三维微波热声成像系统及早期乳腺肿瘤检测研究

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。     

声聚焦层析增强的三维微波热声成像

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.     

微波热声成像技术用于人体甲状腺检测

本文首次通过人体实验验证了微波热声成像技术用于人体甲状腺检测的可行性.文章首先讨论了该技术用于人体甲状腺检测的可行性;然后对3名志愿者的健康甲状腺进行了微波热声成像实验.结果表明:微波热声成像能够对人体健康甲状腺进行清晰成像,能够真实反映皮肤、甲状腺和气管等不同组织的结构特征;并且一次完整的检测过程时间约5 s,系统操作简单成像快速.综上所述,微波热声成像技术有望为甲状腺疾病的基础研究和临床诊断提供一种新的影像学参考.     

超短脉冲微波高效激发的高分辨率热声成像

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500μm。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105μm,为热声成像的临床应用铺平了道路。     

热声、光声双模态早期乳腺肿瘤成像系统

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。     

快速微波热声层析成像在生物医学中的潜在应用

介绍了一种快速热声层析成像方法和装置,成功实现了生物组织的二维热声层析成像及异物检测.实验中采用频率为1.2 GHz的脉冲微波作为激发源,中心频率为3.5 MHz的320振元线性阵列探测器接收热声信号,然后用有限场滤波反投影方法重建得到热声层析图像.与原有方法相比,勿需全方位扫描采集数据,能大量节省时间,重建图像的对比度和抗噪声能力有极大提高.该方法和系统有望应用于乳腺癌早期检测、体内异物检测、微波热疗效果监测等方面.     

一体化光声乳腺成像系统

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。     

全光学光声/OCT双模态成像系统及其应用

本文提出了一种新型的全光学光声/OCT双模态成像系统。该系统利用同一个低相干迈克尔逊干涉仪即可实现非接触式光声成像和OCT于一体,系统装置结构简单,可同时获取生物组织的吸收与散射结构信息。通过模拟实验证明了该双模态成像系统的可行性及成像能力,并对活体小鼠耳朵同时进行光声/OCT成像测试,实验结果表明非接触式光声/OCT双模态成像系统可以实现生物组织内的微血管及散射结构的高分辨率成像。进一步地,我们将光声/OCT双模态成像系统应用于基底细胞癌的检测中,获得了初步的研究结果,表明了该系统在皮肤肿瘤诊断中的具有潜在的应用价值。     

声电成像在生物电流检测中的应用

心电、头皮脑电、表面肌电等传统无创生物电检测方法可为相关疾病诊断提供电学依据。由于生物电信号是机体细胞群共同放电的混叠集合结果,上述生物电检测方法空间分辨率相对有限。近些年兴起的声电成像利用无创聚焦超声空间编码生物电流,靶向获得精确聚焦位置的电信号,可实现毫米级空间分辨率、毫秒级时间分辨率的无创生物电信号检测,有望成为精准检测生命体深层电活动的新型成像技术。本文首先简述声电成像原理与声电信号特征,进而从声电耦合机理、声电成像方法、声电脑成像及声电心脏成像等方面详细介绍声电成像的典型研究,最后围绕声电成像关键技术环节所面临的挑战,对未来研究方向进行探讨,以期为建立完善的声电成像技术体系和实现其临床转化提供依据与启发。     

光声成像及其在生物医学中的应用

光声成像是一种新近迅速发展起来、基于生物组织内部光学吸收差异、以超声作媒介的无损生物光子成像方法,它结合了纯光学成像的高对比度特性和纯超声成像的高穿透深度特性的优点,以超声探测器探测光声波代替光学成像中的光子检测,从原理上避开了光学散射的影响,可以提供高对比度和高分辨率的组织影像,为研究生物组织的结构形态、生理特征、代谢功能、病理特征等提供了重要手段,在生物医学临床诊断以及在体组织结构和功能成像领域具有广泛的应用前景.对光声成像技术的机理、光声成像技术和方法、光声图像重建算法以及光声成像在生物医学上的应用情况作一个简单介绍,希望有助于推动我国在该领域的科研和开发应用工作的迅速发展.     

