基于超寬帶電磁脈沖源的熱聲成像技術(shù)研究.pdf

1、微波熱聲成像(Microwave-Induced Thermoacoustic Imaging，MITI)技術(shù)擁有較大穿透深度、高圖像分辨率和對(duì)比度，聯(lián)合了微波成像和超聲成像二者的優(yōu)點(diǎn)。因此，該技術(shù)擁有很好的發(fā)展前景和廣闊的應(yīng)用潛能，是一種新型無(wú)損醫(yī)學(xué)檢測(cè)方式。首先，微波熱聲成像技術(shù)使用脈沖微波為激發(fā)源照射成像組織；然后，成像組織吸收輻射出的微波能量，產(chǎn)生熱膨脹效應(yīng)并激發(fā)出超聲波；最后，以超聲波信號(hào)為重建信息，借助圖像重建算法重建出反映

2、受輻射部位組織吸收微波特性的熱聲圖像。微波熱聲成像技術(shù)可應(yīng)用于組織介電特性分布成像研究中，依據(jù)生物組織在不同生理及病理?xiàng)l件下微波吸收特性差異，該技術(shù)可以進(jìn)行非入侵式、分辨率和對(duì)比度高的醫(yī)學(xué)無(wú)損檢查。
　　盡管微波熱聲成像技術(shù)的穿透深度、圖像對(duì)比度和分辨率已經(jīng)較高，但仍要繼續(xù)提高；目前，熱-聲之間的轉(zhuǎn)換效率依舊很低，熱聲成像的激發(fā)源功率卻很大，存在對(duì)成像組織造成熱損傷的潛在風(fēng)險(xiǎn)。傳統(tǒng)熱聲成像激勵(lì)源脈寬一般在0.1-1?s之間，激勵(lì)微

3、波能量密度約幾2mJ cm，成像分辨率在0.1-1 mm之間。伴隨微波熱聲成像技術(shù)向醫(yī)學(xué)臨床領(lǐng)域的應(yīng)用推進(jìn)，熱-聲轉(zhuǎn)換效率和圖像分辨率有效地提高、微波輻射劑量有效的降低是決定發(fā)展該技術(shù)的重要因素。研究發(fā)現(xiàn)：壓縮激勵(lì)源脈沖寬度可以將成像系統(tǒng)分辨率和熱-聲轉(zhuǎn)換效率提高，同時(shí)改善成像存在的熱損傷危害。
　　通過(guò)上述分析，本文提出基于超寬帶電磁脈沖源的熱聲成像技術(shù)研究，該研究使用的脈沖功率源可產(chǎn)生10 ns超短脈沖微波信號(hào)。按照熱聲成像理

4、論基礎(chǔ)，講述了幾類熱聲成像中常用的重建算法。本文以設(shè)計(jì)和搭建基于超寬帶電磁脈沖源的熱聲成像系統(tǒng)為主，并通過(guò)仿體和生物組織成像實(shí)驗(yàn)來(lái)研究該系統(tǒng)的成像能力；通過(guò)不同層面marker陣列實(shí)驗(yàn)來(lái)研究該系統(tǒng)的成像范圍；通過(guò)開門關(guān)門實(shí)驗(yàn)來(lái)研究環(huán)境因素對(duì)成像質(zhì)量的影響；通過(guò)銅板反射實(shí)驗(yàn)來(lái)探索提高微波熱聲成像中能量耦合效率的方法；通過(guò)對(duì)比不同放大器和不同類型超聲探頭實(shí)驗(yàn)來(lái)研究硬件設(shè)備對(duì)系統(tǒng)性能的影響。開展本文內(nèi)容研究使得基于超寬帶電磁脈沖源的熱聲成像技