生物探測及個中的磁探測電阻抗成像技巧在經(jīng)絡(luò)研究中的應(yīng)用[精華課件

1、Institute of Advanced Materials and Information Technology生物探測及其中的磁探測電阻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)抗成像技術(shù)在經(jīng)絡(luò)研究中的應(yīng)用用 賀勇賀勇_華中科技大學(xué)華中科技大學(xué)2013Institute of Advanced Materials and Information Technology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)經(jīng)絡(luò)的客觀性論證及性質(zhì)阻抗成像在經(jīng)絡(luò)定位中的應(yīng)用阻抗成像在經(jīng)絡(luò)定位中的應(yīng)用Institute of A

2、dvanced Materials and Information Technology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紅外生物探測無線電生物雷達(dá)探測無線電生物雷達(dá)探測超聲波生物探測超聲波生物探測磁探測磁探測Institute of Advanced Materials and Information Technology美國研究人員表示，無痛的拉曼激光束可能很快取代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，能夠幫助醫(yī)生盡早發(fā)現(xiàn)乳腺癌、蛀牙以及骨質(zhì)疏松的跡象，使疾病診斷變得更快、更便宜、更精確。拉曼光譜學(xué)主要用于測量分子發(fā)出的散射光的密度和波

3、長。它已被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)和制藥學(xué)領(lǐng)域，比如，研究人員使用拉曼激光測量炎癥的性質(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)光波長相同的成分,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Institute of Advanced Materials and Information Technology紅外視頻生命探測儀利用現(xiàn)在的紅外夜視技術(shù)，結(jié)合視頻顯示等給使用者提供看不到區(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)和主動紅外攝像技術(shù) 。被動原理：任何物體在絕對零度(一273)以上

4、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)就可以實現(xiàn)夜間監(jiān)控 。主動原理：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，從而得到目標(biāo)物的情況。紅外生物探測紅外生物探測Institute of Advanced Materials and Information Technology紅外生物探測紅外生物探測Institute of Advanced Materials and Information Technology原理：當(dāng)相參雷達(dá)系統(tǒng)的信號碰到運動目標(biāo)時

5、，返回信號的載頻會移動，即所謂的多普勒效應(yīng)。這個多普勒頻移反映了目標(biāo)徑向運動的速度。如果目標(biāo)或者目標(biāo)上的結(jié)構(gòu)部件還伴有振動或者轉(zhuǎn)動，則雷達(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，即在目標(biāo)多普勒頻率信號附近產(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) 應(yīng)用： （1）救援：地震、火災(zāi)、事故中的搜救。(2)安保：保安、邊界巡邏、安檢。(3)醫(yī)學(xué)：非接觸式體征測量、醫(yī)療、家庭護(hù)理。(4)體育：運動員特征狀態(tài)分析。等等 無線電生物雷達(dá)無線電生物雷達(dá)探測探測Institute of Advanced Materials and Information Techn

6、ology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)生反射波回波，臟器發(fā)生形變或者有異物時，由于形狀，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 Institute of Advanced Materials and Information Technology磁探測磁探測磁探測磁探測生物體本身磁場生物體本身磁場 外加激勵所產(chǎn)生的磁場外加激勵所產(chǎn)生的磁場研究磁場的性質(zhì)從而得出生物本體的相關(guān)性質(zhì)研究磁場的性質(zhì)從而得出生物本體的相關(guān)性質(zhì)Institute of Advanced Ma

7、terials and Information Technology1978年，Webster等利用圓形電極陣列的斷層電阻率測量技術(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?；驹恚焊鶕?jù)人體內(nèi)不同的生理，病理狀態(tài)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安全電流或者電壓，通過驅(qū)動電流或電壓在人體測量相應(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，結(jié)構(gòu)簡單，測量簡便阻抗成像技術(shù)阻抗成像技術(shù) Institute of Advanced Materials and Information Technology 接觸式：注入電流電阻抗成像，磁共振電阻抗

8、成像，接觸式：注入電流電阻抗成像，磁共振電阻抗成像， 電磁阻抗成像電磁阻抗成像 不完全接觸式：感應(yīng)電流電阻抗成像，磁探測電阻抗不完全接觸式：感應(yīng)電流電阻抗成像，磁探測電阻抗 成像成像 非接觸式：包括磁感應(yīng)成像和電場電阻率成像非接觸式：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激勵器和測量器是否與成像電阻抗成像方法按照激勵器和測量器是否與成像目標(biāo)體接觸來劃分，可以分為接觸式、不完全接目標(biāo)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。觸式和非接觸式三類。Institute of Advanced Materials and Information Technology磁探測電阻

