复杂介质中的微波致热超声成像技术研究

发布时间：2021-01-17 11:34

　　微波致热超声层析成像（Microwave Induced Thermoacoustic Tomography,MI-TAT）是近年来发展起来的一种成像技术,结合了微波成像和超声成像的双重优点,使得重构的图像可以同时具有高对比度和高分辨率。该技术利用微波作为激励源,将激发出的超声波作为信息的载体,在生物医学成像领域具有重要的潜在应用价值。当生物组织暴露于电磁场中,由于介电损耗导致组织内部温度升高,产生热膨胀和收缩,从而激发超声波,该超声波被生物组织外部的超声传感器阵列所接收并用于成像。整个过程涉及到从电磁场到声场的多物理场转换。由于生物医学应用中待成像目标的介电特性是非均匀的,声场特性也是非均匀的,本文围绕复杂介质中的微波致热超声成像技术中的成像算法进行了研究并对微波致热超声成像的实际应用进行了探索性实验。主要内容和创新点包括:1.基于目标空间分布特性的微波热声成像算法为了在基于复杂介质模型字典的压缩感知微波热声成像算法中实现更精确建模的同时提高优化算法的效率,提出了一种基于目标空间分布特性的成像算法。首先,优化了热声成像背景下传统压缩感知模型的正则化参数的选取。以?₁

【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】：140 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

离体猪肾的MRI图像和热声图像对比。(a)MRI图像;(b)热声图像

图1-1(b)结果表明,微波热声图像可以显示出猪肾的肾皮质(浅灰色)和肾髓质(中等灰色)部分且肾脏中间与血管相连的肾窦也能够分辨出来。此外,从图1-2可以看出,女性乳房中癌变组织相比于正常组织在热声图像中具有更高的对比度。与此同时,美国加州理工大学的Lihong V.Wang教授从1999年开始进入微波热声成像领域[66],他在研究中对生物组织仿体进行了成像,并证明微波热声效应所获得的声压大小与吸收的微波能量成正比且沿超声波传播方向的轴向分辨率取决于微波信号的脉冲宽度和超声传感器的带宽。随后,Wang教授团队从热声信号分析[67,68],图像分辨率[40],接收传感器阵列排布[69],系统改进[70,71]及成像算法[72–78]等方面对微波致热超声成像进行了深入研究,并对七岁恒河猴的大脑进行了二维成像[79],如图1-3所示。

国际上对微波热声的研究起步较早,但其实从2006年以后微波致热超声成像没有从机理上给予创新,也没有从微观层面做更多研究,因此陷入了发展的瓶颈。不过,国内一些针对微波热声成像的研究正慢慢兴起。华南师范大学的邢达教授首先利用超短微波脉冲源进行了微波热声成像[41],使分辨率可以达到亚毫米量级,并利用超短微波脉冲源作为微波激励进行实时热声成像[39]。电子科技大学的赵志钦教授与四川大学华西医院合作,对真实I期、II期乳腺癌组织,浸润性导管癌组织及纤维瘤进行了离体实验,证实了微波热声成像对早期乳腺癌检测的有效性[87,88],如图1-4所示。图1-4真实乳腺组织和肿瘤组织的超声图像和热声图像对比。(a)超声图像;(b)热声图像

【参考文献】：
博士论文
[1]微波致热超声成像关键技术及实验研究[D]. 宋健.电子科技大学 2015



本文编号：2982801