【摘要】：模擬人體組織相對介電常數(shù)和電導(dǎo)率的介電材料可用于分析1.5 T磁共振電特性斷層成像技術(shù)的算法準(zhǔn)確性和成像分辨率。為了得到各種人體組織模擬介電材料的具體組成,利用油、明膠、去離子水和氯化鈉為主要成分制作了一組介電材料樣本,其中油體積百分比范圍為0%~80%,氯化鈉濃度范圍為0~1.40 g/100 m L。通過開端同軸線法測量這組介電材料樣本在頻率為64 MHz和溫度為25℃時(shí)的介電特性,得到這組樣本的電導(dǎo)率和相對介電常數(shù)變化范圍分別為0.04~1.43S/m和12.6~83.4。利用非線性最小二乘擬合得到描述介電材料組成和其介電特性函數(shù)關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)公式。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式可以迅速得到各種人體組織模擬介電材料的組成。
【圖文】：

2結(jié)果和討論2.1樣本的介電特性60個介電材料樣本在64MHz下的相對介電常數(shù)和電導(dǎo)率如圖1所示，每個圓圈表示一個樣本;每條虛線對應(yīng)一個不同的油體積百分比，油的體積百分比變化范圍為0%～80%;每條實(shí)線對應(yīng)一個不同的氯化鈉濃度，氯化鈉濃度變化范圍為0～1.40g/100mL。設(shè)置包含因子K=2取得95%的置信區(qū)間，此時(shí)樣本相對介電常數(shù)和電導(dǎo)率測量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分別小于2.2%和4.6%。從圖中可以發(fā)現(xiàn)樣本的電導(dǎo)率不僅依賴于氯化鈉濃度，而且受到油體積百分比的影響;同樣，相對介電常數(shù)也不僅僅依賴于油的體積百分比。圖160個樣本(○)在64MHz下的相對介電常數(shù)和電導(dǎo)率Fig.1Therelativepermittivityandconductivityof60samples(○)at64MHz2.2相對介電常數(shù)和兩個可調(diào)節(jié)因子的關(guān)系樣本的相對介電常數(shù)和油體積百分比以及氯化鈉濃度的關(guān)系如圖2所示，每條直線表示在不同氯化鈉濃度下樣本相對介電常數(shù)的最小二乘擬合，，每條回歸線的調(diào)整后確定系數(shù)(Adj.Ｒ2)都大于0.92。在相同的氯化鈉濃度下，相對介電常數(shù)可表示為關(guān)于油體積百分比的一階多項(xiàng)式，表達(dá)式如下:ε'=m(N)+n(N)O(1)式(1)中，ε'表示相對介電常數(shù)，O是油體積百分比(0%～80%)，m(N)和n(N)是關(guān)于N的系數(shù)，N是氯化鈉濃度(0～1.40g/100mL)。圖2樣本相對介電常數(shù)vs.油體積百分比Fig.2Ｒelativepermittivityvs.oilvolumepercentage在每個不同的氯化鈉濃度下都可以得到一組m(N)和n(N)，系數(shù)m(N)，n(N)和氯化鈉濃度的關(guān)系分別如圖3(a)和3(b)所示。系數(shù)m(N)可表示為關(guān)于N的一次多項(xiàng)式，利用最小二乘擬合得到回歸線的Adj.Ｒ2為0.96;系數(shù)n(N)可表示為關(guān)于N的二次多項(xiàng)式，回歸線的Adj.Ｒ2為0.46，因此相對介電常數(shù)和兩個可調(diào)節(jié)因子間的關(guān)系可通過下式表示，a0到a

狴婆ǘ齲噍然狴婆ǘ缺浠犰段絎?～1.40g/100mL。設(shè)置包含因子K=2取得95%的置信區(qū)間，此時(shí)樣本相對介電常數(shù)和電導(dǎo)率測量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分別小于2.2%和4.6%。從圖中可以發(fā)現(xiàn)樣本的電導(dǎo)率不僅依賴于氯化鈉濃度，而且受到油體積百分比的影響;同樣，相對介電常數(shù)也不僅僅依賴于油的體積百分比。圖160個樣本(○)在64MHz下的相對介電常數(shù)和電導(dǎo)率Fig.1Therelativepermittivityandconductivityof60samples(○)at64MHz2.2相對介電常數(shù)和兩個可調(diào)節(jié)因子的關(guān)系樣本的相對介電常數(shù)和油體積百分比以及氯化鈉濃度的關(guān)系如圖2所示，每條直線表示在不同氯化鈉濃度下樣本相對介電常數(shù)的最小二乘擬合，每條回歸線的調(diào)整后確定系數(shù)(Adj.Ｒ2)都大于0.92。在相同的氯化鈉濃度下，相對介電常數(shù)可表示為關(guān)于油體積百分比的一階多項(xiàng)式，表達(dá)式如下:ε'=m(N)+n(N)O(1)式(1)中，ε'表示相對介電常數(shù)，O是油體積百分比(0%～80%)，m(N)和n(N)是關(guān)于N的系數(shù)，N是氯化鈉濃度(0～1.40g/100mL)。圖2樣本相對介電常數(shù)vs.油體積百分比Fig.2Ｒelativepermittivityvs.oilvolumepercentage在每個不同的氯化鈉濃度下都可以得到一組m(N)和n(N)，系數(shù)m(N)，n(N)和氯化鈉濃度的關(guān)系分別如圖3(a)和3(b)所示。系數(shù)m(N)可表示為關(guān)于N的一次多項(xiàng)式，利用最小二乘擬合得到回歸線的Adj.Ｒ2為0.96;系數(shù)n(N)可表示為關(guān)于N的二次多項(xiàng)式，回歸線的Adj.Ｒ2為0.46，因此相對介電常數(shù)和兩個可調(diào)節(jié)因子間的關(guān)系可通過下式表示，a0到a4是方程系數(shù)。ε'=a0+a1N+(a2+a3N+a4N2)O(2)2.3電導(dǎo)率和兩個可調(diào)節(jié)因子的關(guān)系樣本的電導(dǎo)率和油體積百分比以及氯化鈉濃度間的關(guān)系如圖4所示，每條直線表示在不同油體積百分比下樣本電導(dǎo)率的?
【作者單位】： 南方醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院;
【基金】：國家自然科學(xué)基金(61172034) 廣州市科學(xué)研究專項(xiàng)(2014J4100160)資助
【分類號】：R445.2


本文編號：2535299