真实头模型中的多电流偶极子脑磁源定位

给出了真实头模型下多电流偶极子定位的通用公式,并对多种源的情况进行了计算机模拟,逆问题的求解采用全局优化与局域优化相结合的优化方法,在较强的噪声背景下得到了较好的定位结果.其中,在偶极子源较少时,采用了球对称导体模型与真实头模型相结合的混合模型,进一步提高了求解速度 关键词： 脑磁技术 真实头模型 多偶极子脑磁源 优化方法     

利用脑磁图-多重信号分类算法求解真实头模型中磁源定位问题

脑磁图-多重信号分类(MEG-MUSIC)算法与常见的利用时域空域数据定位多偶极子源的全局优化方法相比，具有求解速度快、独立确定各偶极子源的位置、求解难度与偶极子数量无关等优点，在偶极子数量较多的情况下，MEG-MUSIC算法的优势显得更为突出.利用MEG-MUSIC算法求解了真实头模型中脑磁源定位问题. 关键词： 脑磁图-多重信号分类算法 真实头模型 多偶极子     

Tb0.3Dy0.7Fe2单晶中巨磁致伸缩的逆效应

研究了Terfenol-D材料中巨磁致伸缩的逆效应,即磁机械效应.基于Stoner-Wohlfarth(SW)模型,考虑磁晶各向异性和应力各向异性能,依据自由能极小原理,获得了退磁态下Terfenol-D单晶中磁化强度方向和压应力的关系.采用数值方法求解了平衡条件下的非线性方程组.理论结果表明,Terfenol-D巨磁致伸缩单晶中的磁各向异性取决于磁晶各向异性和应力各向异性之间的竞争.在压应力的作用下,Terfenol-D单晶中的磁各向异性由立方向单轴转变.理论和实验结果的比较表明,存在一个临界压应力,使磁致伸缩效应达到极大值.该理论结果还解释了压应力使得Terfenol-D单晶材料难于磁化和磁致伸缩效应出现极大值的实验事实.理论计算不仅为研究这类问题提供了一个更准确的方法,而且其结果也有助于理解类似材料中的磁化过程.     

Tb0.3Dy0.7Fe2单晶中巨磁致伸缩的逆效应

研究了Terfenol-D材料中巨磁致伸缩的逆效应,即磁机械效应.基于Stoner-Wohlfarth(SW)模型,考虑磁晶各向异性和应力各向异性能,依据自由能极小原理,获得了退磁态下Terfenol-D单晶中磁化强度方向和压应力的关系.采用数值方法求解了平衡条件下的非线性方程组.理论结果表明,Terfenol-D巨磁致伸缩单晶中的磁各向异性取决于磁晶各向异性和应力各向异性之间的竞争.在压应力的作用下,Terfenol-D单晶中的磁各向异性由立方向单轴转变.理论和实验结果的比较表明,存在一个临界压应力,使磁致伸缩效应达到极大值.该理论结果还解释了压应力使得Terfenol-D单晶材料难于磁化和磁致伸缩效应出现极大值的实验事实.理论计算不仅为研究这类问题提供了一个更准确的方法,而且其结果也有助于理解类似材料中的磁化过程. 关键词： Terfenol-D 磁机械效应 巨磁致伸缩效应 磁各向异性     

含腔电大尺寸导体目标电磁散射的一体化数值模拟

应用等效原理，通过引入口面上等效磁流将含腔导电目标电磁散射简化为腔内、外两个等效 问题. 腔内问题分段求解并应用级联法获得口面等效导纳矩阵；腔内外的耦合关系应用近似 边界元方法描述并由此获得口面等效磁流；最后，这一具有混合源的腔体内外一体化散射问 题则应用所提出的广义混合场积分方程方法建立电磁模型，并用多层快速多极子方法实现高 效数值求解. 实例计算结果与测试结果具有很好的一致性. 关键词： 含腔目标 电磁散射 混合场积分方程 数值分析     

基于贪婪稀疏方法的心脏磁场源重构

心脏磁场源重构, 即通过人体胸腔表面的磁场阵列测量信号反演产生该磁场的电流源分布, 是一种无创地研究心脏电活动的方法. 本文用线性化方程描述测量磁场与心脏内部电流源的关系, 并通过一种贪婪优化的方法得到了源重构的稀疏解. 通过近似正交化过程和改变迭代算法中原子的选择方式, 降低了优化算法的复杂度, 可在保证源重构精度的情况下, 快速搜索源空间中强度比较大的位置. 文中通过一组正常人的心磁测量数据, 说明了源重构方法的有效性. 这组数据的研究结果表明, 强度大于65%的重构电流源的空间移动轨迹与心脏除极和复极电活动的传导过程基本符合. 其QRS 和ST-T 段的实测心磁图与重构电流源产生的磁场图的平均拟合优度分别为99.36%和99.78%. 关键词： 心磁图 逆问题 稀疏解 正交匹配追踪     

