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。     

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。     

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.     

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。     

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。     

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。     

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.     

光学相干层析分子成像方法初探

介绍了分子对比剂在光学相干层析成像(optical coherence tom ography,OCT)技术中的研究现状,概述了迄今出现的几种不同的光学相干层析分子成像方法(m olecu lar contrast OCT,简称为MCOCT),讨论了MCOCT的几个重要的实际问题:对比剂的选择范围、激发光强的限制、各种方法灵敏度比较以及MCOCT应用于临床与生物学领域需要考虑的因素。     

针孔参数优化对激光扫描共聚焦显微镜荧光成像的影响

激光扫描共聚焦显微镜（LSCM）是一种高分辨率的光学成像仪器,它利用“共轭成像”原理,获得的图片质量远超于普通荧光显微镜。LSCM有两组功能不同的针孔,即照明针孔和探测针孔,这是实现“共轭成像”的关键。由于照明针孔的大小和位置一般是固定的,LSCM主要通过调节探测针孔的大小来获得高质量的成像图片。然而,很多使用者对于LSCM中针孔大小与荧光成像质量的关联缺乏了解。因此,本文阐述了针孔在LSCM中的作用原理及其与显微镜分辨率的关系,并通过小鼠脊髓腹侧白质中的免疫荧光成像分析,发现针孔参数优化对提高LSCM荧光成像质量具有显著影响。这一发现将为LSCM成像分析提供重要参考。     

用于光声内窥的中空声透镜聚焦PVDF换能器的研究

针对目前光声内窥成像中常用的基于压电陶瓷的中空聚焦超声换能器制作工艺复杂、定制费用高的问题,本文利用PVDF压电薄膜声阻抗低、频响宽、易于加工等优点,以及环氧树脂介于PVDF和生物组织的声阻抗特性,制作了一款基于110μm PVDF压电薄膜的中空声透镜聚焦超声换能器。声场测试实验表明,该换能器纵向分辨率为0.22 mm,焦点处横向分辨率约为0.65 mm,和理论设计值相符。随后又利用多模光纤和宽带介质膜反射镜,通过仿体实验对其内窥成像效果进行了初步验证。相比于基于压电陶瓷的聚焦超声换能器,本方案极大的降低了内窥光声成像中所需的中空聚焦超声换能器的设计和制作成本,方便了实验室条件下内窥光声系统的开发。     

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,...     

高强度聚焦超声可治疗区域的仿真研究

数值仿真不同治疗参数条件下高强度聚焦超声(high intensity focused ultrasound,HIFU)可治疗区域的变化,对HIFU治疗剂量的确定具有重要的指导意义。本文采用Westervelt方程的近似式,结合Pennes生物热传导方程,以离体猪肝组织为例,在考虑组织声学特性对HIFU焦域温度场影响的条件下,通过时域有限差分法(finite difference time domain,FDTD)对HIFU焦域温度场进行仿真研究。研究结果表明,照射时间越长,组织声学特性的影响就越明显;焦点处的最高温升相同时,可治疗区域的大小差异较小;声强越大,形成可治疗区域所需的时间也越短;当声强一定时,随着照射时间的增加,可治疗区域的长、短轴长度均呈非线性增加;在相同可治疗区域的长轴或短轴长度一定时,输入声强和照射时间呈负相关。     

光学相干层析成像技术在内窥镜中的应用

光学相干层析成像(optical coherence tomography,OCT)技术是继X射线成像、核磁共振成像、超声成像等之后的一种新型的成像技术,其可光纤化的特点使得它易于医用电子内窥镜相结合。OCT内窥镜技术可实现对人体内部器官的高速率、高分辨率、无损伤、实时成像。主要介绍了OCT技术的种类、基本原理以及包括探测深度和纵向分辨率等的参数;简述了OCT内窥镜的发展历史以及最新成果,重点分析了光源对OCT内窥镜的影响。总结了OCT内窥镜的主要应用。     

Human Brown Adipose Tissue Depots Automatically Segmented by Positron Emission Tomography/Computed Tomography and Registered Magnetic Resonance Images

Reliably differentiating brown adipose tissue (BAT) from other tissues using a non-invasive imaging method is an important step toward studying BAT in humans. Detecting BAT is typically confirmed by the uptake of the injected radioactive tracer ¹⁸F-Fluorodeoxyglucose (¹⁸F-FDG) into adipose tissue depots, as measured by positron emission tomography/computed tomography (PET-CT) scans after exposing the subject to cold stimulus. Fat-water separated magnetic resonance imaging (MRI) has the ability to distinguish BAT without the use of a radioactive tracer. To date, MRI of BAT in adult humans has not been co-registered with cold-activated PET-CT. Therefore, this protocol uses ¹⁸F-FDG PET-CT scans to automatically generate a BAT mask, which is then applied to co-registered MRI scans of the same subject. This approach enables measurement of quantitative MRI properties of BAT without manual segmentation. BAT masks are created from two PET-CT scans: after exposure for 2 hr to either thermoneutral (TN) (24 °C) or cold-activated (CA) (17 °C) conditions. The TN and CA PET-CT scans are registered, and the PET standardized uptake and CT Hounsfield values are used to create a mask containing only BAT. CA and TN MRI scans are also acquired on the same subject and registered to the PET-CT scans in order to establish quantitative MRI properties within the automatically defined BAT mask. An advantage of this approach is that the segmentation is completely automated and is based on widely accepted methods for identification of activated BAT (PET-CT). The quantitative MRI properties of BAT established using this protocol can serve as the basis for an MRI-only BAT examination that avoids the radiation associated with PET-CT.     

基于主成分分析的双对比光学投影断层成像

目的 本文提出了一种基于主成分分析（PCA）的双对比光学投影断层成像（DC-OPT）方法,以获得活体中血流网络和骨骼的三维可视化。方法 使用主成分分析方法来提取吸收图像和血流图像,原始图像序列的第一主成分用于获取吸收图像;通过计算每个像素的调制深度来获得流动图像。不同投影位置的流动和吸收对比图像被用于三维血流网络和骨骼的同步重建。结果 采用PCA和OPT相结合的方法,通过将动态血流信号和静态背景信号分离,实现了对微生物样本的血流网络和骨骼的三维成像。结论 本文研究的新颖之处在于通过同一光学系统获得了快速、同步、双对比的血流网络和骨骼三维图像。实验结果可用于活体生物的生理发育研究。