[发明专利]超短脉冲微波热声乳腺成像检测装置

说明书

技术领域

本发明属于热声成像技术领域，特别涉及一种超短脉冲微波热声乳腺成像检测装置。

背景技术

微波热声成像是一种新型的无损检测技术，因其具有高对比度及高分辨率，安全无损，成像深度高等优点而受到越来越多地关注。用脉冲微波辐照某种物质时，该物质吸收微波能量可引起瞬间温升，如果微波的脉宽比较窄，吸收的能量不能在微波脉冲持续时间内发生热扩散，此时可看作绝热膨胀，热能转化为机械能以超声波形式辐射出去，即为热声效应。

热声信号主要来源于组织内部对微波的吸收差异。一般而言，含水量多的组织或器官对微波的吸收较强，而含水量较少的组织或器官有较小的微波吸收。因此微波热声成像系统能对不同的组织器官的边界或者器官内部各成分差异进行成像；另一方面，由于各种病变或人为过程造成组织器官水，盐分等条件改变，影响微波吸收，此时可以通过热声成像系统对其进行检测。正常乳腺组织的主要成分是脂肪，而脂肪吸收的微波吸收系数较小，恶性肿瘤组织的不断生长，必然伴随有更多水分子、离子、微血管增生，这些物质改变了肿瘤内部的电解质平衡，造成了微波的强烈吸收。因此肿瘤组织与以脂肪组织为主的正常乳腺组织之间的介电常数与电导率属性差异较大，都在10倍左右，由电动力学微波吸收公式计算得知，肿瘤组织的微波吸收比正常乳腺组织大6倍左右，这就为乳腺癌成像提供了高对比原理上的基础和依据。微波热声成像系统可以对人体乳腺内部微波吸收差异对比信息，准确而直观的反映人体内部情况，为科学研究提供丰富的材料和信息。

脉冲微波激发的热声成像系统，激发源通常为峰值功率几百KW，脉冲宽度500ns～1μs，频率为1GHz左右的脉冲微波，微波脉冲能量密度约为几个mJ/cm²，成像分辨率约为500μm。热声成像从出现以来，相关的基础研究大都集中在模拟组织及算法研究方面，尽管热声成像具有较高的穿透深度及较好的成像分辨率，然而，其临床应用一直停滞不前。究其原因，我们认为主要来自成像过程中存在潜在微波热损伤，在实时成像的条件下，传统脉冲微波热声成像的辐射剂量远远超过美国国家标准学会（ANSI）的辐射剂量安全标准20mW/cm²，这对热声成像临床应用提出了较大的挑战。寻找提高热声激发效率的途径，减小辐射剂量也成为热声成像的主要研究方向。根据微波激发脉冲宽度与热声效应的关系，微波脉宽越窄，热声效应激发效率越高，所需激发能量密度越小，潜在热损伤越小。此外，时域热声信号是激发源脉冲波形与样品冲击响应的卷积，激发脉冲持续时间越短，相应的热声成像分辨率越高。因此本发明使用超短脉冲微波发生器做激发源。

超声探测器的作用为接收超声波并转换成电信号传导到数据采集-图像重建装置。超声探测器主要分以单元探测器和多元探测器两大类。单元探测器需要利用机械的转动一周采集信号才能重建一帧完整的图像，因此需要花费较多的时间，如果应用于检测乳腺时，被检查乳腺相对探测器移动，会造成图像模糊，影响分辨率，因此寻找能快速检测的超声探测器是当务之急。多元探测器由于多个阵元同时接收声信号，可以在较短的时间内完成数据采集，有效避免了由于采集时间过长带来的各种误差。由于超声波在空气中衰减极大，因此在发声物体到探测器之间要涂超声耦合液，超声耦合液一般是去离子水或者矿物质油。为了避免微波泄露周围仪器造成损害，整个热声发生过程都应在全封闭的微波防漏设备里进行。

超短脉冲微波激发的效率较高，检测时所需的能量密度较小，功率密度与重复频率和能量密度成正比，在实时成像中脉冲重复频率较大，此时能量密度小可以使整体功率密度较小，所以此方法安全无损。实现实时成像需要较快的采集速度，利用环状阵列超声探测器和多元采集系统可以实现较快的采集。采集速度快可以使被检测者暴露在微波下的时间减少，也可以使图像的时间分辨率提高。由此可见，设计制造一种新型的，安全的，高效的，超短脉冲微波热声乳腺检测装置是必要的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种超短脉冲微波热声乳腺成像检测装置。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种超短脉冲微波热声乳腺成像检测装置，包括微波发生系统、数据采集系统、耦合系统、图像重建系统和微波防漏系统；微波发生系统、耦合系统、数据采集系统、图像重建系统依次连接；微波发生系统和耦合系统设置于微波防漏系统内；