氦原子Rydberg态10G—10M磁精细结构的计算

通过自洽迭代求解Hartree方程，得到了氦原子1snl组态下的严格数值解波函数，以此构造LS耦合谱项(支项)波函数作为基矢.采用线性变分法，同时考虑交换作用和Breit-Bethe近似下的磁相互作用项，计算了氦Rydberg态10G—10M系列能级的磁精细结构，计算结果很好地符合已有的实验值.对计算方法的进一步改进提出了设想和讨论. 关键词： 氦原子 Rydberg态 磁精细结构 自洽迭代     

分层球形导体中任意位置直流电流元产生电位的解析解

建立了任意层球形导体头模型.从泊松方程出发，利用电磁边界条件求解了分层球形导体中由任意位置直流电流元产生电位的一般解析解，并且给出了一种以矩阵形式表示的快速求解电位表达式中相关系数的方法.以表示头皮、颅骨、脑脊液和脑的四层球导体模型为例，对解析解进行了计算.结果表明，此解在除源点外的全域内收敛，且比仅用球谐函数展开形式的电位收敛快，计算量明显降低.给出了等位线图和流线图，表明低电导率对电位分布和电流流向的影响不可忽视.还给出了球表面电位分布特征，这有利于脑电逆问题的研究以及对脑电位测量结果的解释. 关键词： 电位 电流元 分层球形导体 脑电     

基于三维磁成像的近场磁性体探测

提出一种近场条件下未知磁源的三维磁成像方法.考虑到大多数磁性体不仅受背景磁场磁化，本身也带有较强剩磁，将观测面上的磁场转换为磁场矢量异常模量，并建立目标函数进行最优化求解，以得到符合观测磁场特征的磁性体磁化模型.仿真和实验表明：此方法可有效消除剩磁对反演结果的影响，能够实现对近场多个磁源磁化率分布的成像，验证了所提方法用于探测隐含磁体位置和形状的可行性.     

基于等效电流源的分层媒质目标反演研究

针对分层媒质目标反演问题, 提出了一种基于等效电流源的目标重建方法. 该方法首先利用散射数据重建辐射电流源, 然后将等效电流源的求解转化为最优化问题来处理, 通过共轭梯度方法搜索得到全局最优解, 进而实现对目标的反演, 该方法充分挖掘了散射数据所包含的信息, 缩小了解的搜索空间维度, 具有求解效率高的优点. 深入研究了频率、 采样间隔、 采样长度、 噪声水平以及背景估计对反演结果的影响, 并对上述结果做了理论分析. 仿真结果表明, 该方法能够较好地实现分层媒质目标的反演, 可以应用于穿墙成像、地质勘探等领域. 关键词： 电磁散射 分层媒质 等效电流源     

Forward and inverse problem for cardiac magnetic field and electric potential using two boundary element methods

This paper discusses the forward and inverse problem for cardiac magnetic fields and electric potentials.A torso-heart model established by boundary element method(BEM) is used for studying the distributions of cardiac magnetic fields and electric potentials.Because node-to-node and triangle-to-triangle BEM can lead to discrepant field distributions,their properties and influences are compared.Then based on constructed torso-heart model and supposed current source functional model-current dipole array,the magnetic and electric imaging by optimal constrained linear inverse method are applied at the same time.Through figure and reconstructing parameter comparison,though the magnetic current dipole array imaging possesses better reconstructing effect,however node-to-node BEM and triangleto-triangle BEM make little difference to magnetic and electric imaging.     

Cardiac magnetic source imaging based on current multipole model

It is widely accepted that the heart current source can be reduced into a current multipole. By adopting three linear inverse methods, the cardiac magnetic imaging is achieved in this article based on the current multipole model expanded to the first order terms. This magnetic imaging is realized in a reconstruction plane in the centre of human heart, where the current dipole array is employed to represent realistic cardiac current distribution. The current multipole as testing source generates magnetic fields in the measuring plane, serving as inputs of cardiac magnetic inverse problem. In the heart-torso model constructed by boundary element method, the current multipole magnetic field distribution is compared with that in the homogeneous infinite space, and also with the single current dipole magnetic field distribution. Then the minimum-norm least-squares (MNLS) method, the optimal weighted pseudoinverse method (OWPIM), and the optimal constrained linear inverse method (OCLIM) are selected as the algorithms for inverse computation based on current multipole model innovatively, and the imaging effects of these three inverse methods are compared. Besides, two reconstructing parameters, residual and mean residual, are also discussed, and their trends under MNLS, OWPIM and OCLIM each as a function of SNR are obtained and compared.     

基于心磁信号的心脏电流偶极子阵列成像及相关性质的研究

超导量子干涉器（SQUID）能探测到微弱的心脏磁场信号. 通过对所得的心磁信号进行分析,可为许多心脏疾病的诊断提供依据. 利用心磁信号,采用极小范数最小二乘法（MNLS）对心脏的电流偶极子阵列进行重建,从而实现了对心脏内部等效电流源的成像. 在使用MNLS进行电流偶极子阵列反演重建的过程中,反演所需的心磁信号,分别由单电流偶极子和电流多极子作为激发源模拟得到,以及由SQUID实际测量得到. 同时,对不同心磁信号反演得到的电流偶极子的分布规律进行了分析. 此外,还给模拟的人体外心磁信号施加了均匀噪声和随机噪声,研究不同信噪比的均匀噪声和随机噪声对电流偶极子阵列重建的影响.     

