微波热致超声成像技术研究.pdf

医学方面的统计数据表明癌症患者的数量在逐年增加，癌症的早期发现对治疗效果有根本性的影响；因此，癌症的早期检测技术的研究有很重要的意义。目前的检测方法主要有X射线技术、超声波成像技术、核磁共振成像技术等。但上述检测方法由于其自身检测机理的限制，都有各自的不足。X射线技术本身对人体有一定的伤害，另外它对弱吸收物体的成像效果不佳，因此不易检测出早期的肿瘤；超声成像技术虽然有良好的分辨率，但是其成像机理决定了它的对比度不会太好；核磁共振技术不能够很好的区分良性肿瘤和恶性肿瘤。 微波热致超声成像技术是一种新兴的检测技术，它用微波脉冲激励组织，组织将吸收的微波能转化为热能，由于组织的非均匀性导致受热不均匀，利用不同热膨胀产生的信号对目标成像。由于微波热致超声成像技术用微波激励、超声成像，因此具有很好的分辨率和对比度，它是一种非常有潜力的生物医学成像技术。 本文的研究内容主要包括微波热致超声成像系统的理论和实验研究，主要内容概括如下： 1．研究了早期乳腺癌的微波热致超声理论，分析了影响热超声信号产生、传播的各个因素；从理论上估算了组织受激产生的超声信号的强度，评估了系统的安全性； 2．研究并设计搭建了完整的微波热致超声成像系统，包括对系统进行了分阶段的改进，在一定程度上解决了电磁屏蔽的问题；研究了耦合媒质、实验容器、放大器等组成部分的选择对系统整体性能的影响； 3．针对实验数据所反映的超声信号频谱的特征，从系统级联的角度给出了解释：超声信号频谱中能量的分布会受生物组织自身几何特性的调制；利用仿真数据对影响系统分辨率的因素进行了讨论；首次将小波软阈值滤波方法用于分析热超声信号，结果表明该方法可以较好地改善信噪比； 4．基于所搭建的微波热致超声成像系统所测得的实验数据，研究了相应的重建算法：滤波反投影成像算法和频域成像算法；为了提高成像质量和成像效率，研究了非均匀快速傅立叶变换(NUFFT)，并首次成功将其应用到微波热超声的频域成像算法中。成像结果表明目前系统可以实现mm量级的分辨率。