基于微波热声层析成像定量重建生物组织电导率的改进方法

目的 生物电磁学参数中的电导率与组织的功能性信息直接相关,精准重建生物组织电导率在医学成像技术和医学诊断领域中有着重要意义。本文改进定量微波热声层析成像（microwave-induced thermoacoustic tomography,MTAT）算法,使组织电导率的重建精度提高。方法 本文在利用有限元离散法求解热声波动方程和亥姆霍兹方程的基础之上,提出了一种基于正则化牛顿迭代法（regularized Newton iteration method,RNIM）定量重建组织电导率的改进方法。结果 通过数值模拟实验和含不同浓度NaCl溶液的仿体实验,验证了算法改进的有效性。组织仿体实验结果表明,目标在不同位置、不同大小、不同对比度情况下,相比于定量微波热声层析成像采用拟合（fitting）的方法,采用正则化牛顿法定量重建的仿体电导率相对误差明显降低,重建目标精度提高。在仿体实验中采用RNIM方法重建相同浓度的单目标在不同位置的电导率变化幅度更小,以及重建多目标电导率的相对比值与实际更接近,实验结果验证了改进方法的稳定性。结论 研究结果表明优化算法能更加准确地定量重建组织仿体的电导率,...     

热声成像技术及其在生物医学中的研究进展

摘要：成像技术在疾病的诊断、治疗和监测中起着重要的作用。热声成像作为一种非电离和非侵入性的新型生物医学成像技术,结合了微波成像高对比度和超声成像高分辨率的优点。因其具有利用内源性对比剂（如水和离子）或多种外源性对比剂（或两者兼有）提供结构、功能、和分子信息的能力,在预临床和临床应用中显示出了巨大的潜力。近几十年来,由于微波辐射源和超声硬件的不断发展,热声成像技术已被广泛用于生物医学成像领域。本文阐述了热声成像的基本原理及成像特点,介绍了近年来热声成像技术在生物医学上的应用、当前在解决相应临床问题应用中的优势及研究现状,最后针对热声成像技术在现有生物医学中面临的挑战对该技术进行了展望。     

基于阵列式换能器的光声成像系统的实现

目的:本文设计了一套光声成像(photoacoustic imaging,PAI)系统,由脉冲激光、阵列换能器、临床超声(ultrasound,US)主机、软件平台以及成像样品组成。系统的图像质量、最大成像深度等重要参数需通过实验进行确定。方法:使用本系统对黑色头发丝横截面进行成像,比较、分析光声(photoacoustic,PA)信号幅值的半极大处全宽度以量化图像分辨率。此外,使用系统对特定的光吸收体和鸡胸肉组织进行成像,确定系统的成像深度。结果:实验结果证明了PAI系统的实现,其PA图像的平均轴向和横向分辨率分别约为0.18 mm和1.44mm,系统的最大成像深度达到4.6 cm。结论:本PAI系统PA图像分辨率优于US主机获得的US图像分辨率,系统最大成像深度与其他国际研究组的系统成像深度的数量级一致。通过进一步优化与活体组织实验的开展,本PAI系统将有望实现临床成像诊断。     

基于样品及点源光声信号逆卷积的光声成像方法

光声成像是一种新的生物组织成像方法,在目前的光声成像中,都是通过样品光声信号和超声探测器的脉冲响应来计算样品光吸收的投影,但是由于无法获得超声探测器较准确的脉冲响应,影响重建图像质量。提出一种新的计算样品光吸收投影的方法,从理论上给出了样品光吸收投影和样品及点源光声信号的关系,由样品及点源光声信号的逆卷积可直接计算样品光吸收的投影,点源光声信号通过聚焦入射激光直接测得。试验结果显示,重建图像和样品的相对位置、形状及尺寸完全吻合,成像系统空间分辨率达到0．3mm,证明这是一种有效的光声成像方法。     

光声成像在光动力疗法研究中的应用

组织氧合作用和光敏剂应用在疾病诊治中都有着重要的作用,因此其实时在体无损检测很有意义。光动力疗法涉及光敏剂、光和氧分子三大要素,其疗效受组织氧合作用影响。本文对光声成像(PAI)、光声寿命成像(PALI)和多光谱光声层析成像(MSOT)等光声成像技术在光动力疗法的研究和应用中的使用现状进行了综述。对相关设备系统在检测光敏剂、组织氧分压和微血管损伤等方面的应用原理和技术分别进行了介绍,并总结了这些技术的应用前景。     

