用于乳腺癌檢測(cè)的微波熱聲成像技術(shù)研究.pdf

1、微波熱聲成像技術(shù)能對(duì)生物組織介電特性分布進(jìn)行高分辨率，高對(duì)比度成像，是一種具有廣泛應(yīng)用潛力和良好發(fā)展前景的新型無損醫(yī)學(xué)影像方法。該技術(shù)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(yīng)受輻照部位對(duì)微波的吸收特性；因此，該技術(shù)不僅具有微波成像的高對(duì)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(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)高分辨率

2、、高對(duì)比度、非侵入式的無損醫(yī)學(xué)檢測(cè)。一方面乳腺癌腫瘤惡性增殖，導(dǎo)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(jìn)而使得兩者微波吸收差異較大(可以高達(dá)10:1)，利于高對(duì)比度熱聲成像；另一方面，微波波長(zhǎng)較長(zhǎng)可輕易穿透整個(gè)乳房，具有較大熱聲成像深度；所以微波熱聲成像技術(shù)適合開展乳腺癌檢測(cè)應(yīng)用研究。同時(shí)，基于微波成像技術(shù)在手指關(guān)節(jié)以及多種腦血管和腫瘤疾病檢測(cè)方面的研究進(jìn)展，表明該類疾病也具有高微波熱聲響應(yīng)特性，適宜開展微波熱聲成像檢測(cè)技

3、術(shù)的應(yīng)用研究。
　　基于以上分析，本論文以微波熱聲成像技術(shù)的乳腺癌檢測(cè)為主要研究對(duì)象，從微波熱聲成像基本理論出發(fā)，重點(diǎn)介紹了定量微波熱聲成像重建算法；設(shè)計(jì)并搭建了微波熱聲層析成像和基于超短脈沖激勵(lì)的高分辨率熱聲成像兩套實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，構(gòu)建了可用于MRI、光聲和熱聲三模態(tài)成像的技術(shù)平臺(tái)；開展了乳腺癌臨床前(仿體、人體乳腺癌離體切片、乳腺癌動(dòng)物模型)定量微波熱聲成像實(shí)驗(yàn)研究，三模態(tài)腫瘤活體成像實(shí)驗(yàn)研究，高分辨率熱聲成像以及手指關(guān)節(jié)、腦血管病

4、和腦腫瘤疾病的熱聲成像可行性實(shí)驗(yàn)研究。主要內(nèi)容為：
　　1.設(shè)計(jì)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(gòu)建了融合MRI，光聲和熱聲成像的三模態(tài)腫瘤成像檢測(cè)平臺(tái)；
　　2.提出了一種能模擬真實(shí)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(shí)驗(yàn)測(cè)試對(duì)該方法模擬組織介電特性分布的準(zhǔn)確性進(jìn)行了驗(yàn)證；同時(shí)，利用仿體，人體乳腺癌離體切片和乳腺癌動(dòng)物模型活體實(shí)驗(yàn)，首次對(duì)微波熱聲成像技術(shù)定量檢測(cè)

5、乳腺癌的可行性進(jìn)行了驗(yàn)證；
　　3.設(shè)計(jì)并制作了可與MRI進(jìn)行融合的多模態(tài)成像老鼠支架系統(tǒng)，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)腫瘤動(dòng)物模型的三模態(tài)成像和圖像融合，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：同時(shí)將腫瘤MRI揭示的局部形態(tài)學(xué)信息與腫瘤對(duì)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(duì)腫瘤的精確診斷；
　　4.設(shè)計(jì)并搭建了基于傳動(dòng)軸帶動(dòng)超聲探測(cè)器旋轉(zhuǎn)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(xué)設(shè)備的電磁屏蔽系統(tǒng)。通

6、過高頻熱聲信號(hào)產(chǎn)生和成像實(shí)驗(yàn)對(duì)搭建的超短脈沖高分辨率熱聲成像系統(tǒng)性能進(jìn)行了初步探索和驗(yàn)證；
　　5.構(gòu)建了用于手指關(guān)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(jié)果對(duì)比，驗(yàn)證了手指關(guān)節(jié)熱聲成像的可行性，開辟了熱聲手指成像研究新領(lǐng)域；同時(shí)，首次利用真實(shí)人頭蓋骨，對(duì)熱聲成像技術(shù)用于腦血管和腫瘤疾病成像檢測(cè)的應(yīng)用潛力進(jìn)行了評(píng)估，通過腦出血，腦腫瘤仿體模型，以及分辨率實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(shù)手段。
　　通過本文開展的實(shí)驗(yàn)和理論研究，充分驗(yàn)證了乳腺癌定量微波熱聲成像的臨床可行性，為其臨床實(shí)驗(yàn)開展及推廣奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。針對(duì)早期乳腺癌檢測(cè)對(duì)成像技術(shù)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(shù)來提高乳腺癌熱聲成像檢測(cè)靈敏度和特異性；同時(shí)提出基于超短脈沖激勵(lì)的高分辨率熱聲成像技術(shù)來提升乳腺癌熱聲成像分辨率和能量轉(zhuǎn)換效率，更具臨床實(shí)用價(jià)值。鑒于微波熱聲成像技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，本文對(duì)其在