一种新型医用成像技术--微波激励热声CT

介绍了一种基于崭新学术思想的医用成像技术--微波激励热声CT,这一技术架起了超声CT和微波CT功能和技术上优热互补的桥梁.在介绍它的成像原理的基础上,进而介绍了刚刚起步进行研究的两个实验装置和相应的成像实验,以及热声信号的获取和计算.     

微波激励热声成像中微波源参数选择的理论分析

分析了微波激励热声成像中激励源参数对成像质量和对比度的影响,探讨使用理论和计算方法来选择微波激励源参数.首先从理论上分析微波激励源参数对成像质量的影响和微波源参数的选择标准,然后从微波热声成像的自身特点、微波对于人体的安全标准以及工程应用的可行性的角度出发,对一些关键参数进行理论计算得出参数选择的参考范围,同时指出进行参数选择时的关键影响因素.     

微波激励热声信号采集系统

为了能够成功采集和提取微波脉冲照射生物组织所产生的微弱热声信号,实现对组织的微波热声成像,开发出了一种热声信号数据采集系统.制作了增益105dB、带宽3MHz的可调增益信号预处理器,结合软件设计解决了四通道大数据量保存问题;通过对LabVIEW和C语言进行混合编程实现数字式平均计算,对强噪声背景中的信号进行消噪处理,解决了平均计算过程中的数据漂移问题,这种方法还能够去除奇异信号从而获得更为准确的结果;最后通过实验对微波激励的信号进行采集和分析.实验结果证明本采集系统完全可以满足微波热声成像中热声信号采集的要求.达到预期效果.     

Chirp编码激励磁声成像信号处理方法研究

目的磁声信号信噪比低限制了磁声成像的图像质量,本研究提出Chirp脉冲编码激励的磁声成像信号处理方法,以提高磁声信号信噪比,缩短信号处理时间。方法本研究通过仿真计算和磁声信号的实验测量,对不同脉冲宽度的Chirp信号编码激励的磁声信号进行了研究。结果对于体外实验猪肉与金属丝模型,编码激励明显提高磁声信号信噪比,10μs、50μs、100μs的Chirp激励,磁声信号信噪比相比于单脉冲激励分别提高7. 65倍、42倍和90. 1倍。同时处理时间明显缩短,100μs的Chirp激励下处理时间相比于单脉冲平均方法处理时间缩短为原来的1. 2%。结论本研究的脉冲编码处理方法对于提高磁声信号信噪比,改善成像质量,提高整体成像效率,具有重要意义。     

注入式磁声成像中热声效应的初探

探究磁声成像中热声效应的影响。通过加载和不加载静磁场条件下,改变激励源的相位和幅值以及换能器的接收方向来验证铜、铝、石墨和凝胶四种不同特性样本被激发的磁声信号和热声效应信号,并进行分析。磁声成像中热声信号与激励电压的相位无关,其传播方向在各个方向都有,其幅值与激励的能量成正比。相对于其他样本而言,凝胶仿体中的热声效应的影响最大。在生物组织中进行磁声成像时,热声效应的影响不可忽略。     

医用侵入式微波热疗辐射器

作为一种治疗癌症的有效手段，微波热疗技术目前受到广泛的重视，本文总结了治疗深部组织肿瘤的侵入式微波热疗仪的关键部件微波辐射探头的种类结构，性能，指出合理设计辐射探头控制能量沉积方法，温度分布，防止能量泄露，提高微波热疗有效的关键。     

感应式磁声成像中的磁热声效应研究

探究感应式磁声成像中的磁热声效应, 分析磁声声源与热声声源分布及幅值特征。建立磁声及热声声源表达式, 数值仿真多层电导率仿真模型的感应电流分布、磁声+热声声源分布及声压信号, 对两种声源分布及重建结果进行比较。为验证仿真结果, 建立磁声成像实验平台, 采用导电橡胶圈仿体分别开展磁声和热声圆周扫描实验, 并对磁声和热声信号幅值和声源重建结果进行比较分析。仿真结果表明, 磁声声源分布集中在电导率边界处, 而热声声源分布展宽, 并且在边界和内部均有分布;磁声声源的最大值是热声声源的15倍。实验结果表明, 热声声压信号峰-峰值是混合信号的1/4。热声信号重建的声源图像在边界处更模糊, 磁声信号的声源重建图像边界清晰但存在伪影。仿真和实验结果均证明, 磁声成像中同时存在热声效应。从热声声源的分布及热声信号与磁声信号的幅值关系中可见, 热声效应在一定程度上会对磁声成像结果产生影响。     

