生物探测及其中的磁探测电阻抗成像技术在经络研究中的应用,贺勇_华中科技大学2013,主要内容,生物探测方法简介,阻抗成像技术分类及原理,经络的客观性论证及性质,阻抗成像在经络定位中的应用,生物探测方法,激光生物探测,红外生物探测,无线电生物雷达探测,超声波生物探测,磁探测,美国研究人员表示，无痛的拉曼激光束可能很快取代X射线，作为一种非侵入式的疾病诊断方式。这种名叫拉曼光谱学的方法，能够帮助医生尽早发现乳腺癌、蛀牙以及骨质疏松的迹象，使疾病诊断变得更快、更便宜、更精确。拉曼光谱学主要用于测量分子发出的散射光的密度和波长。它已被广泛应用于医学和制药学领域，比如，研究人员使用拉曼激光测量炎症的性质 。 原理：生物大分子的拉曼光谱拉曼效应光照射到物质上发生弹性散射和非弹性散射. 弹性散射的散射光是与激发光波长相同的成分,非弹性散射的散射光有比激发光波长长的和短的成分, 统称为拉曼效应。,激光生物探测,红外视频生命探测仪利用现在的红外夜视技术，结合视频显示等给使用者提供看不到区域的物体影像，其中红外摄像技术分为被动红外摄像技术和主动红外摄像技术 。 被动原理：任何物体在绝对零度(一273)以上都有红外光发射的原理。由于人的身体和发热物体发出的红外光较强，其它非发热物体发出的红光很微弱，因此，利用特殊的红外摄像机就可以实现夜间监控 。 主动原理：利用特制的“红外灯”人为产生红外辐射，产生人眼看不见而普通摄像机能捕捉到的红外光，辐射“照明”景物和环境，从而得到目标物的情况。,红外生物探测,红外生物探测,原理：当相参雷达系统的信号碰到运动目标时，返回信号的载频会移动，即所谓的多普勒效应。这个多普勒频移反映了目标径向运动的速度。如果目标或者目标上的结构部件还伴有振动或者转动，则雷达回波除了有通常的多普勒频移调制外，还会产生额外的频率调制，即在目标多普勒频率信号附近产生一个附加的边频或边带，这个额外的频率调制，人们把它叫做微多普勒效应 应用： （1）救援：地震、火灾、事故中的搜救。(2)安保：保安、边界巡逻、安检。(3)医学：非接触式体征测量、医疗、家庭护理。(4)体育：运动员特征状态分析。等等,无线电生物雷达探测,超声波扫描仪 根据调制类型不同可分为：A超（幅度），B超（辉度），M 超，彩超等。原理：超声波在人体遇到密度不同的组织界面产生反射波回波，脏器发生形变或者有异物时，由于形状，位置，声阻抗的变化，回波的位置和强度也发生变化,超声波生物探测,磁探测,磁探测,生物体本身磁场,外加激励所产生的磁场,研究磁场的性质从而得出生物本体的相关性质,1978年，Webster等利用圆形电极阵列的断层电阻率测量技术显示了人体的肺和心脏图像开启了医学上电阻抗成像的开端。基本原理：根据人体内不同的生理，病理状态下具有不同的电阻/电导率，采用各种方法给人体施加小的安全电流或者电压，通过驱动电流或电压在人体测量相应信息，重建人体的电阻率分布及其变化图像。 优势：无创伤，无电离，无辐射，结构简单，测量简便,阻抗成像技术,接触式：注入电流电阻抗成像，磁共振电阻抗成像，电磁阻抗成像不完全接触式：感应电流电阻抗成像，磁探测电阻抗成像非接触式：包括磁感应成像和电场电阻率成像,电阻抗成像方法按照激励器和测量器是否与成像 目标体接触来划分，可以分为接触式、不完全接 触式和非接触式三类。,磁探测电阻抗成像发展,1992年，Ahlfors等人首先提出通过贴在成像目标体的电极，向成像目标体注入一定频率的交变电流，然后用磁场传感器测量注入电流在成像目标体外产生的磁场，根据表面磁场重构出电导率分布图像的方法。1999年，Tozer等人验证了由磁场重建二维电流密度分布的可行性，迈出了将MDEIT发展成为新的医学成像方法的第一步。