁粒子浓度成像(MACT-MI)是一种基于磁声耦合效应的磁性纳米粒子(MNPs)浓度成像新方法。由于其磁声信号的信噪比低,导致系统成像质量不佳,该文提出一种改善MACT-MI信噪比的新思路:首先,基于经典目标场法(TFM)设计梯度线圈的思路,将最小化磁场相对误差定义为适应度函数,并采用鲸鱼优化算法对电流密度系数进行优化,设计了一种结构灵活、激励简单的高质量梯度磁场线圈;其次,为研究梯度磁场空间分布特征对MACT-MI的影响,该文构建不同的MNPs分布模型,并利用多物理场仿真软件COMSOL对MACT-MI的物理过程进行数值求解,得到成像区域的磁力和声压分布。仿真结果表明,磁力和声压的有效波动范围与梯度磁场均匀空间的大小成正比,且随着均匀空间的缩小,磁力和声压的峰值也随之衰减,通过提高磁场的均匀度可以有效提高磁声信号的信噪比,改善系统成像质量。研究结果可为成像装备的设计以及MACT-MI的后续实验应用提供研究基础。 展开更多

关键词 磁声磁粒子浓度成像 目标场法 梯度磁场 均匀空间

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相同极性永磁体对感应式磁声磁粒子浓度成像过程影响的仿真 被引量：6

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作者 闫孝姮 李政兴 +1 位作者 潘也 陈伟华 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第8期1926-1937,共12页

感应式磁声磁粒子浓度成像(MACT-MI)是一种基于磁声耦合效应的磁性纳米粒子(MNPs)浓度成像新方法,为降低激励源幅值、增大磁声信号的信噪比,该文提出一种加入相同极性永磁体的MACT-MI新思路。根据Langevin顺磁理论,研究加入相同极性的... 感应式磁声磁粒子浓度成像(MACT-MI)是一种基于磁声耦合效应的磁性纳米粒子(MNPs)浓度成像新方法,为降低激励源幅值、增大磁声信号的信噪比,该文提出一种加入相同极性永磁体的MACT-MI新思路。根据Langevin顺磁理论,研究加入相同极性的永磁体后MACT-MI的电磁学与声学特性,进而对磁体系统进行设计,同时构建浓度渐变模型,采用多物理场仿真软件COMSOL对MACT-MI的物理过程进行求解,得到磁通密度、磁力和声压的二维分布及其对应的一维曲线。研究结果表明,加入相同极性永磁体后,MNPs受到的磁力更强,从而激发信噪比更大的磁声信号,有利于声信号的获取,在所设计的磁体系统激励下,MNPs产生的声压呈上下对称分布且方向相反,浓度均匀模型中声压的峰值出现在浓度边界处,浓度渐变模型声压的峰值出现在渐变中心处。研究结果可为成像装备的设计以及MACT-MI的后续实验乃至临床应用提供研究基础。 展开更多

关键词 磁性纳米粒子 相同极性永磁体 感应式磁声磁粒子浓度成像 磁力 声压

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基于矩阵式线圈的感应式磁声磁粒子浓度成像研究 被引量：1

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作者 闫孝姮 李政兴 +2 位作者 孙迪 陈伟华 高鹏 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第17期4269-4283,共15页

感应式磁声磁粒子浓度成像(MACT-MI)是一种基于磁声耦合效应的磁性纳米粒子(MNPs)浓度成像新方法,为降低激励源幅值,产生更加稳定的声压信号,该文提出一种基于矩阵式线圈的磁声磁粒子浓度成像系统,采用天牛须-鱼群优化算法对矩阵式线圈... 感应式磁声磁粒子浓度成像(MACT-MI)是一种基于磁声耦合效应的磁性纳米粒子(MNPs)浓度成像新方法,为降低激励源幅值,产生更加稳定的声压信号,该文提出一种基于矩阵式线圈的磁声磁粒子浓度成像系统,采用天牛须-鱼群优化算法对矩阵式线圈进行优化设计,根据优化结果采用多物理场仿真软件COMSOL对MACT-MI的物理过程进行求解,并将结果与Maxwell线圈进行对比,同时基于实际生物组织环境中的MNPs分布,构建浓度渐变模型,得到了成像区域的磁力、声压分布。结果表明,该文设计的矩阵式线圈能在较小的激励下产生大小相等且分布更为均匀的梯度磁场,从而产生更为稳定的声压信号;根据所构建的浓度渐变模型,MNPs所受磁力和声压波形宽度均与渐变区域宽度成正比,声压峰值与渐变区域的浓度梯度成正比。研究结果可为成像装备的设计以及MACT-MI的后续实验乃至临床应用提供研究基础。 展开更多

关键词 磁声磁粒子浓度成像 天牛须-鱼群算法 矩阵式线圈 浓度渐变 磁力 声压

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基于真实乳腺模型的感应式磁声成像正问题 被引量：9

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作者 张帅 侯琬姣 +2 位作者 张雪莹 杨红双 徐桂芝 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第24期126-133,149,共9页

