BMIT系统激励源的设计实现和激励磁场研究

论文摘要

脑磁感应断层成像（Brain Magnetic Induction Tomography, BMIT）技术,是一种使用检测线圈测量目标对激励磁场的扰动来实现非接触脑成像的方法,对颅内病变的实时监测及诊断有非常重大的意义。置于交变磁场中的脑组织因电磁感应产生涡流,涡流磁场对原磁场产生扰动,从而使检测线圈的检测信号和激励参考信号间产生相位差,其大小与脑组织的电导率大小成正比,故通过检测相位差,可以得到脑组织电导率的大小;BMIT系统中激励源的性能直接影响测量系统的相位检测精度和灵敏度。针对当前国内外各课题组设计的BMIT激励源输出功率不高、对激励线圈磁场分布分析不够、激励线圈设计过于简单等问题,设计实现大功率压控电流源功放电路,设计制作3种形式的激励线圈,测量和分析3种激励线圈的磁场分布。并通过细胞相位检测实验,证明该新型BMIT激励源和圆形聚焦激励线圈可满足BMIT测量的需要。在200 kHz、1 MHz、10 MHz三种频率下,激励源输出功率可调范围为0.035 W～31.4 W,稳定输出电流均大于2 App,频率稳定度达10-9,谐波失真小于-51 dB。本设计主要内容包括:1.选择高精度、高频率稳定度的频率基准源;2.设计增益可调的前级放大电路及电压跟随电路;3.设计驱动激励线圈的大电流功率放大电路;4.设计制作三种不同类型的激励线圈;5.通过分析磁场的分布得出最佳类型激励线圈;6.通过系列神经细胞实验验证激励源的性能。该激励源的输出功率可调范围大,频率稳定度高,谐波失真小,且通过目标相位检测实验,表明采用圆形螺旋聚焦线圈对目标物相位检测效果较其他激励线圈好,更有利于组织电导率信息的提取。

论文目录

• 缩略语表
• 中文摘要
• 英文摘要
• 前言
• 文献回顾
• 正文
• 1 BMIT 基本原理和激励源的功用
• 1.1 BMIT 基本原理
• 1.2 磁感应断层成像激励源
• 2 BMIT 激励源的设计实现
• 2.1 激励源总体框图
• 2.2 激励频率的选择
• 2.3 信号源的实现
• 2.4 激励源电路的设计原则
• 2.5 200 kHz 激励电路的设计
• 2.6 1 MHz 激励电路的设计
• 2.7 10 MHz 激励电路的设计
• 2.8 仪器的实现
• 3 线圈的设计
• 3.1 200 kHz 激励线圈的设计
• 3.2 1 MHz 激励线圈的设计
• 3.3 10 MHz 激励线圈的设计
• 4 激励源磁场分布的测量
• 4.1 实验条件
• 4.2 200 kHz BMIT 激励源磁场分布测试
• 4.3 1 MHz BMIT 激励源磁场分布测试
• 4.4 10 MHz BMIT 激励源磁场分布测试
• 5 相位检测实验
• 5.1 相位检测实验框图
• 5.2 200 kHz 频率铁块相位检测实验结果
• 5.3 1 MHz 频率神经细胞相位检测实验结果
• 5.4 10 MHz 频率神经细胞相位检测实验结果
• 小结
• 参考文献
• 个人简历和研究成果
• 致谢