基于LabView和Matlab混合编程的脑MIT数字鉴相方法的实现

目的:为实现用于脑磁感应成像系统中的数字鉴相方法,寻求一种高精度的相位检测手段.方法:本研究采用LabView对数据采集卡编程,控制激励信号的产生和检测信号的采集;采用Matlab进行快速傅立叶变换法(FFT)法,相关法和经典法的编程,用于实现数字鉴相.结果:得到了步进0.1°条件下的数字鉴相结果,构建了一整套包含信号产生、采集和处理的鉴相系统,最终,实现了FFT法和相关法0.1°的相位差分辨率.结论:数字鉴相方法能够应用于脑磁感应断层成像技术(MIT)检测系统中,对高精度的系统测量提供了理论依据.

基于锁定放大器的MIT相位检测及细胞实验

目的:实现脑磁感应成像系统中的单通道高精度相位差检测功能。材料与方法:基于高精度鉴相器射频锁定放大器SR844建立了相位差检测单元,对磁感应信号进行放大、滤波处理,检测频率为1 MHz;通过培养SD大鼠的大脑皮质神经细胞,获得脑正常神经细胞模型和水肿神经细胞模型;使用不同激励线圈,并在激励线圈与检测线圈之间距离不同时,分别对两种细胞模型产生的相位差进行检测实验。结果:设计的检测单元的技术指标为:检测处理的最小信号为7 mV,放大倍数为3.52 dB～49 dB,相位差分辨率为0.02°,3 dB带宽约为1.5 kHz;细胞实验结果显示SD大鼠脑水肿神经细胞模型产生的相位差小于其正常神经细胞模型产生的相位差。当两线圈相距20 cm,且使用圆形聚焦激励线圈时,检测得两种模型产生的相位差之间的最大差值为0.206°;当两线圈相距10 cm,且使用方形聚焦激励线圈时,检测得两种模型产生的相位差之间的最小差值为0.079°。结论:设计的相位差检测单元满足高精度相位差检测要求,能检测出水肿神经细胞模型与正常神经细胞模型的相位差别。从细胞层面上对脑水肿进行了实验研究,得出了有效的实验结果,为进一步的脑水肿检测打下了良好的基础。

单通道BMIT系统中相位差的理论计算与实际检测

目的:研究单通道脑磁感应成像系统中相位差的理论计算与实际检测的相关性,为系统的优化和实验改进提供理论依据。方法:单通道脑磁感应成像系统是基于高精度射频锁定放大器SR844建立的,该系统的工作频率为1MHz,包括一个激励线圈和一个检测线圈,被测目标置于两线圈之间以检测其相位差;针对该实验系统建立数学模型,推导被测目标靠近检测线圈时相位差计算公式;配制电导率为0S/m～2S/m的琼脂模型进行实验,对理论计算结果进行验证;并以培养的SD大鼠大脑皮质的神经细胞模型为检测对象进行实验。结果:检测结果与理论计算结果的趋势一致,相位差与被测目标的电导率和体积成正比。神经细胞模型引起的相位差为0.421°±0.018°;琼脂糖模型引起的相位差为0.382°±0.013°。结论:该系统能有效地检测出目标相位差,为进一步实现脑磁感应成像打下了良好的基础。

基于MIT软件鉴相系统设计和相位检测实验

为解决脑磁感应成像(MIT)系统中相位差检测问题,改进并实现了MIT软件鉴相平台。软件部分采用LabVIEW2009,相位差检测选用FFT鉴相算法;硬件部分选用NI PXI 5122采集卡对数据进行100 MS.s-1的实时采样,选用考虑电磁安全性的增益放大模块实现对微弱小信号的功率放大。构建了一套采样精度高、放大增益可调、基于FFT算法的MIT软件鉴相平台。在模拟脑出血实验中进行相位差检测,随着出血量的增加,相位差相应增大;激励信号功率一定时,随着激励频率增大相位差增大。鉴相精度在原0.01°的基础上提高到0.001°;能够更好地测量和反映MIT系统中组织电导率的变化。

MIT低频相位检测单元设计及检测

目的：在脑磁感应成像系统中实现低频高精度相位检测功能.方法：设计了一个频率为200kHz的相位检测单元,包括可变增益放大器、窄带带通滤波器,并使用了射频锁定放大器SR844.结果：该检测单元的放大倍数为17.7～61.1dB,相位分辨率为0.02°.对脑神经细胞模型进行了相位检测实验.结论：实验结果证明设计的相位检测单元能检测出正常神经细胞模型产生的相位差,为进一步的脑水肿检测打下了良好的基础.

改进型MIT系统软件鉴相单元设计与实验

目的:为了提高脑磁感应成像(MIT)系统中相位差检测精度,在课题组原有研究基础上改进并实现了MIT软件鉴相单元。方法:软件部分采用LabVIEW2009,相位差检测选用FFT鉴相算法;硬件部分选用NI PXI 5122采集卡对数据进行100 Mbit/s的实时采样,选用考虑电磁安全性的增益放大模块实现对微弱小信号的功率放大。结果:构建了一套采样精度更高、增益放大可调、基于FFT算法的软件鉴相单元。结论:在模拟脑出血实验中进行相位差检测,随着出血量的增加相位差相应增大,呈线性关系;鉴相精度在原课题组0.01°基础上提高到0.001°;鉴相效果优于SR844锁相放大器,能够更好地反映MIT系统中组织电导率的变化。

新型功率可调MIT激励源设计及其磁场分析

目的:设计输出功率可调的MIT激励源和3种类型的激励线圈,以提高MIT相位检测的精度。方法:通过选取PA19放大器芯片,设计200 kHz工作频率下可调输出的功率放大电路;通过计算,设计制作了螺线管线圈和2种聚焦线圈;最终测试比较各激励线圈的磁场分布,并在不同激励线圈的磁场下对圆柱形铁块进行相位测试。结果:激励源输出峰值电流大于1 A,圆形螺旋聚焦线圈的磁场由线圈轴线向两边衰减斜率最大,约为0.06 T/cm,且在该激励线圈磁场中,对铁块的相位检测结果最大。结论:该激励源输出功率可调范围大,采用圆形螺旋聚焦线圈磁场聚焦效果最佳、相位检测效果最好。

改进型BMIT激励源设计及磁场分析

目的:设计一种符合人体电磁暴露安全标准要求的脑磁感应成像激励源,以满足临床应用中人体安全性的需要。方法:在该课题组前期工作的基础上,采用有源晶体振荡器作为振荡源,参照IEEEStdC95.1人体电磁暴露安全标准,计算、设计和实现3种激励线圈和激励电路,以产生符合安全标准的激励磁场,并对所产生的激励磁场进行初步测量和评估。结果:平面矩形聚焦线圈在线圈中心处10MHz、1MHz、200kHz最大磁感应强度分别为0.005、0.057、0.189T,沿着轴线方向磁场逐步衰减,且磁场由轴线方向两侧也逐步衰减,斜率分别约为0.0002、0.002、0.007T/cm。结论:测量区域内的场强均满足安全性要求。安全性激励源的实现为临床安全应用打下了良好的基础。