感应式磁声成像(MAT-MI)是一种融合电阻抗成像和超声成像的多物理场成像技术。生物体结构复杂,对生物体MAT-MI研究具有重要意义和临床应用价值。正问题计算是MAT-MI的前提和基础,以MAT-MI建模与正问题求解为研究对象,分析了MAT-MI中磁... 感应式磁声成像(MAT-MI)是一种融合电阻抗成像和超声成像的多物理场成像技术。生物体结构复杂,对生物体MAT-MI研究具有重要意义和临床应用价值。正问题计算是MAT-MI的前提和基础,以MAT-MI建模与正问题求解为研究对象,分析了MAT-MI中磁声耦合问题的原理,构建了真实乳腺模型;利用广义有限元法求解了电磁场和声场正问题,获取了声源、声压分布,并对计算结果进行了误差分析。结果表明:真实模型与理想同心球模型相比,涡流密度和声源的分布、声压均发生了较大变化,在临床应用的图像重建中应予以足够重视。该计算方法可适用于真实模型MAT-MI正问题的求解,计算精度较高。 展开更多

关键词 感应式磁声成像 真实乳腺模型 正问题 涡流分布 广义有限元法

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基于乳腺肿瘤模型的感应式磁声成像正问题研究 被引量：6

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作者 李珣 《中国生物医学工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2010年第3期390-398,共9页

感应式磁声成像(MAT-MI)是一种融合磁感应技术和超声断层扫描技术的新型生物电阻抗成像方法,兼具电阻抗成像高对比度和超声断层扫描技术高空间分辨率的优点。本研究结合电磁场理论推导了MAT-MI在电导率均匀媒质内部和电导率发生突变的... 感应式磁声成像(MAT-MI)是一种融合磁感应技术和超声断层扫描技术的新型生物电阻抗成像方法,兼具电阻抗成像高对比度和超声断层扫描技术高空间分辨率的优点。本研究结合电磁场理论推导了MAT-MI在电导率均匀媒质内部和电导率发生突变的两种不同媒质分界面上的声源计算公式,揭示了MAT-MI声源与电导率的关系。模拟物理环境构建三维柱状线圈和乳腺肿瘤模型,借助有限元分析软件ANSYS进行时变电磁场分析,并应用电磁场有限元分析的结果,计算乳腺和肿瘤内部及边界的声激励源分布,应用自由空间波动方程格林函数解计算MAT-MI空间声场分布。仿真结果表明,所推导的计算公式能够直接应用电磁场有限元分析的结果,有效地计算乳腺肿瘤模型的声源和空间声场分布,MAT-MI将是乳腺肿瘤早期筛查、检测和诊断的一种潜在的和有效的医学辅助手段。 展开更多

关键词 感应式磁声成像 有限元电磁场分析 声源产生机制 乳腺肿瘤模型

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基于不同几何模型的感应式磁声成像声源重建仿真 被引量：7

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作者 马虹霞 刘志朋 +1 位作者 张顺起 殷涛 《中国生物医学工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2011年第1期40-45,共6页

感应式磁声成像是一种新型功能成像技术,能够反映组织电导率变化信息。生物组织结构和电导率分布复杂,且电导率存在非突变的或者连续过渡的边界。为深入研究更为真实的生物组织电导率分布与变化特点,本研究从不规则的几何模型出发,建立... 感应式磁声成像是一种新型功能成像技术,能够反映组织电导率变化信息。生物组织结构和电导率分布复杂,且电导率存在非突变的或者连续过渡的边界。为深入研究更为真实的生物组织电导率分布与变化特点,本研究从不规则的几何模型出发,建立了单线圈激励下的偏心球、正方体、椭球和电导率连续分布的球模型,借助有限元分析,研究仿真模型中的感应涡流分布并计算空间声场,应用时间反演法进行声源重建,同时分析了检测范围对重构图像的影响。仿真结果表明,感应式磁声成像能够有效地重构区分组织电特性的声源分布图像,探测器检测范围的有限性会使重构图像轮廓失真。本研究为感应式磁声成像实用技术的研究提供了较好的理论基础。 展开更多

关键词 感应式磁声成像 电导率 不同形状几何模型 声源重建

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生物感应式磁声成像的研究现状 被引量：3

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作者 马真 孙正 王健健 《中国生物医学工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第6期729-736,共8页

生物感应式磁声(MAT-MI)成像是一种新型功能成像技术,融合电磁技术、超声技术和多物理场探测与成像技术,具有电阻抗成像的高对比度以及超声扫描成像的高空间分辨率的特点,能够反映生物组织的电导率变化信息,达到对病变组织进行早期诊断... 生物感应式磁声(MAT-MI)成像是一种新型功能成像技术,融合电磁技术、超声技术和多物理场探测与成像技术,具有电阻抗成像的高对比度以及超声扫描成像的高空间分辨率的特点,能够反映生物组织的电导率变化信息,达到对病变组织进行早期诊断的目的。将MAT-MI与内窥检测技术相结合,则可直接检测生物腔体组织(如鼻腔、消化道以及血管等)病变的情况,为腔体组织疾病的诊断和治疗提供更及时可靠的依据。在分析MAT-MI的成像原理的基础上,对其正/逆问题的研究现状进行综述,并探讨内窥感应式磁声成像的可行性以及所面临的技术难点。 展开更多