基于心磁信号的心脏电流偶极子阵列成像及相关性质的研究

超导量子干涉器（SQUID）能探测到微弱的心脏磁场信号. 通过对所得的心磁信号进行分析,可为许多心脏疾病的诊断提供依据. 利用心磁信号,采用极小范数最小二乘法（MNLS）对心脏的电流偶极子阵列进行重建,从而实现了对心脏内部等效电流源的成像. 在使用MNLS进行电流偶极子阵列反演重建的过程中,反演所需的心磁信号,分别由单电流偶极子和电流多极子作为激发源模拟得到,以及由SQUID实际测量得到. 同时,对不同心磁信号反演得到的电流偶极子的分布规律进行了分析. 此外,还给模拟的人体外心磁信号施加了均匀噪声和随机噪声,研究不同信噪比的均匀噪声和随机噪声对电流偶极子阵列重建的影响. 关键词： 心磁信号 超导量子干涉器 电流偶极子阵列重建 极小范数最小二乘法     

多腔体心脏磁场模型的研究与应用

利用核磁共振图像(MRI)中提取的人体和心脏边界,根据边界元方法(BEM)建立了一个考虑左、右心房和心室的多腔体心脏磁场模型.分析了用该模型得到的36通道心脏磁场数据和特定时刻的磁场图.并在此基础上,研究了完全性右束支传导阻滞(CRBBB)和完全性左束支传导阻滞(CLBBB)病人ST-T段的心脏电活动.结果显示,用移动单电流偶极子模拟的单束支电兴奋传导所产生的磁场图与用超导量子干涉器(SQUID)测量的CRBBB/CLBBB病人数据绘制的心脏复极时的心磁图(MCG)十分相似.结果表明,该多腔体心脏BEM模型可用于CLBBB/CRBBB病人心脏磁场逆问题的研究.此外,文中给出了两个评价指标:测量平面上多腔体与单腔体的心脏磁场强度极大值之比,以及两种模型的36个测量点上磁场强度均方根之比.分析表明,多腔体心脏模型更贴近人体心脏的实际情况.该模型中心脏组织电导率参数的取值,以及等效电流偶极子的位置和个数决定了磁场的强度和分布.     

磁记忆检测的力磁耦合型磁偶极子理论及解析解

磁偶极子理论在缺陷漏磁场解释中被成功广泛使用.由于磁荷密度等参数不易定量,磁偶极子理论在应用中常常进行归一化处理,被认为不适用于对应力相关的磁记忆信号做量化分析.本文通过建立力磁耦合型磁偶极子理论模型,以适用于分析磁记忆检测中应力对磁信号的影响.基于铁磁学理论确定应力和磁场联合作用下的等效场强度,基于弱磁化状态的一阶近似,获得了各向同性铁磁材料微弱环境磁场下的应力磁化解析解.结合磁信号二维问题中矩形和V形磁荷分布假定,建立了光滑与破坏试件表面磁信号、矩形和V形表面缺陷所诱导磁信号的力磁耦合型磁偶极子理论分析模型,并获得其解析解.基于力磁耦合型磁偶极子理论的解析解,对拉伸实验中试件破坏前后的信号差异、矩形和V形表面缺陷诱导磁信号,以及磁信号的影响因素和规律等进行了详细分析.理论研究表明,基于本文理论模型的解析解可实现对磁记忆检测中的一些基本实验现象和规律的解释.     

Surface currents on a perfect conductor, induced by a magnetic dipole

An oscillating magnetic dipole located near a perfect conductor induces a current density on the surface of the metal. We have derived an expression for this current density, and studied its field line patterns for various orientations of the dipole moment. When the dipole moment is perpendicular to the surface, the field lines are circles which run clockwise and counterclockwise. For a linear dipole oriented parallel to the surface, the field line pattern is much more complex, and it contains singular points. When the dipole moment rotates in a plane parallel to the surface, the field lines are spirals. A field line spirals inward from infinity to some given point, after which it spirals outward back to infinity. We have also considered the Poynting vector of the electromagnetic field near the surface, and we found that its field lines can have singular points or exhibit a vortex.     

The forward and inverse problem of cardiac magnetic fields based on concentric ellipsoid torso-heart model

<正>This paper constructs a concentric ellipsoid torso-heart model by boundary element method and investigates the impacts of model structures on the cardiac magnetic fields generated by both equivalent primary source—a current dipole and volume currents.Then by using the simulated magnetic fields based on the torso-heart model as input,the cardiac current sources—an array of current dipoles by optimal constrained linear inverse method are constructed.Next, the current dipole array reconstruction considering boundaries are compared with that in an unbounded homogeneous medium.Furthermore,the influence of random noise on reconstruction is also considered and the reconstructing effect is judged by several reconstructing parameters.