微波热声成像技术及其在脑疾病检测中的应用研究
发布时间：2021-04-08 09:02
大脑是生物体内结构和功能最为复杂的组织,由于缺乏理想的技术和成像工具,目前人们对大脑的认识还非常有限。自从2013年美国决定实施“脑计划”以来,欧盟、日本、澳大利亚、韩国和中国等国也相继发布了各自的脑研究计划。脑计划的目标之一就是开发新型脑成像技术、方法和工具,为科学家提供更多的大脑结构和功能信息。微波热声成像技术结合了微波成像高穿透深度和超声成像高空间和时间分辨率的优点,具有非电离、非侵入式和实时对活体全脑组织进行高分辨率成像的潜力。微波热声成像以组织的比吸收率差异作为内生对比度来源。当生物组织体内的电场能量分布均匀时,微波热声成像技术有望作为一种新的高空间和时间分辨率活体脑成像工具,提供脑组织的电导率信息。脑组织的电导率与脑组织的病理和生理特性息息相关,因此微波热声成像可以帮助科学家从脑组织电特性的角度探索大脑的工作机制和脑疾病的发病原理。然而,至今还没有成功实现活体热声脑成像的文献报道。在进行人类临床研究前,有必要先利用实验动物验证活体热声脑成像的可行性。因为啮齿类动物是研究人类神经和疾病生理机制中使用最为广泛的动物,具有非常多的脑疾病模型可供研究选择。所以本文首先以大鼠活体脑成...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：163 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
启动脑科学研究的国家[
波，并利用超声波进行图像重建的方法突破了光的衍射极限，能够对几十毫米深的脑组织进行高分辨率实时成像，由于血红蛋白的光吸收系数比其他发色团强2个数量级以上，因此光声成像可以非侵入式、高对比度的对脑组织中的血管进行高分辨率成像[20-23]，但是若想对血管以外的脑结构进行成像时，血红蛋白的强吸收反而成为了阻碍[24]。从以上分析可以看出，各种成像技术均存在优缺点，互为补充，在脑疾病诊断方面虽然取得了长足的进步，但是离完全理解脑疾病的发病原理、实现脑疾病的早期诊断以及疗效监控还有很长的路要走。图1-2各种成像技术的主要参数对比[12]近二十年来，伴随着微波激励源等关键技术的发展，微波热声成像技术（Microwave-inducedthermoacousticimaging，MI-TAI）的发展也逐渐引起了研究人员的关注。从信号产生的原理上看，因为微波能够到达激光难以到达的深度激励生物组织产生超声信号，又兼具超声成像技术的高分辨率的优点，使得这一技术能够在传统光学或光声成像技术难以到达的成像深度上实现较高分辨率全脑成像。微波热声成像已经通过离体[25]和仿体[26-27]实验证明了其在脑成像方面的潜力。然而，至今还没有任何关于活体热声脑成像实验的报道。此外，过去的实验研究也有需要进一步改进的地方。比如离体组织由于经过防腐剂的浸泡后，组织的介电特性发生了改变[25]，因此离体实验得到的对比度不一定能够反映活体脑成像的真实情况。
第一章绪论5长军小组；上海科技大学的王雄小组；中国科学院电工研究所的宋涛小组；江苏大学的王刚小组等。由于激励源是热声成像系统的核心部件，如表1-1所示，本文总结了目前各小组使用的微波激励源的频率、脉冲宽度、峰值功率（电压）和重复频率等关键参数。图1-3微波热声成像结果。（a）最早的微波热声图像[31]；（b）离体肾脏热声图像[33]；（c）在体乳腺成像[34]表1-1各研究小组微波激励源参数比较研究小组负责人脉冲宽度（ns）峰值功率（kW）重复频率（Hz）中心频率（GHz）R.A.Kruger100-10005040000.434V.Ntziachristos10-4530kV10/CW2-20MHzD.Xing104-40MW100.434300-110035050065003005001.2L.V.Wang600-2200101009.4500201003500251006H.Jiang70070-100100350-800551003.05200-40004200000.95-1.2H.Xin250-200004.5100002.7-3.1CW1202.1100-10000201.1-1.4ZQ.Zhao500-2000101002.45S.K.Patch500/800402502.45Y.Zheng1000-3000110002.7/2.9/3.1微波热声成像最早也是研究最多的领域为生物医学成像，随着热声成像技术的发展，生物医学成像的部位从最早对肾脏[35-36]和乳腺癌[34,37-41]的研究，扩展到对前列腺[42-44]成像的研究，再发展到近年来对骨关节[45-48]、血管[49]、甲状腺[50]、、脑成像[25-27,51-52]的研究。目前肾脏、乳腺癌、骨关节、血管和甲状腺已经进行到活体成像实验阶段。然而由于扫描前列腺的热声成像系统是由封闭的谐振腔构成，无法
