生物探測及其中的磁探測電阻抗成像技術(shù)在經(jīng)絡(luò)研究中的應(yīng)用ppt課件

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 賀勇_華中科技大學(xué)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主要內(nèi)容主要內(nèi)容生物探測方法簡介生物探測方法簡介阻抗成像技術(shù)分類及原理經(jīng)絡(luò)的客觀性論證及性質(zhì)阻抗成像在經(jīng)絡(luò)定位中的運(yùn)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生物探測方法生物探測方法激光生物探測激光生物探測紅外生物探測無線電生物雷達(dá)探測超聲波生物探測磁探測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美國研討人員表示，無痛的拉曼激光束能夠很快取代X射線，作為一種非侵入式的疾病診斷方式。這種名叫拉曼光譜學(xué)的方法，可以協(xié)助醫(yī)生盡早發(fā)現(xiàn)

3、乳腺癌、蛀牙以及骨質(zhì)疏松的跡象，使疾病診斷變得更快、更廉價、更準(zhǔn)確。拉曼光譜學(xué)主要用于丈量分子發(fā)出的散射光的密度和波長。它已被廣泛運(yùn)用于醫(yī)學(xué)和制藥學(xué)領(lǐng)域，比如，研討人員運(yùn)用拉曼激光丈量炎癥的性質(zhì) 。原理：生物大分子的拉曼光譜拉曼效應(yīng)光照射到物質(zhì)上發(fā)生彈性散射和非彈性散射. 彈性散射的散射光是與激發(fā)光波長一樣的成分,非彈性散射的散射光有比激發(fā)光波長長的和短的成分, 統(tǒng)稱為拉曼效應(yīng)。 激光生物探測激光生物探測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紅外視頻生命探測儀利用如今的紅外夜視技術(shù)，結(jié)合視頻顯示等給運(yùn)用者提供看不到區(qū)域的物體影像，其中紅外攝像技術(shù)分為被動紅外攝像技術(shù)和自動紅外攝像技術(shù) 。被動原理：任何物體在絕對零度(一273)以上都有紅外光發(fā)射的原理。由于人的身體和發(fā)熱物體發(fā)出的紅外光較強(qiáng)，其它非發(fā)熱物體發(fā)出的紅光很微弱，因此，利用特殊的紅外攝像機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)夜間監(jiān)控 。自動原理：利用特制的“紅外燈人為產(chǎn)生紅外輻射，產(chǎn)生人眼看不見而普通攝像機(jī)能捕捉到的紅外光，輻射“照明景物和環(huán)境，從而得到目的物的情況。紅外生物探測紅外生物探測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紅外生物探測紅外生物探測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：當(dāng)相參雷達(dá)系統(tǒng)的信號碰到運(yùn)動目的時，前往信號的載頻會挪動，即所謂的多普勒效應(yīng)。這個多普勒頻移反映了目的徑向運(yùn)動的速度。假設(shè)目的或者目的上的構(gòu)造部件還伴有振動或者轉(zhuǎn)動，那么雷達(dá)回波除了有通常的多普勒頻移調(diào)制外，還會產(chǎn)生額外的頻率調(diào)制，即在目的多普勒頻率信

6、號附近產(chǎn)生一個附加的邊頻或邊帶，這個額外的頻率調(diào)制，人們把它叫做微多普勒效應(yīng) 運(yùn)用： 1救援：地震、火災(zāi)、事故中的搜救。(2)安保：保安、邊境巡查、安檢。(3)醫(yī)學(xué)：非接觸式體征丈量、醫(yī)療、家庭護(hù)理。(4)體育：運(yùn)發(fā)動特征形狀分析。等等 無線電生物雷達(dá)探測無線電生物雷達(dá)探測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超聲波掃描儀 根據(jù)調(diào)制類型不同可分為：A超幅度，B超輝度，M 超，彩超等。原理：超聲波在人體遇到密度不同的組織界面產(chǎn)生反

