微波致熱超聲層析成像（Microwave Induced Thermoacoustic Tomography,MI-TAT）是近年來發(fā)展起來的一種成像技術,結合了微波成像和超聲成像的雙重優(yōu)點,使得重構的圖像可以同時具有高對比度和高分辨率。該技術利用微波作為激勵源,將激發(fā)出的超聲波作為信息的載體,在生物醫(yī)學成像領域具有重要的潛在應用價值。當生物組織暴露于電磁場中,由于介電損耗導致組織內部溫度升高,產生熱膨脹和收縮,從而激發(fā)超聲波,該超聲波被生物組織外部的超聲傳感器陣列所接收并用于成像。整個過程涉及到從電磁場到聲場的多物理場轉換。由于生物醫(yī)學應用中待成像目標的介電特性是非均勻的,聲場特性也是非均勻的,本文圍繞復雜介質中的微波致熱超聲成像技術中的成像算法進行了研究并對微波致熱超聲成像的實際應用進行了探索性實驗。主要內容和創(chuàng)新點包括:1.基于目標空間分布特性的微波熱聲成像算法為了在基于復雜介質模型字典的壓縮感知微波熱聲成像算法中實現(xiàn)更精確建模的同時提高優(yōu)化算法的效率,提出了一種基于目標空間分布特性的成像算法。首先,優(yōu)化了熱聲成像背景下傳統(tǒng)壓縮感知模型的正則化參數(shù)的選取。以?₁

【文章來源】：電子科技大學四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：140 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

離體豬腎的MRI圖像和熱聲圖像對比。(a)MRI圖像;(b)熱聲圖像

圖1-1(b)結果表明,微波熱聲圖像可以顯示出豬腎的腎皮質(淺灰色)和腎髓質(中等灰色)部分且腎臟中間與血管相連的腎竇也能夠分辨出來。此外,從圖1-2可以看出,女性乳房中癌變組織相比于正常組織在熱聲圖像中具有更高的對比度。與此同時,美國加州理工大學的Lihong V.Wang教授從1999年開始進入微波熱聲成像領域[66],他在研究中對生物組織仿體進行了成像,并證明微波熱聲效應所獲得的聲壓大小與吸收的微波能量成正比且沿超聲波傳播方向的軸向分辨率取決于微波信號的脈沖寬度和超聲傳感器的帶寬。隨后,Wang教授團隊從熱聲信號分析[67,68],圖像分辨率[40],接收傳感器陣列排布[69],系統(tǒng)改進[70,71]及成像算法[72–78]等方面對微波致熱超聲成像進行了深入研究,并對七歲恒河猴的大腦進行了二維成像[79],如圖1-3所示。

國際上對微波熱聲的研究起步較早,但其實從2006年以后微波致熱超聲成像沒有從機理上給予創(chuàng)新,也沒有從微觀層面做更多研究,因此陷入了發(fā)展的瓶頸。不過,國內一些針對微波熱聲成像的研究正慢慢興起。華南師范大學的邢達教授首先利用超短微波脈沖源進行了微波熱聲成像[41],使分辨率可以達到亞毫米量級,并利用超短微波脈沖源作為微波激勵進行實時熱聲成像[39]。電子科技大學的趙志欽教授與四川大學華西醫(yī)院合作,對真實I期、II期乳腺癌組織,浸潤性導管癌組織及纖維瘤進行了離體實驗,證實了微波熱聲成像對早期乳腺癌檢測的有效性[87,88],如圖1-4所示。圖1-4真實乳腺組織和腫瘤組織的超聲圖像和熱聲圖像對比。(a)超聲圖像;(b)熱聲圖像

【參考文獻】：
博士論文
[1]微波致熱超聲成像關鍵技術及實驗研究[D]. 宋健.電子科技大學 2015



本文編號：2982801