医用侵入式微波热疗辐射器

作为一种治疗癌症的有效手段，微波热疗技术目前受到广泛的重视。本文总结了治疗深部组织肿瘤的侵入式微波热疗仪的关键部件微波辐射探头的种类、结构、性能。指出合理设计辐射探头是控制能量沉积方位、温度分布、防止能量泄露、提高微波热疗有效性的关键。     

磁声成像方法的研究进展

磁声成像技术（MAT）是电阻抗成像与超声成像相结合的一种方法。感应式磁声成像方法是将被测样本置于静磁场和交变磁场中,交变磁场在样本中产生涡流,涡流受到洛仑兹力作用而激发出超声波,通过检测超声信号重建电阻抗的分布。应用感应式磁声成像方法可以获得较高分辨率的图像和灵敏度,对临床辅助诊断具有重要意义。并在此基础上提出了无需旋转静磁场的感应式磁声成像方法。     

基于软阈值滤波的小波分析方法在微波致热超声成像系统中的应用

人体组织在微波脉冲的激励下,会因热膨胀产生热超声信号.出于对人体安全的考虑,微波脉冲源的功率不可能太大,因此激励产生的热超声信号的幅度通常很小.在采集这些信号时,如果传感器没有前置放大,则传感器输出的压电信号的信噪比会比较低.本文利用小波域软阈值滤波方法 对未采用前置放大而采样得到的信号进行小波分析,大幅度地提高了信号的信噪比,提取的目标信号位置与理论位置吻合的很好.这表明可以通过小波分析方法 很好地改善热超声信号的信噪比,从而降低对微波致热超声成像采集系统中前置放大器的要求.     

一种新的微波热疗机输出功率定标方法

目的:针对目前微波热疗机所采用的功率定标方法中没有考虑辐射器的损耗的问题,设计一套测量微波热疗机实际输出功率的装置,提出一种新的对微波热疗机实际输出功率进行定标的方法.方法:利用控制系统控制磁控管阳极电流维持在某一预设值,利用小功率计测量由微波源产生的,经过同轴电缆的微波功率P_(同轴电缆).然后将辐射器接上同轴电缆,使辐射器辐射的微波被实验装置中的水完全吸收.通过测量水的温度变化计算出水吸收的微波能量.利用冷却速率计算实验装置散失的能量,最后由两者能量之和与时间的比例得出辐射器输出的功率P_(辐射器).与此同时,可由P_(同轴电缆)与P_(辐射器)的比值得出辐射器的效率η_(辐射器).结果:微波热疗机通过辐射器输出的实际微波功率与磁控管阳极电流的关系为:P_(辐射器)=2η_(辐射器)1,在不同阳极电流下,得出辐射器的效率为:η_(辐射器)=(34±1)%.结论:从实验结果得知,现行微波热疗机的功率定标方法是有缺陷的,它没有考虑辐射器的转换效率,因此它测量的不是微波热疗机输出的实际微波功率.而采用本文介绍的定标方法可以准确获得微波热疗机的实际输出功率.     

基于多场耦合的生物组织微波热声信号分析

我们根据微波照射生物组织时电磁场、热场、声波场三者之间的耦合关系,对微波激励热声成像正问题展开研究.从实验样本热学和声学的空间不均匀性角度出发,应用有限元方法求解热声波传播方程.由于入射微波对不同组织的穿透深度不同,不同组织对微波能量的吸收率不同,导致样本内部初始热声源的位置不同,相应地影响到声压传播情况.仿真结果表明,不同检测点声压信号中的信息量是不同的,检测点的声压信号富含样本中组织结构和电声学特性的信息量,从而能够从检测点的信号反映出关于样本结构和组成的信息.     

新型热疗宫颈癌微波辐射器的研制

介绍了用于宫颈癌腔内热疗的微波辐射器的设计方法和测试结果。这种辐射器与常规微波辐射器不同的是，其前部的内导体被一个带有反射罩的锥形螺旋天线所替代。在模拟肌肉组织中，我们证实这种辐射的热场分布向前端偏移，从而提高了该辐射器的临床应用价值。     

医学超声成像中的编码激励技术及其应用

与传统的脉冲回波成像技术相比 ,编码激励技术能够提高超声图像的信噪比或相应提高声束的穿透深度。本文首先介绍了编码激励成像系统的原理 ,并对医学超声诊断系统中的发射声强进行了分析 ,得出了采用编码激励技术提高超声图像信噪比的上限。然后阐述了发射编码的选取原则 ,详细介绍了白噪编码、伪随机码、Golay码、Chirp和伪 Chirp码等编码技术。最后 ,介绍了编码激励技术在 B模式成像、Doppler血流测量、B- flow成像和谐波成像中的应用。     