9、抗成磁探測電阻抗成像發(fā)展像發(fā)展 1992年，年，Ahlfors等人首先提出通過貼在成像目標(biāo)體的電極，向成像等人首先提出通過貼在成像目標(biāo)體的電極，向成像 目標(biāo)體注入一定頻率的交變電流，然后用磁場傳感器測量注入電流目標(biāo)體注入一定頻率的交變電流，然后用磁場傳感器測量注入電流 在成像目標(biāo)體外產(chǎn)生的磁場，根據(jù)表面磁場重構(gòu)出電導(dǎo)率分布圖像在成像目標(biāo)體外產(chǎn)生的磁場，根據(jù)表面磁場重構(gòu)出電導(dǎo)率分布圖像 的方法。的方法。 1999年，年，Tozer等人驗證了由磁場重建二維電流密度分布的可行性，等人驗證了由磁場重建二維電流密度分布的可行性， 邁出了將邁出了將MDEIT發(fā)展成為新的醫(yī)學(xué)成像方法的第一步。發(fā)展成為新的醫(yī)

10、學(xué)成像方法的第一步。 2007 年，年，Ireland 等將約束圖像重建應(yīng)用于等將約束圖像重建應(yīng)用于 MDEIT，采用了網(wǎng)格迭代，采用了網(wǎng)格迭代 優(yōu)化算法，圖像獲得更佳的清析效果。優(yōu)化算法，圖像獲得更佳的清析效果。Institute of Advanced Materials and Information Technology磁探測電阻抗成磁探測電阻抗成像像 基本原理：基本原理：磁探測電阻抗成像（磁探測電阻抗成像（MDEIT）通過貼在成像目標(biāo)體的成對電極，）通過貼在成像目標(biāo)體的成對電極，向成像目標(biāo)體注入一定頻率的交變電流，然后用某種形式的接收向成像目標(biāo)體注入一定頻率的交變電流，然后用某種形式

11、的接收裝置，例如感應(yīng)線圈、超導(dǎo)量子干涉儀（裝置，例如感應(yīng)線圈、超導(dǎo)量子干涉儀（SQUID）等，測量注入）等，測量注入電流在成像目標(biāo)體外產(chǎn)生的磁場，根據(jù)表面磁場的反問題求解獲電流在成像目標(biāo)體外產(chǎn)生的磁場，根據(jù)表面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。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。Institute of Advanced Materials and Information Technology磁探測電阻抗成像磁探測電阻抗成像 MDEIT成像的過程實質(zhì)就是求解反問題的過程，也就是反演待重建的成像的過程實質(zhì)就是求解反問題的過程，也就是

12、反演待重建的電參數(shù)。電參數(shù)。正問題：已知模型的幾何結(jié)構(gòu)、阻抗分布、激勵信號的源參數(shù)，求解正問題：已知模型的幾何結(jié)構(gòu)、阻抗分布、激勵信號的源參數(shù)，求解模型內(nèi)部的電流分布，進(jìn)而獲得磁場分布。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)逆問題：根據(jù)實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。率分布。Institute of Advanced Materials and Information Technology重構(gòu)步驟重構(gòu)步驟兩個步驟進(jìn)行：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)行：一、根據(jù)磁感應(yīng)強(qiáng)度信息重構(gòu)出電流密度分布 （

13、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)率分布（J ）成像特點：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：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。Institute of Advanced Materials and Information Technology經(jīng)絡(luò)的存在性證經(jīng)絡(luò)的存在性證明明 經(jīng)絡(luò)學(xué)說是研究經(jīng)絡(luò)系統(tǒng)的循行分布、生理功能、病理變化及其與臟腑經(jīng)絡(luò)學(xué)說是研究經(jīng)絡(luò)系統(tǒng)的循行分布、生理功能、病理變化

14、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、推拿、氣功諸領(lǐng)域，是中醫(yī)學(xué)理論體系的重要組成部分。灸、推拿、氣功諸領(lǐng)域，是中醫(yī)學(xué)理論體系的重要組成部分。理論：醫(yī)學(xué)以人體為研究對象，離不開三維結(jié)構(gòu)，唯物主義者是結(jié)構(gòu)理論：醫(yī)學(xué)以人體為研究對象，離不開三維結(jié)構(gòu)，唯物主義者是結(jié)構(gòu)與功能相統(tǒng)一論者，世界上絕對沒有只有功能而沒有結(jié)構(gòu)的事物，因與功能相統(tǒng)一論者，世界上絕對沒有只有功能而沒有結(jié)構(gòu)的事物，因此經(jīng)絡(luò)必然存在。此經(jīng)絡(luò)必然存在。Institute of Advanced Materials and Informa

