[发明专利]基于微型贴片天线的三维热声成像方法与装置

权利要求书

1.一种基于微型贴片天线的三维热声成像方法，其特征在于：所述方法包含以下步骤：

第一步，脉冲微波源连接220V电压后可输出重复频率为10-100Hz的脉冲微波，脉冲峰值功率可达350KW；

第二步，定型器由聚苯乙烯板和步进电机组成，聚苯乙烯的超声衰减较小可以作为透声材料放置于定型器底部与人体皮肤接触；定型器尺寸长210mm宽170mm高130mm；将两片维瓦尔第天线放置于线性超声换能器长边两侧，将超声换能器和两片维瓦尔第天线一起放置于乳腺定型器中，通过定型器内部的步进电机带动超声换能器和维瓦尔第天线做直线运动；

第三步，脉冲微波经由方形波导传输后再经波导转同轴将波导传输微波转为同轴线传输微波，最后经维瓦尔第天线向空间辐射频率为6.7GHz的脉冲微波，其中维尔瓦第天线长42.2mm，宽1.6mm，高74mm；经由维尔瓦第天线辐射出的微波在辐射到样品上后，样品吸收电磁能量产生瞬间温升膨胀，样品的瞬间温升将热能转化为机械波向周围扩散；

第四步，热声信号经由1.5mm厚的定型器底板和变压器油后被64路超声换能器接收，再经64路数字转换电路将每次采集到的数据传给主控计算机，采集到的数据以矩阵的形式保存于计算机中；

第五步，乳腺定型器所使用的步进电机尺寸为长28mm，宽28mm，高31mm，定型器使用的步进电机和数据采集系统均由自主编写的Labview程序控制，Labview控制步进电机带动超声换能器和维瓦尔第天线移动一个确定的距离，待电机移动完成后会发出脉冲给采集系统告知采集系统开始接收热声信号，系统采集完成后再给步进电机脉冲，控制步进电机带动超声换能器和维瓦尔第天线继续移动下一个确定的距离，直至扫描完成整个乳腺；步进电机每次移动的最小距离设置为0.01mm，根据信号平均次数的不同、乳腺的大小以及电机每次移动的距离不同完成一次全乳腺扫描需要的时间从30s到10分钟之间；第七步，计算机对采集到的数据进行数据处理，将每次采集得到的数据导入MATLAB，通过滤波反投影算法对数据进行滤波反投影得到乳腺三维热声图像。

2.一种基于微型贴片天线的三维扫描装置，其特征在于：包括：机械手臂、主控计算机、脉冲微波源、波导转同轴、维瓦尔第天线、乳腺定型器、超声换能器、信号放大器、64路数字转换电路、数据采集装置，脉冲微波源的脉冲频率为6.7GHz；峰值功率为350KW，脉冲宽度为500ns，重复频率1-100Hz可调，乳腺定型器底板采用聚苯乙烯材料减小超声的反射，定型器内部装有小型步进电机带动维瓦尔第天线和超声换能器,

维瓦尔第天线采用辐射金属片异面的结构，由于空气击穿场强为3KV/mm，同面结构维瓦尔第天线的两个辐射贴片距离最小处仅有1.6mm，而实验室使用的脉冲微波峰值电压为25KV，很容易在空气中发生击穿现象，而异面结构通过FR4介质将两辐射贴片隔离起来，其中FR4基板材料的击穿场强为45KV/mm，而两片金属贴片的最近距离为1.6mm；同时，为配合使用该天线高功率特性而选择使用定制的N型接头用于连接同轴电缆线和维瓦尔第天线。

3.根据权利要求2所述的一种基于微型贴片天线的三维扫描装置，其特征在于：超声换能器使用64路的线性聚焦阵列超声换能器，超声换能器带宽80.4％，中心频率为2MHz，阵元间距1mm，有效孔径64mm。

4.根据权利要求2所述的一种基于微型贴片天线的三维扫描装置，其特征在于：数据采集系统由高速数据采集卡和控制计算机组成，所述高速数据采集卡采样频率为25MHz-50MHz可调，所述采集系统由自主编写的Labview控制。

5.根据权利要求2所述的一种基于微型贴片天线的三维扫描装置，其特征在于：所使用的步进电机尺寸长28mm，宽28mm，高28mm，步距角为1.8°，螺距为2mm；步长0.01mm，最高获得间隔0.01mm的二维图像，最终通过Volview软件将二维图拼接成三维热声图像。