关键词 感应式磁声成像 电阻抗 超声 内窥成像 生物组织电导率

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感应式磁声成像中的磁热声效应研究 被引量：1

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作者 杨铭 马任 +3 位作者 张顺起 周晓青 殷涛 刘志朋 《中国生物医学工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第3期295-302,共8页

探究感应式磁声成像中的磁热声效应,分析磁声声源与热声声源分布及幅值特征。建立磁声及热声声源表达式,数值仿真多层电导率仿真模型的感应电流分布、磁声+热声声源分布及声压信号,对两种声源分布及重建结果进行比较。为验证仿真结果,... 探究感应式磁声成像中的磁热声效应,分析磁声声源与热声声源分布及幅值特征。建立磁声及热声声源表达式,数值仿真多层电导率仿真模型的感应电流分布、磁声+热声声源分布及声压信号,对两种声源分布及重建结果进行比较。为验证仿真结果,建立磁声成像实验平台,采用导电橡胶圈仿体分别开展磁声和热声圆周扫描实验,并对磁声和热声信号幅值和声源重建结果进行比较分析。仿真结果表明,磁声声源分布集中在电导率边界处,而热声声源分布展宽,并且在边界和内部均有分布;磁声声源的最大值是热声声源的15倍。实验结果表明,热声声压信号峰-峰值是混合信号的1/4。热声信号重建的声源图像在边界处更模糊,磁声信号的声源重建图像边界清晰但存在伪影。仿真和实验结果均证明,磁声成像中同时存在热声效应。从热声声源的分布及热声信号与磁声信号的幅值关系中可见,热声效应在一定程度上会对磁声成像结果产生影响。 展开更多

关键词 感应式磁声成像 热声效应 焦耳热 声源分布 声源重建

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磁性纳米粒子的磁声谐波成像研究

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作者 黄洋 曹睿杰 +3 位作者 郭各朴 马青玉 郭余庆 王军 《南京师大学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2022年第2期1-8,共8页

磁性纳米粒子(MNPs)具有良好的磁响应、生物相容性和降解性等优点,在早期肿瘤诊疗中得到了广泛应用.本文基于MNPs在交变磁场激励下的磁声谐波响应,利用锥形磁芯的汇聚作用,开展了基于MNPs的磁声谐波成像研究.首先构建锥形磁芯的电磁激... 磁性纳米粒子(MNPs)具有良好的磁响应、生物相容性和降解性等优点,在早期肿瘤诊疗中得到了广泛应用.本文基于MNPs在交变磁场激励下的磁声谐波响应,利用锥形磁芯的汇聚作用,开展了基于MNPs的磁声谐波成像研究.首先构建锥形磁芯的电磁激励模型,产生了具有大磁场强度/梯度分布的磁场区域,并基于MNPs的磁矩、机械振动和声传播研究了有效磁场区域内粒子的声辐射特性,推导了磁声谐波响应声压公式,实现了基于磁声谐波声压的二维扫描成像;然后研究了非理想锥尖条件下平顶高度对有效磁场区域半径、声压以及穿透深度的影响,结果表明非理想锥尖可以提高磁声谐波响应和穿透深度,但会一定程度降低谐波成像分辨率;最后利用环形坡莫合金的磁屏蔽效应来减小有效磁场区域,提高MNPs谐波成像的分辨率和对比度,在生物组织的浅表成像中展现良好的应用价值. 展开更多

关键词 磁声谐波成像 磁性纳米粒子 锥形磁芯 坡莫合金

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基于时间反演的磁动力超声成像仿真与实验 被引量：10

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作者 张帅 李子秀 +2 位作者 张雪莹 赵明康 徐桂芝 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第16期3303-3310,共8页

磁性纳米颗粒可以与肿瘤进行特异性结合,对肿瘤的早期诊断或特异性诊断具有重要意义和潜在应用前景。该文研究一种基于时间反演的磁动力超声成像方法,该方法利用时变磁场在标记了磁性纳米粒子生物组织内产生的磁动力诱发超声信号,并重... 磁性纳米颗粒可以与肿瘤进行特异性结合,对肿瘤的早期诊断或特异性诊断具有重要意义和潜在应用前景。该文研究一种基于时间反演的磁动力超声成像方法,该方法利用时变磁场在标记了磁性纳米粒子生物组织内产生的磁动力诱发超声信号,并重建出纳米粒子分布图像。利用有限元法建立不同半径的纳米粒子标记生物组织模型,对模型进行仿真计算,获取磁动力超声的声压信号,并采用时间反演方法进行纳米粒子分布重建。制作纳米粒子标记的生物组织仿体模型和离体生物组织样本,进行了磁动力超声成像实验。仿真与实验结果表明:纳米粒子分布图像边界与标记生物组织的纳米粒子边界一致性较高,该成像方法能快速准确地获得成像目标的尺寸和位置信息,表明该成像方法的有效性,有望用于磁性纳米标记生物组织的分子成像。 展开更多

关键词 磁性纳米颗粒 磁动力超声成像 声压信号 时间反演法 纳米粒子分布

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