微波致热超声成像系统的研究

生物组织在微波脉冲的激励下,会因热膨胀产生超声信号。正常组织与病变组织的电特性存在很大的差异,因此采用微波照射、利用接收的超声波成像的方式可以为检测组织的早期病变提供更大的可能。该文介绍了微波致热超声成像原理和系统的组建,从理论上分析了影响系统分辨率的因素。基于已搭建的初步实验平台,用处于单一背景下的简单目标为实验样品进行实验,利用采集的数据进行了成像研究。

微波致热超声成像原型系统

相对微波和超声成像系统,微波致热超声扫描成像(MITAT,microwave-induced thermo-acoustic tomography)技术在对比度和分辨率方面具有明显优势,因此该技术在生物组织成像领域受到了越来越多的关注.介绍了一个完整的MITAT原型系统,并利用该系统对埋入脂肪中的高含水量生物组织目标进行了一些基础性的实验.在这些实验中,通过由截面为毫米尺度的猪肌肉组织样条所产生的热超声波信号,获得了同时具有高对比度和高分辨率的MITAT图像.为了验证MITAT的优势,一个商用的超声线阵成像系统也对同一实验目标进行了超声成像对比实验研究;两种系统的成像结果表明所搭建的MITAT原型系统在对类肿瘤的高含水目标探测方面具有良好的性能.

时间反转镜像技术在微波致热超声成像系统中的应用

论证了不同生物组织对微波能的吸收分布与微波致热声源分布的比例关系,然后将基于伪谱时域方法的时间反转镜像技术用于微波致热超声扫描成像系统中.仿真表明,在很低的信噪比和模型参数存在随机变化的情况下,基于伪谱时域方法的时间反转镜像结果仍然具有良好的成像对比度和成像分辨率.

生物组织中的癌细胞定位技术

为了提高在微波致热超声扫描成像(MITAT)技术中的生物组织的癌变细胞定位的精确度,应用了TRAdjoint算法,该算法能够估测出假设发射源与真实发射源的位置差异。仿真表明,TR-Adjoint算法在非均匀的生物组织复杂环境中对癌变细胞精确定位具有很大的优势。

生物组织中肿瘤定位的TR-adjoint法及应用

为了提高微波致热超声扫描成像技术(microwave-induced thermo-acoustic tomography,MITAT)对复杂生物组织环境下肿瘤定位的精确度,采用TR-adjoint法重建生物组织复杂环境分布,为肿瘤反演提供一个更逼真的生物组织声学模型。该方法利用了时间反转镜(time reversal mirror,TRM)技术,并成功引入地震学中的adjoint理论。根据重建的生物组织环境的声学模型,TRM对生物组织中肿瘤进行定位。全波数值模拟表明,该方法不仅可以获取生物组织密度和声速的分布信息,而且仅通过接收器接收到的信号就可以对肿瘤组织进行高精度定位。