基于超声衰减系数的微波热疗无损测温

目的 热疗的引导、疗效及剂量控制都需要温度监测,本文旨在探索一种基于超声衰减系数的微波热疗无损测温新方法.方法 利用水浴加热实验系统,以新鲜体外猪肝组织为研究对象,通过采集不同温度下的超声原始回波信号,分析不同温度下组织的超声衰减系数,建立超声衰减系数与温度相关性模型,用于微波加热实验过程中温度的检测.结果 超声衰减系数与温度相关性模型为:超声衰减系数=0.513×温度-0.80.超声衰减系数在微波热疗低温段(≤50℃)测温误差较小(＜5℃),在高温段(＞50℃)测温误差较大(＞10℃).结论 超声衰减系数可用于常规热疗无损测温.微波热疗温度分布不均使得检测较为困难.利用正常与热凝固组织超声衰减系数的差异进行热凝固区的检测具有一定优势.     

一种监测微波热疗机输出功率变化的方法与装置

目的:针对目前微波热疗机实际输出功率在使用过程中会缓慢衰减,功率测量过程相对复杂等问题,提出了一种新的对微波热疗机实际输出功率进行快速测量的方法,并设计了一套对微波热疗机实际输出功率进行快速监测的装置。方法:利用对称振子天线与截止频率较高的低势垒肖特基二极管组成功率传感器,并将该微波天线置于微波热疗机辐射器前方的某一个固定点,在不同微波功率下测量天线感应、并经过二极管检波后的电压,将得到的功率与电压间的函数关系保存在单片机系统中。利用此函数关系,通过测量二极管检波电压来监测微波热疗机实际输出功率。结果:利用研制的装置,在全功率范围内测量微波热疗机的实际输出功率,测量误差小于5%。结论:微波热疗机的实际输出功率与辐射器前方某固定位置上微波天线感应、并经过二极管检波后得到的电压之间存在一个固定的函数关系。完成该电压与功率的定标后,通过测量二极管检波电压,就可以方便、准确地测量出微波热疗机的输出功率,监测输出功率的变化。这将使技术人员能够及时对微波热疗机输出功率进行修正,从而确保微波热疗剂量的准确性与安全性。     

大血管对肝癌微波热场影响的一种临界态分析

通过计算机模拟雷诺准则下各种直径的大血管对肝癌微波热场凝固区外边界的影响,对各种临界状态,即:大血管位于凝固区外,对54℃等温面产生影响的临界距离;大血管处于凝固区外边界的临界距离;大血管完全位于凝固区内,其周围组织均不低于54℃的临界距离的规律进行了探索,绘制出各种临界状态下,大血管直径、血管-天线间距两者之间的函数曲线.     

利用超声回波特征无创监测微波热疗的实验研究

寻找一种合适的方法区别正常组织与坏死组织,是癌微波热疗应用中所面临的重要难题.本研究探讨微波热疗过程中组织回波时域的变化,以寻找合适的参数,无创监测热疗组织状态的变化.在原理分析的基础上设计了实验系统,采用微波介入的加热方式,采集超声回波信号,对变性区域做回波幅值时域积分、幅值平方时域积分(能量)和损伤数字减影积分,并分析它们的变化趋势.实验结果表明:生物组织回波的不同方式积分值与加热过程中的组织变性具有相关性,微波热疗前后组织回波的幅值、能量、不均匀性均有增大的趋势.利用超声背向散射积分和反应不均匀度的参数进行监测,可得到较理想的结果.     

一种高性能静态医用计算机断层成像装置

传统医用螺旋CT利用滑环旋转射线源和探测器采集全角度数据。由于受离心加速度及高压绝缘材料的应力等因素限制,其转速已接近物理极限,且高速旋转会导致机架结构不稳定,带来安全隐患,影响成像质量。为解决以上问题,本研究提出一种静态CT系统,采用高速脉冲切换的分布式射线源,无需任何物理运动即可采集全角度投影数据。该系统设计包括成像、结构和控制三部分。通过扫描20 cm水模、体模Catphan500和人体体模、生物组织验证系统性能和成像稳定性。结果显示,静态CT扫描系统在10 ms内,在体模测试中获取的图像可达到验收标准,其中,空间分辨率的测试结果高于正常指标3倍;在人体组织扫描测试中图像质量的合格率大于98%。该静态CT系统各项图像性能指标良好,可满足临床需求。     

新型微波热疗机研制及其临床应用

重点对新型电脑微波热疗机的构成、测温控温方案进行了研究。采用自适应广义预测控制算法对热疗温度进行控制，解决了因更换不同辐射器导致对象特性变化使控制性能降低的问题，从而得到了满意的疗效。文中介绍了该仪器关键的硬件、软件设计，基本的特点和临床应用