利用微波對腦活動的探測研究.pdf

1、近幾年，隨著歐美發(fā)布了具有戰(zhàn)略意義的“腦計劃”，腦科學(xué)的研究熱潮正在全球興起。目前國內(nèi)外基于微波的大腦神經(jīng)活動檢測研究才初見報道，本文對利用微波來探測腦活動做了相關(guān)研究。首先分析了大腦神經(jīng)活動的生理學(xué)過程及興奮區(qū)的時變媒質(zhì)特性，闡述了運(yùn)用微波檢測大腦神經(jīng)活動的原理。借助仿真軟件和模擬模型研究了時變興奮區(qū)的電磁響應(yīng)關(guān)系。針對老鼠大腦神經(jīng)活動微波檢測實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行了仿真分析、實(shí)驗(yàn)及信號處理。最后，設(shè)計了一款應(yīng)用于人腦神經(jīng)活動探測的超寬帶天線，仿

2、真研究了電磁能量在頭顱內(nèi)的傳輸特性及電場分布，并進(jìn)行了加工測試。
　　論文的主要內(nèi)容及工作成果如下：
　　1．基于大腦神經(jīng)活動中的離子運(yùn)動特征，分析了大腦神經(jīng)活動的時變媒質(zhì)特性。采用多層無限大平板模型推導(dǎo)了均勻平面波與大腦電磁響應(yīng)過程中的相位變化關(guān)系，闡述了微波傳輸法用于大腦神經(jīng)活動的檢測機(jī)理。針對生物組織的電磁特性，對生物組織的色散特性以及電磁波在有耗媒質(zhì)中的傳播理論進(jìn)行了研究，為后期大腦神經(jīng)活動檢測試驗(yàn)與方案設(shè)計做理論鋪

3、墊。
　　2．借助模擬仿真模型，對微波腦活動探測中微波工作頻率、電場分布、微波比吸收率及時變興奮區(qū)的電磁響應(yīng)特性進(jìn)行了仿真研究，結(jié)果顯示隨著微波頻率升高，腦功能區(qū)的電場強(qiáng)度減小，但在大腦皮層仍然存在較強(qiáng)的電場。對腦內(nèi)SAR分析表明實(shí)驗(yàn)功率下的微波檢測實(shí)驗(yàn)滿足安全性規(guī)定；建立時變興奮區(qū)模擬模型，研究了電磁波與時變媒質(zhì)的電磁響應(yīng)關(guān)系，結(jié)果表明電磁波穿過介電常數(shù)時變興奮區(qū)時，散射波能夠攜帶出興奮區(qū)的頻域變化信息。
　　3．老鼠大腦

4、神經(jīng)活動的檢測。仿真分析老鼠頭顱內(nèi)的電場分布和動態(tài)興奮區(qū)的電磁響應(yīng)關(guān)系。對昏睡狀態(tài)下的老鼠大腦活動進(jìn)行檢測，利用微波和EEG來對比檢測老鼠睡眠波，并取得了預(yù)期的結(jié)果。對檢測信號進(jìn)行功率譜分析，結(jié)果顯示微波可以檢測出大腦的活動信息，但對檢測信息的準(zhǔn)確認(rèn)知仍有待未來進(jìn)一步的研究。
　　4．應(yīng)用于大腦神經(jīng)活動探測的天線設(shè)計與測試。大腦神經(jīng)活動探測天線的工作環(huán)境為人體頭部組織，設(shè)計了一款直接與頭部有耗組織匹配的超寬帶天線，仿真研究電磁波在