用于乳腺癌檢測的微波熱聲成像技術研究.pdf

1、微波熱聲成像技術能對生物組織介電特性分布進行高分辨率，高對比度成像，是一種具有廣泛應用潛力和良好發(fā)展前景的新型無損醫(yī)學影像方法。該技術以非電離輻射脈沖微波輻照生物組織，通過生物組織焦耳損耗和極化損耗吸收微波能量并引起熱致伸縮產(chǎn)生超聲波，以熱致超聲波作為信息載體反應受輻照部位對微波的吸收特性；因此，該技術不僅具有微波成像的高對比度特征，還具備超聲成像的高分辨率能力。根據(jù)不同生理和病理狀態(tài)組織的微波吸收差異特性，熱聲成像技術能夠實現(xiàn)高分辨率

2、、高對比度、非侵入式的無損醫(yī)學檢測。一方面乳腺癌腫瘤惡性增殖，導致乳腺癌組織水含量及粒子濃度比正常乳房組織高出許多，進而使得兩者微波吸收差異較大(可以高達10:1)，利于高對比度熱聲成像；另一方面，微波波長較長可輕易穿透整個乳房，具有較大熱聲成像深度；所以微波熱聲成像技術適合開展乳腺癌檢測應用研究。同時，基于微波成像技術在手指關節(jié)以及多種腦血管和腫瘤疾病檢測方面的研究進展，表明該類疾病也具有高微波熱聲響應特性，適宜開展微波熱聲成像檢測技

3、術的應用研究。
　　基于以上分析，本論文以微波熱聲成像技術的乳腺癌檢測為主要研究對象，從微波熱聲成像基本理論出發(fā)，重點介紹了定量微波熱聲成像重建算法；設計并搭建了微波熱聲層析成像和基于超短脈沖激勵的高分辨率熱聲成像兩套實驗系統(tǒng)，構建了可用于MRI、光聲和熱聲三模態(tài)成像的技術平臺；開展了乳腺癌臨床前(仿體、人體乳腺癌離體切片、乳腺癌動物模型)定量微波熱聲成像實驗研究，三模態(tài)腫瘤活體成像實驗研究，高分辨率熱聲成像以及手指關節(jié)、腦血管病

4、和腦腫瘤疾病的熱聲成像可行性實驗研究。主要內容為：
　　1.設計并搭建了微波熱聲層析成像和基于超短脈沖的高分辨率熱聲成像兩套系統(tǒng)；提出并構建了融合MRI，光聲和熱聲成像的三模態(tài)腫瘤成像檢測平臺；
　　2.提出了一種能模擬真實乳腺癌和腦組織介電特性分布的仿體制作方法，并利用理論擬合和實驗測試對該方法模擬組織介電特性分布的準確性進行了驗證；同時，利用仿體，人體乳腺癌離體切片和乳腺癌動物模型活體實驗，首次對微波熱聲成像技術定量檢測

5、乳腺癌的可行性進行了驗證；
　　3.設計并制作了可與MRI進行融合的多模態(tài)成像老鼠支架系統(tǒng)，成功實現(xiàn)了對腫瘤動物模型的三模態(tài)成像和圖像融合，實驗結果表明：同時將腫瘤MRI揭示的局部形態(tài)學信息與腫瘤對光和微波吸收的功能性信息整合到一張圖像上，更有利于對腫瘤的精確診斷；
　　4.設計并搭建了基于傳動軸帶動超聲探測器旋轉的超短脈沖高分辨率熱聲成像數(shù)據(jù)采集模塊，以及避免超短脈沖功率源干擾數(shù)據(jù)采集和控制模塊電子學設備的電磁屏蔽系統(tǒng)。通

6、過高頻熱聲信號產(chǎn)生和成像實驗對搭建的超短脈沖高分辨率熱聲成像系統(tǒng)性能進行了初步探索和驗證；
　　5.構建了用于手指關節(jié)成像的熱聲成像系統(tǒng)，通過將志愿者手指熱聲成像與MRI成像結果對比，驗證了手指關節(jié)熱聲成像的可行性，開辟了熱聲手指成像研究新領域；同時，首次利用真實人頭蓋骨，對熱聲成像技術用于腦血管和腫瘤疾病成像檢測的應用潛力進行了評估，通過腦出血，腦腫瘤仿體模型，以及分辨率實驗驗證了開展高分辨率熱聲腦成像研究的可行性，為開展多種腦

7、疾病的診療和防治研究提供了一種新的技術手段。
　　通過本文開展的實驗和理論研究，充分驗證了乳腺癌定量微波熱聲成像的臨床可行性，為其臨床實驗開展及推廣奠定了堅實的基礎。針對早期乳腺癌檢測對成像技術的高需求，本文提出融合MRI，光聲和熱聲的三模態(tài)成像技術來提高乳腺癌熱聲成像檢測靈敏度和特異性；同時提出基于超短脈沖激勵的高分辨率熱聲成像技術來提升乳腺癌熱聲成像分辨率和能量轉換效率，更具臨床實用價值。鑒于微波熱聲成像技術的優(yōu)勢，本文對其在