三维颅内血肿动态成像仿真的研究.pdfVIP

电力大系统灾变防治和经济运行重大课题部分专题暨第九届全国电工数学年会论文集 Illllll 三维颅内血肿动态成像仿真研究+ 徐管鑫何为 (重庆大学电气工程学院，重庆400044) 摘 要 本文基于电流场“异物扰动”成像方法，在三维球模型上对颅内血肿动态成像进行了仿真研究。研究 r颅内血肿体积大小的改变对头颅表面电位改变的规律，还研究了导电性能差的颅骨的存在对头颅表面电 位改变规律的影响。研究结果表明：从头颅表面两个不同的位置注入电流后．从头颅表面电位的变化规律 可以反映出颅内血肿体积大小的改变情况，而且电流可以穿透颅骨。这将有助于医务人员根据头颅表面边 界电位的变化情况来推测颅内血肿的变化情况，对实现颅内血肿无创监测有着重要意义。 关键词：、1血肿；成像：边界元法 l一、 1．引言@ 脑血肿是医学上常见的一种疾病。目前，脑血肿的检测手段以cT、常规磁共振成像及弥散加 权磁共振成像为代表。cT因其强放射性，不能长期置病人于辐射之下而无法成为常规监测手段。 核磁共振成像及弥散加权核磁共振成像图像清晰，但此方法非常昂贵，设备庞大，必要对还需加 入特殊造影剂，持续时间短，也不能对重危病人长期进行床旁实时监测。目前病人入院时，通常 采取常规成像(叽或核磁共振)一次，其后全凭医务人员目测观测病情发展。因此，研究一种价 廉、无创性、床旁使用，能连续显示脑深部血肿的演变状况的设备，为颅内出血变化状况提供一 种经济、简便的监测手段，是一个极富挑战性的课题。 在前期研究中，我们在二维头颅模型上进行了大量的数值计算，并取得了比较理想的结论“1， 但人的头颅实际上是三维的，在三维头颅模型上，是否能够获得与二维模型下相同的计算结果， 因此有必要基于三维头颅模型进行数值计算。本文就是基于电流场“异物扰动”成像方法一，在 三维球模型上通过数值计算对颅内血肿体积变化对头颅表面电位的改变规律做进一步的研究，同 时还对颅骨对头颅表面电位改变规律的影响进行了研究，以便为更重要的脑血肿成像奠定基础。 由头颅表面向颅内注入低频电流，通过测量头颅表面边界电位的变化量，就可以直观地反映 颅内血肿的变化情况。这种方法可以避免传统电阻抗成像技术中复杂的电导率0的计算，从而使 计算变得相对简单，同时实现了真正意义上的无创监测，这对脑血肿无创监测有着重要意义。 2．数学方法和模型 颅内注入电流后形成的电流场是一个复杂的三维场，考虑到本研究的复杂性，数值计算都在 三维球形模型上进行的。 ·由国家自然科学基金和重庆大学教育部高电压与电工理论新技术重点实验室资助 ·224． 三维颅内血肿动态成像仿真研究 皮)四个分层均匀的场域(如图i所示)，』U在每个具有相同导电媒质的场域内，电流密度函数满 足： V·J(x，y)20 (1) 所以．用电位函数描述的各个分层场域的场方程可以统一写为： v (2) 2碰j翎k卫)拳04) 其边界条件为下面一组方程： ． f0 ls．={， (电流注入点为一I，流出点为I，其余为o) (3) 盯t盟On 【一。 乩娟l矿。鲁卜盯：鲁b乩嘞如二等卜吧等b 乩吼，，q鲁卜盯。鲁b 这里，0．是血肿电导率，0z是脑组织电