光声成像造影剂的研究进展

光声成像(PAT)是利用光声效应获得生物组织或材料的断层图像或三维立体图像的一种成像方法,它兼具光学和声学成像的优点,从而成为目前比较有应用前景的一种成像模式。光声成像造影剂是光声成像的对比增强剂,它通过改变局部组织的声学和光学特性,提高成像对比度和分辨率,从而显著增强光声成像的成像效果,成为当前生物医学领域研究的一个热点。目前常见的光声成像造影剂主要有金纳米材料,碳纳米材料,染料相关纳米材料以及其他纳米材料,这些材料有它们独特的优势,它们尺寸小,稳定性好,具有良好的生物相容性,但在临床应用时本身又存在一些问题。本文综述了光声成像造影剂的种类并简要概述了其研究进展,并对其未来在生物医学领域的应用前景做了进一步展望。     

图形处理器在实时光学相干断层成像中的应用

光学相干断层成像(optical coherence tomography,OCT)技术在成像过程中具有极大的数据量和计算量,传统的基于中央处理器(central processing unit,CPU)的计算平台难以满足OCT实时成像的需求。图形处理器(graphics processing unit,GPU)在通用计算方面具有强大的并行处理能力和数值计算能力,可以突破OCT实时成像的瓶颈。本文对GPU做了简要介绍并阐述了GPU在OCT实时成像及功能成像中的应用及研究进展。     

基于直线电机的大视场快速光声显微成像系统

光声成像技术是近年来发展的一种新型的无损医学成像技术,它是以脉冲激光作为激发源,以检测的声信号为信息载体,通过相应的图像重建算法重建组织内部结构和功能信息的成像方法。该方法结合了光学成像和声学成像的特点,可提供深层组织高分辨率和高对比度的组织层析图像,在生物医学临床诊断以及在体成像领域具有广泛的应用前景。目前光声成像的扫描方式主要有基于步进电机扫描方式和基于振镜的扫描方式,本文针对目前步进电机扫描速度慢(10 mm×10 mm;0.001帧/s),振镜扫描范围小(1 mm2)的不足,发展了基于直线电机扫描的大视场快速光声显微成像系统。同一条扫描线过程中直线电机速度最高可达200 mm/s。该技术采用逐线采集光声信号的方式,比逐点采集光声信号的步进电机快800倍。该系统对10 mm×10 mm全场扫描的扫描速度为0.8帧/s。最大可扫描视场范围可以达到50 mm×50 mm。大视场快速光声显微成像系统的发展将为生物医学提供新的成像工具。     

实时组织弹性成像在评价肝脏肿瘤中的初步应用

目的:探讨实时组织弹性成像对肝肿瘤诊断及鉴别诊断中的价值.方法:用弹性成像技术对51例共67个肝实性占位性病变进行良恶性的鉴别诊断,并与病理结果进行对照.结果:(1)弹性成像诊断恶性肿瘤的敏感度为80%,特异度为95.5%,阳性预测值为97.3%.阴性预测值为70%;(2)弹性成像诊断≤ 2cm的恶性肿瘤的准确性较高.结论:实时组织弹性成像有助于肝良恶性肿瘤的鉴别,并对≤ 2cm的病灶诊断准确率较高.     

│ω│滤波器对光声成像的影响

光声成像结合了组织纯光学成像和组织纯声学成像的优点,是一种很有潜力的无损伤的医学成像技术。本文研究了四种不同的ω滤波器,即RL滤波器,SL滤波器,改进的SL滤波器和Kwoh-R eed滤波器,利用滤波反投影算法分析了它们对光声图像重建质量的影响,由仿真和实验结果表明,Kwoh-R eed滤波器对强噪音有着很好的抑制作用,能明显的提高图像的对比度。实验所用的光源为YAG激光器,波长为532 nm,重复频率为30 H z,脉宽为7 ns,探测器为针状的PVDF膜水听器,接收面积的直径为1 mm。