7、射波回波，臟器發(fā)生形變或者有異物時，由于外形，位置，聲阻抗的變化，回波的位置和強(qiáng)度也發(fā)生變化 超聲波生物探測超聲波生物探測 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磁探測磁探測生物體本身磁場生物體本身磁場 外加鼓勵所產(chǎn)生的磁場研討磁場的性質(zhì)從而得出生物本體的相關(guān)性質(zhì)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等利用圓形電極陣列的斷層電阻率丈量技術(shù)顯示了人體的肺和心臟圖像開啟了醫(yī)學(xué)上電阻抗成像的開端。根本原理：根據(jù)人體內(nèi)不同的生理，病理形狀下具有不同的電阻/電導(dǎo)率，采用各種方法給人體施加小的平安電流或者電壓，經(jīng)過驅(qū)動電流或電壓在人體丈量相應(yīng)信息，重建人體的電阻率分布及其變化圖像。優(yōu)勢：無創(chuàng)傷，無電離，無輻射，構(gòu)造簡單，丈量簡便阻抗成像技術(shù)阻抗成像技術(shù) 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 接觸式：注入電流電阻抗成像，磁共振電阻抗成像，l 電磁阻抗成像l 不完全接觸式：感應(yīng)電流電阻抗成像，磁探測電阻抗l 成像l 非接觸式：包括磁感應(yīng)成像和電場電阻率成像 電阻抗成像方法按照鼓勵器和丈量器能否與成像目的體接觸來劃分，可以分為接觸式、不完全接觸式和非接觸式三類。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磁探測電阻抗成像開展磁探測電阻抗成像開展 1992年，Ahlfors等人首先提出經(jīng)過貼在成像目的體的電

10、極，向成像 目的體注入一定頻率的交變電流，然后用磁場傳感器丈量注入電流 在成像目的體外產(chǎn)生的磁場，根據(jù)外表磁場重構(gòu)出電導(dǎo)率分布圖像 的方法。 2019年，Tozer等人驗證了由磁場重建二維電流密度分布的可行性， 邁出了將MDEIT開展成為新的醫(yī)學(xué)成像方法的第一步。 2019 年，Ireland 等將約束圖像重建運(yùn)用于 MDEIT，采用了網(wǎng)格迭代 優(yōu)化算法，圖像獲得更佳的清析效果。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磁探測電阻抗

11、成像磁探測電阻抗成像 根本原理：磁探測電阻抗成像MDEIT經(jīng)過貼在成像目的體的成對電極，向成像目的體注入一定頻率的交變電流，然后用某種方式的接納安裝，例如感應(yīng)線圈、超導(dǎo)量子干涉儀SQUID等，丈量注入電流在成像目的體外產(chǎn)生的磁場，根據(jù)外表磁場的反問題求解獲得產(chǎn)生磁場的電流分布，進(jìn)而從電流分布重構(gòu)出電導(dǎo)率分布圖像。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磁探測電阻抗成像磁探測電阻抗成像 MDEIT成像的過程本質(zhì)就是求解反問題的過程，

12、也就是反演待重建的電參數(shù)。正問題：知模型的幾何構(gòu)造、阻抗分布、鼓勵信號的源參數(shù)，求解模型內(nèi)部的電流分布，進(jìn)而獲得磁場分布。逆問題：根據(jù)實(shí)測成像體外周的磁感應(yīng)強(qiáng)度信息重建成像體的電導(dǎo)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兩個步驟進(jìn)展：一、根據(jù)磁感應(yīng)強(qiáng)度信息重構(gòu)出電流密度分布兩個步驟進(jìn)展：一、根據(jù)磁感應(yīng)強(qiáng)度信息重構(gòu)出電流密度分布 BJ 畢奧畢奧-薩伐爾定律薩伐爾定律 二、從電流密度分布重建電導(dǎo)率分布二、從電流密度分布重建電導(dǎo)

13、率分布J 成像特點(diǎn)：磁場與電流密度是線性的，從磁場重建電流密度是線性的成像特點(diǎn)：磁場與電流密度是線性的，從磁場重建電流密度是線性的 病態(tài)的，相應(yīng)的電阻抗重建是非線性的，但是是良性的。病態(tài)的，相應(yīng)的電阻抗重建是非線性的，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經(jīng)絡(luò)的存在性證明經(jīng)絡(luò)的存在性證明 經(jīng)絡(luò)學(xué)說是研討經(jīng)絡(luò)系統(tǒng)的循行分布、生理功能、病理變化及其與臟腑的相互關(guān)系，它貫穿中醫(yī)學(xué)的生理、病理、診斷和治療各方面，涉及針灸、

