本文提出一种热声、光声双模态乳腺肿瘤检测成像系统。本装置中, 脉冲微波和脉冲激光分别为热声、光声激发源, 产生的热声、光声信号被同一个超声探测器、同一套数据采集装置接收, 用同一种成像算法重建出图像。该系统可同时获取多种互补的诊断参数, 提高检测早期乳腺肿瘤的准确率。

本文建立了一套微波热声实时成像系统, 该系统由脉冲微波发生器, 多元环形探测器, 多通道数据采集装置和数据重建装置共同组成。在实验中, 利用填充盐水的两个塑料管验证其实时成像的性能, 结果表明, 该系统能够实现每秒16.7帧的成像速度。随后, 对活体小鼠的正常区域和肿瘤区域分别进行热声成像, 得到肿瘤和正常区域的对比度为1.7∶1, 证明了该系统在肿瘤检测中有较高的对比度。最后, 利用该系统监控细管趋近离体肿瘤的过程。因此该系统有望应用于实时监测。综上所述, 该热声成像系统具有无损, 成像速度快和大视场的良好性能, 有望在生物医学中得到广泛的应用, 尤其在肿瘤筛查和实时监控方面发挥作用。

本文报道了一种一体化光声乳腺成像系统, 利用光纤束与柔性探测器相匹配形成一体化光声激发-耦合-探测, 因此与传统的光声成像系统相比, 该系统具有形态适应性的优势, 并可以实现大视场的光声成像。本文通过样品实验和离体乳腺肿瘤成像实验, 探究该系统的成像能力, 证明该系统具有大规模临床乳腺肿瘤筛查的潜力。

本文以微波热声效应为基础, 报道了一种重建生物组织电导率相对分布图像的方法。和传统的微波热声像相比, 重建得到的组织电导率图像消除了由于微波场能量密度分布不均匀带来的影响, 能够准确的反映组织的介电特性差异, 实现对肿瘤的早期发现。本文首先从理论上详细推导了获得生物组织电导率分布图像的原理, 然后在实验中通过结合已有的脉冲微波成像系统, 重建得到了一块肌肉组织的电导率分布图像。实验结果表明利用热声成像技术, 组织的电导率分布图像能够被清晰的重建, 本研究为推进热声成像技术的实用性打下了理论和实验基础。

微波热声成像综合了微波成像和超声成像的优点, 具有很好的穿透深度及较高的图像分辨率。热声成像的激发源通常为基于脉冲调制的亚微秒级脉冲微波, 激发能量密度约为几mJ/cm2, 激发出的热声信号主频通常为2 MHz, 成像分辨率约为500 μm。随着热声成像向着临床应用方向发展, 能否有效的减小辐射剂量并提高成像分辨率, 是热声成像系统设计成败的一个关键因素。为了有效改善微波热声成像中热损伤及分辨率, 设计开发了超短脉冲微波热声成像系统, 实验结果表明该系统提高了热声转化效率约两个数量级, 成像分辨率达到105 μm, 为热声成像的临床应用铺平了道路。

本文提出了一种提高微波热声断层成像层析能力的方法和装置。基于热声成像原理和声聚焦理论, 搭建了由超短脉冲微波源、384阵元环形探测器、声聚焦透镜、384-64通道采集切换系统、精密扫描位移平台构成的微波热声三维成像系统, 并实现了模拟样品的断层成像。实验结果表明该系统能够实现亚毫米级分辨率的热声成像, 通过声聚焦方法成倍地提高了其层析分辨率。这对推动微波热声CT技术走向临床具有重要的意义。

本文讨论了正常乳房组织与肿瘤组织的微波吸收差异, 从理论上证明了利用微波热声成像技术检测乳腺肿瘤的可能性; 建立了一套三维热声扫描系统, 并利用此系统对模拟肿瘤和真实离体肿瘤进行成像实验。实验结果表明, 三维微波热声成像系统能对乳腺肿瘤高分辨率高对比度成像, 有希望应用于早期乳腺肿瘤检测。