【参考文献】：
期刊论文
[1]微波热声成像技术用于人体甲状腺检测[J]. 王雪,黄林,迟子惠,蒋华北. 生物化学与生物物理进展. 2019(01)
[2]关于金属介电常数的讨论[J]. 邝向军. 四川理工学院学报(自然科学版). 2006(02)
博士论文
[1]快速光声成像系统及其应用研究[D]. 杨金戈.电子科技大学 2019
本文编号：3125269
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：163 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
启动脑科学研究的国家[
波，并利用超声波进行图像重建的方法突破了光的衍射极限，能够对几十毫米深的脑组织进行高分辨率实时成像，由于血红蛋白的光吸收系数比其他发色团强2个数量级以上，因此光声成像可以非侵入式、高对比度的对脑组织中的血管进行高分辨率成像[20-23]，但是若想对血管以外的脑结构进行成像时，血红蛋白的强吸收反而成为了阻碍[24]。从以上分析可以看出，各种成像技术均存在优缺点，互为补充，在脑疾病诊断方面虽然取得了长足的进步，但是离完全理解脑疾病的发病原理、实现脑疾病的早期诊断以及疗效监控还有很长的路要走。图1-2各种成像技术的主要参数对比[12]近二十年来，伴随着微波激励源等关键技术的发展，微波热声成像技术（Microwave-inducedthermoacousticimaging，MI-TAI）的发展也逐渐引起了研究人员的关注。从信号产生的原理上看，因为微波能够到达激光难以到达的深度激励生物组织产生超声信号，又兼具超声成像技术的高分辨率的优点，使得这一技术能够在传统光学或光声成像技术难以到达的成像深度上实现较高分辨率全脑成像。微波热声成像已经通过离体[25]和仿体[26-27]实验证明了其在脑成像方面的潜力。然而，至今还没有任何关于活体热声脑成像实验的报道。此外，过去的实验研究也有需要进一步改进的地方。比如离体组织由于经过防腐剂的浸泡后，组织的介电特性发生了改变[25]，因此离体实验得到的对比度不一定能够反映活体脑成像的真实情况。
第一章绪论5长军小组；上海科技大学的王雄小组；中国科学院电工研究所的宋涛小组；江苏大学的王刚小组等。由于激励源是热声成像系统的核心部件，如表1-1所示，本文总结了目前各小组使用的微波激励源的频率、脉冲宽度、峰值功率（电压）和重复频率等关键参数。图1-3微波热声成像结果。（a）最早的微波热声图像[31]；（b）离体肾脏热声图像[33]；（c）在体乳腺成像[34]表1-1各研究小组微波激励源参数比较研究小组负责人脉冲宽度（ns）峰值功率（kW）重复频率（Hz）中心频率（GHz）R.A.Kruger100-10005040000.434V.Ntziachristos10-4530kV10/CW2-20MHzD.Xing104-40MW100.434300-110035050065003005001.2L.V.Wang600-2200101009.4500201003500251006H.Jiang70070-100100350-800551003.05200-40004200000.95-1.2H.Xin250-200004.5100002.7-3.1CW1202.1100-10000201.1-1.4ZQ.Zhao500-2000101002.45S.K.Patch500/800402502.45Y.Zheng1000-3000110002.7/2.9/3.1微波热声成像最早也是研究最多的领域为生物医学成像，随着热声成像技术的发展，生物医学成像的部位从最早对肾脏[35-36]和乳腺癌[34,37-41]的研究，扩展到对前列腺[42-44]成像的研究，再发展到近年来对骨关节[45-48]、血管[49]、甲状腺[50]、、脑成像[25-27,51-52]的研究。目前肾脏、乳腺癌、骨关节、血管和甲状腺已经进行到活体成像实验阶段。然而由于扫描前列腺的热声成像系统是由封闭的谐振腔构成，无法
【参考文献】：
期刊论文
[1]微波热声成像技术用于人体甲状腺检测[J]. 王雪,黄林,迟子惠,蒋华北. 生物化学与生物物理进展. 2019(01)
[2]关于金属介电常数的讨论[J]. 邝向军. 四川理工学院学报(自然科学版). 2006(02)
博士论文
[1]快速光声成像系统及其应用研究[D]. 杨金戈.电子科技大学 2019
本文编号：3125269
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