14、推拿、氣功諸領(lǐng)域，是中醫(yī)學(xué)實(shí)際體系的重要組成部分。實(shí)際：醫(yī)學(xué)以人體為研討對象，離不開三維構(gòu)造，唯物主義者是構(gòu)造與功能相一致論者，世界上絕對沒有只需功能而沒有構(gòu)造的事物，因此經(jīng)絡(luò)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經(jīng)絡(luò)的存在性證明經(jīng)絡(luò)的存在性證明 實(shí)驗分析： 徐瑞民等- 測定手三陰經(jīng)皮部經(jīng)脈線的生物物理學(xué)全息特征 結(jié)果 闡明20例受試者均能測出與經(jīng)典手三陰經(jīng)相符合的實(shí)驗經(jīng)脈線 。胡翔龍等人利用紅外輻射成像技術(shù) 顯示出了

15、300名安康志愿者十四 經(jīng)的紅外輻射軌跡 并以為其分布與皮膚微循環(huán)形狀親密相關(guān)。 朱兵等人的實(shí)驗運(yùn)用生物磁丈量方法，對中醫(yī)十二經(jīng)脈和奇經(jīng)八脈 的循行道路進(jìn)展了一系列的討論。發(fā)現(xiàn)各經(jīng)脈伴隨有磁振動線出現(xiàn) 其循行線與經(jīng)脈大致一樣。 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經(jīng)絡(luò)穴位具有低電阻特性： 20世紀(jì)50年代：日本中古義雄用干電池測得人體表有良導(dǎo)點(diǎn)， 且穴位與良導(dǎo)點(diǎn)是一致的。并進(jìn)一步發(fā)如今良導(dǎo)絡(luò)中存在著 可以代表整條良導(dǎo)絡(luò)的良導(dǎo)點(diǎn)

16、，且與十二經(jīng)中原穴相對應(yīng)。 20世紀(jì)70年代，國內(nèi)楊威生等人用四電極法丈量人體皮表電阻， 提示出經(jīng)絡(luò)具有較低電阻率的客觀物性。本質(zhì)根源：間液的相對含量較高是經(jīng)絡(luò)低組特性的根源。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經(jīng)絡(luò)定位的研討是經(jīng)絡(luò)研討中的突破口，也是中醫(yī)現(xiàn)代化的關(guān)鍵所在。而以經(jīng)絡(luò)的低電阻抗特性為切入點(diǎn)，利用磁探測電阻抗成像在功能層面對經(jīng)絡(luò)的位置進(jìn)展探測為經(jīng)絡(luò)探測提供了實(shí)際上的突破口。 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 系統(tǒng)由數(shù)據(jù)丈量系統(tǒng)及圖像重構(gòu)兩大部分組成。系統(tǒng)由數(shù)據(jù)丈量系統(tǒng)及圖像重構(gòu)兩大部分組成。數(shù)據(jù)丈量系統(tǒng)主要由用于鼓勵的電極、穩(wěn)定的交流鼓勵源、感應(yīng)線圈、數(shù)據(jù)丈量系統(tǒng)主要由用于鼓勵的電極、穩(wěn)定的交流鼓勵源、感應(yīng)線圈、 高精度的丈量電路、相應(yīng)控制電路及計算機(jī)系統(tǒng)組成的數(shù)據(jù)采集與處置高精度的丈量電路、相應(yīng)控制電路及計算機(jī)系統(tǒng)組成的數(shù)據(jù)采集與處置 單元單元圖像重建在計算機(jī)執(zhí)行，圖像重建的本質(zhì)就是求解逆問題。圖像重建在計算機(jī)執(zhí)行，圖像

18、重建的本質(zhì)就是求解逆問題。逆問題求解方法：逆問題求解方法：1確定性方法確定性方法擬牛頓法，最速下降法等。擬牛頓法，最速下降法等。 2隨機(jī)性方法蒙特卡羅方法隨機(jī)性方法蒙特卡羅方法)搜索方向搜索方向 和步長具有隨機(jī)性和步長具有隨機(jī)性遺傳算法，模擬退火法等。遺傳算法，模擬退火法等。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磁探測丈量系統(tǒng)：磁探測丈量系統(tǒng)：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參考資