2007 年，Ireland 等将约束图像重建应用于 MDEIT，采用了网格迭代优化算法，图像获得更佳的清析效果。,磁探测电阻抗成像,基本原理： 磁探测电阻抗成像（MDEIT）通过贴在成像目标体的成对电极， 向成像目标体注入一定频率的交变电流，然后用某种形式的接收 装置，例如感应线圈、超导量子干涉仪（SQUID）等，测量注入 电流在成像目标体外产生的磁场，根据表面磁场的反问题求解获 得产生磁场的电流分布，进而从电流分布重构出电导率分布图像。,磁探测电阻抗成像,MDEIT成像的过程实质就是求解反问题的过程，也就是反演待重建的 电参数。正问题：已知模型的几何结构、阻抗分布、激励信号的源参数，求解 模型内部的电流分布，进而获得磁场分布。逆问题：根据实测成像体外周的磁感应强度信息重建成像体的电导 率分布。,重构步骤,两个步骤进行：一、根据磁感应强度信息重构出电流密度分布（BJ） 毕奥-萨伐尔定律二、从电流密度分布重建电导率分布（J ）成像特点：磁场与电流密度是线性的，从磁场重建电流密度是线性的病态的，相应的电阻抗重建是非线性的，但是是良性的。,经络的存在性证明,经络学说是研究经络系统的循行分布、生理功能、病理变化及其与脏腑 的相互关系，它贯穿中医学的生理、病理、诊断和治疗各方面，涉及针 灸、推拿、气功诸领域，是中医学理论体系的重要组成部分。理论：医学以人体为研究对象，离不开三维结构，唯物主义者是结构 与功能相统一论者，世界上绝对没有只有功能而没有结构的事物，因 此经络必然存在。,经络的存在性证明,实验分析：徐瑞民等- 测定手三阴经皮部经脉线的生物物理学全息特征 结果表明20例受试者均能测出与经典手三阴经相符合的实验经脉线 。胡翔龙等人利用红外辐射成像技术 显示出了300名健康志愿者十四经的红外辐射轨迹 并认为其分布与皮肤微循环状态密切相关。 朱兵等人的实验运用生物磁测量方法，对中医十二经脉和奇经八脉的循行路线进行了一系列的探讨。发现各经脉伴随有磁振动线出现 其循行线与经脉大致相同。,经络的电学特性,经络穴位具有低电阻特性：20世纪50年代：日本中古义雄用干电池测得人体表有良导点，且穴位与良导点是一致的。并进一步发现在良导络中存在着可以代表整条良导络的良导点，且与十二经中原穴相对应。20世纪70年代，国内杨威生等人用四电极法测量人体皮表电阻，揭示出经络具有较低电阻率的客观物性。本质根源：间液的相对含量较高是经络低组特性的根源。,阻抗成像在经络定位中的应用,经络定位的研究是经络研究中的突破口，也是中医现代化的关键所在。 而以经络的低电阻抗特性为切入点，利用磁探测电阻抗成像在功能层面 对经络的位置进行探测为经络探测提供了理论上的突破口。,阻抗成像在经络定位中的应用,MDEIT 系统由数据测量系统及图像重构两大部分组成。数据测量系统主要由用于激励的电极、稳定的交流激励源、感应线圈、高精度的测量电路、相应控制电路及计算机系统组成的数据采集与处理单元图像重建在计算机执行，图像重建的本质就是求解逆问题。逆问题求解方法：（1）确定性方法拟牛顿法，最速下降法等。（2）随机性方法（蒙特卡罗方法)搜索方向和步长具有随机性遗传算法，模拟退火法等。,阻抗成像在经络定位中的应用,磁探测测量系统：,仿真结果,用其仿真导体棒，二维图如下：,谢谢！,参考资料：1、Gabridl C, Ccorthout E. The dielectric properties of biologicaltissues I:Literature survey.Phys.Med.Biol.19962、医学电磁成像，刘国强3、电磁场中的逆交问题及应用，黄卡玛,