磁感應斷層成像(Magnetic induction tomography, MIT)，也被稱為電磁層析成像、渦流成像等，是一種非接觸的電阻抗斷層成像技術。盡管MIT與電阻抗斷層成像技術類似，都是以重建被測區(qū)域內(nèi)部電導率分布為目標，但MIT的不同點在于其向被測區(qū)域施加的是磁場激勵而非電場激勵。因MIT的非接觸特性，較電阻抗斷層成像而言更具有優(yōu)勢。目前MIT已廣泛用于金屬成分檢測、液態(tài)金屬雜質(zhì)檢測、二相流可視化等工業(yè)領域。鑒于磁場激勵較激勵的優(yōu)勢，MIT在生物醫(yī)學領域也具有廣泛應用前景。

2 MIT的基本原理

MIT檢測的基本原理是法拉第電磁感應理論，其基本檢測過程如圖1所示。首先，向檢測區(qū)域施加一個交變磁場 ；然后，在感應區(qū)內(nèi)存在具有電磁特性的物質(zhì)時，會形成感應渦流，從而產(chǎn)生二次磁場 ；最后，利用排列在檢測區(qū)域外部的磁場探測器采集MIT數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)完成后處理之后，利用圖像重建算法即可得到MIT圖像。

在生物醫(yī)學應用中，通常假定生物體內(nèi)部是無源且不導磁的，且生物體內(nèi)各組織的電磁特性均為線性和各項同性的。在生物醫(yī)學研究中MIT的控制方程可寫為：

$\frac{1}{\mathrm{??}}\mathrm{?}\times \mathrm{?}\times \mathrm{??}+(\mathrm{??}\mathrm{??}\mathrm{??}?{\mathrm{??}}^2\mathrm{??})\mathrm{??}={\mathrm{??}}_{\mathrm{??}}$

其中， $\mathrm{??}$ 是磁導率， $\mathrm{??}$ 是介電常數(shù)， $\mathrm{??}$ 是電導率， $\mathrm{??}$ 為矢量磁勢， $\mathrm{??}=\sqrt{?1}$ ， $\mathrm{??}$ 是角頻率， ${\mathrm{??}}_{\mathrm{??}}$ 是源電流密度。生物組織的磁導率和真空磁導率接近，因此通常假定 $\mathrm{??}={\mathrm{??}}_0$ 。

檢測線圈中的感應電壓可通過矢量磁勢的切向分量沿線圈的線積分得到。如此，便得到檢測電壓與被測生物體內(nèi)電導率分布的關系，通過圖像重建算法便可得到生物體內(nèi)的電導率分布。目前常用的重建算法有直接投影算法、濾波反投影算法及其改進算法、靈敏度矩陣和牛頓類算法等。

3 面向生物醫(yī)學的MIT研究

目前主要有腦部、腹部、心臟等部位疾病的研究。

3.1 腦部成像研究

由于腦部結構的復雜性，現(xiàn)有MIT腦部模型無法為MIT靜態(tài)算法研究提供更精確的腦部先驗信息，這使得腦部靜態(tài)MIT成像十分困難。多頻MIT是利用生物組織的阻抗頻譜特性差異進行成像，無需基線參考數(shù)據(jù)即可實現(xiàn)病灶的快速檢測，可能是未來腦部MIT研究的熱點方向。利用更準確的顱腦先驗信息以優(yōu)化MIT成像算法，開展猴等大動物腦部MIT活體成像實驗及人體臨床試驗研究，將會在未來進一步推動腦部MIT研究。

3.2 腹部出血監(jiān)護成像

MIT腹部出血實時監(jiān)測實驗是MIT在生物醫(yī)學領域報道的活體動物實時成像實驗研究，其實驗結果有效驗證了MIT進行活體成像監(jiān)測的可行性，為下一步的臨床研究奠定了基礎。

然而，目前用于動物實驗的MIT硬件系統(tǒng)尺寸較小，為進一步開展臨床應用研究還需研究建立適配人體尺寸的MIT硬件系統(tǒng)。

3.3 肺部、心臟功能監(jiān)測、膀胱體積無創(chuàng)監(jiān)測、腎結石快速檢測等應用

考慮到MIT受到高電阻率物質(zhì)的影響較小，且MIT的非接觸特性不會存在接觸阻抗的問題，從而使其受胸廓呼吸影響較小，因此肺部MIT研究也具有較好的臨床應用前景。Scharfetter課題組提出利用5 x 5平面線圈矩陣進行數(shù)據(jù)采集并對胸部電導率變化進行成像，該方法可以將數(shù)據(jù)采集線圈方便地安裝在病床上，解決現(xiàn)階段接觸式監(jiān)護方法面臨的問題，其結果如圖4所示。

盡管目前適用于上述臨床研究方向的MIT硬件系統(tǒng)還不是很成熟，但上述部位成像的應用研究通過仿真驗證了其可行性，這為拓展MIT的臨床應用方向提供了有益的思路。此外，MIT和其他技術結合，為未來MIT技術的研究提供了新思路。