双频微波热声成像方法及应用研究

作     者：刘悦 迟子惠 王阳 方秋潮 杜爽 吴丹 蒋华北 LIU Yue;CHI ZiHui;WANG Yang;FANG QiuChao;DU Shuang;WU Dan;JIANG HuaBei

作者机构：重庆邮电大学光电工程学院重庆400065 Department of Medical EngineeringUniversity of South FloridaTampa 33620USA 

出 版 物：《中国科学：技术科学》 (Scientia Sinica(Technologica))

年 卷 期：2024年第54卷第2期

页      面：333-350页

核心收录：

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 

基　　金：国家自然科学基金项目(批准号:62001075) 重庆市博士后研究项目特别资助项目(编号:2021XM2026) 重庆市教育委员会科学技术研究项目(编号:KJQN202000610)资助 

主　　题：传统微波热声成像技术 双频微波热声成像方法 微波能量吸收系数 骨骼负造影 

摘      要：为解决传统微波热声成像技术对含有骨骼的复杂生物组织难以完整清晰重建的问题,本文提出新型双频微波热声成像技术.即利用两个不同中心频率短脉宽微波激励组织得到两组单频微波热声数据,两组数据利用区域像素均值与区域吸收系数补偿进行能量校准后,以骨骼在不同频率下微波能量吸收系数的比值进行加权相减,最后得到减小骨骼副作用的双频微波热声图像.本文首先对双频微波热声成像方法的原理进行了研究,然后介绍了搭建的双频微波热声成像系统,最后进行了兔膝关节与鸡跖骨成像实验,并对成像结果进行了定性观察与半定量量化分析.实验结果表明,与单频微波热声成像相比,双频微波热声成像中的组织估算尺寸和微波热声信号趋势与相应的组织实际尺寸和理论分析更加符合.双频微波热声成像技术能够减小骨骼的“负造影作用带来的影响,从而使受此作用影响的半月板、交叉韧带和骨髓腔清晰完整重建.综上,此方法能够提高微波热声成像技术对含骨复杂生物组织的成像能力,从而推动相关应用研究的进展,并为需要缓解骨骼副作用的其他影像学方法提供参考.