15、tion Technology經(jīng)絡(luò)的存在性證經(jīng)絡(luò)的存在性證明明 實驗分析：實驗分析： 徐瑞民等徐瑞民等- 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)果結(jié)果 表明表明20例受試者均能測出與經(jīng)典手三陰經(jīng)相符合的實驗經(jīng)脈線例受試者均能測出與經(jīng)典手三陰經(jīng)相符合的實驗經(jīng)脈線 。胡翔龍等人利用紅外輻射成像技術(shù)胡翔龍等人利用紅外輻射成像技術(shù) 顯示出了顯示出了300名健康志愿者十四名健康志愿者十四 經(jīng)的紅外輻射軌跡經(jīng)的紅外輻射軌跡 并認(rèn)為其分布與皮膚微循環(huán)狀態(tài)密切相關(guān)。并認(rèn)為其分布與皮膚微循環(huán)狀態(tài)密切相關(guān)。 朱兵等人的實驗運用生物磁測量方法，對中醫(yī)十二經(jīng)脈和奇經(jīng)八

16、脈朱兵等人的實驗運用生物磁測量方法，對中醫(yī)十二經(jīng)脈和奇經(jīng)八脈 的循行路線進(jìn)行了一系列的探討。發(fā)現(xiàn)各經(jīng)脈伴隨有磁振動線出現(xiàn)的循行路線進(jìn)行了一系列的探討。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)脈大致相同。其循行線與經(jīng)脈大致相同。 Institute of Advanced Materials and Information Technology經(jīng)絡(luò)的電學(xué)特性經(jīng)絡(luò)的電學(xué)特性經(jīng)絡(luò)穴位具有低電阻特性：經(jīng)絡(luò)穴位具有低電阻特性： 20世紀(jì)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，年代：日本中古義雄用干電池測得人體表有良導(dǎo)點， 且穴位與良導(dǎo)點是一致的。并進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)在良導(dǎo)絡(luò)中存在著且穴位與良導(dǎo)點

17、是一致的。并進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)在良導(dǎo)絡(luò)中存在著 可以代表整條良導(dǎo)絡(luò)的良導(dǎo)點，且與十二經(jīng)中原穴相對應(yīng)?？梢源碚麠l良導(dǎo)絡(luò)的良導(dǎo)點，且與十二經(jīng)中原穴相對應(yīng)。 20世紀(jì)世紀(jì)70年代，國內(nèi)楊威生等人用四電極法測量人體皮表電阻，年代，國內(nèi)楊威生等人用四電極法測量人體皮表電阻， 揭示出經(jīng)絡(luò)具有較低電阻率的客觀物性。揭示出經(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。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。Institute of Advanced Materials and Information Technology阻抗成像在經(jīng)絡(luò)定位中的應(yīng)用阻抗成像在經(jīng)絡(luò)定位中的應(yīng)用

18、經(jīng)絡(luò)定位的研究是經(jīng)絡(luò)研究中的突經(jīng)絡(luò)定位的研究是經(jīng)絡(luò)研究中的突破口，也是中醫(yī)現(xiàn)代化的關(guān)鍵所在破口，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而以經(jīng)絡(luò)的低電阻抗特性為切入點，利用磁探測電阻抗成像在功能層，利用磁探測電阻抗成像在功能層面面對經(jīng)絡(luò)的位置進(jìn)行探測為經(jīng)絡(luò)探測對經(jīng)絡(luò)的位置進(jìn)行探測為經(jīng)絡(luò)探測提供了理論上的突破口。提供了理論上的突破口。 Institute of Advanced Materials and Information Technology阻抗成像在經(jīng)絡(luò)定位中的應(yīng)用阻抗成像在經(jīng)絡(luò)定位中的應(yīng)用MDEIT 系統(tǒng)由數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)及圖像重構(gòu)兩大部分組成。系統(tǒng)由數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)及圖像重構(gòu)兩大部分組成。數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)主要由用于激勵的電極、穩(wěn)定的交流激勵源、感應(yīng)線圈、數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)主要由用于激勵的電極、穩(wěn)定的交流激勵源、感應(yīng)線圈、 高精度的測量電路、相應(yīng)控制電路及計算機(jī)系統(tǒng)組成的數(shù)據(jù)采集與處理高精度的測量電路、相應(yīng)控制電路及計算機(jī)系統(tǒng)組成的數(shù)據(jù)采集與處理 單元單元圖像重建在計算機(jī)