面向临床影像学应用的无损伤微波热声成像系统研究

本课题组多年来致力于无损快速、高分辨的生物医学成像技术研究，利用快速光声成像在脑功能检测、肿瘤治疗监控及评价等方面做了系列开拓性研究。特别是在国际上首创性地提出微波热声成像低密度异物检测的概念，实验结果刊登在国际应用物理学权威杂志[APL 90,174109]上，其原理是利用微波吸收产生超声场来实现组织内部吸收分布成像的新型医学影像方法，可提供目前医学影像技术尚不能提供的组织信息，与光声成像相比，可大大提高成像深度，更适合临床应用。本课题计划将此技术发展成为由超短脉冲微波源、输出适配器、多元阵列超声快速采集及图像重建的一体化新型影像系统，并在此系统上开展结合临床应用的基础研究。利用热声成像反映电磁学参数差异的特性对X光成像无法分辨的非金属低密度异物进行高对比度成像检测；利用正常乳腺和肿瘤之间的微波高吸收差异特性，开展乳腺肿瘤的特异性早期成像检测。最终为解决目前医学成像盲区提供可靠的新技术。

本项目通过项目通过学科交叉、技术创新、系统集成，研制出在关键技术、核心技术方面拥有自主知识产权的应用于医学临床诊断的超短脉冲微波成像系统。研发出超短脉冲微波源，突破了微秒级脉冲微波源的技术瓶颈，实现了高效率高分辨率的热声成像，为利用热声成像技术识别早期乳腺肿瘤铺平了道路；研制了基于多元阵列超声探测器和并行数据采集装置的快速热声成像系统，实现了实时成像，减少了微波辐射剂量；通过研发了体杯式热声耦合适配器，实现了探测器与乳腺的紧密接触，解决了微波-超声耦合问题；研究了乳腺肿瘤的电磁参数，实现了离体肿瘤的三维热声成像；开发了内源性的热声分子探针，实现了高对比度的分子成像，揭示了热声成像的内涵，并为热声成像指出了新的应用方向。本课题发展的快速、高效率、高分辨率的超短脉冲微波成像系统样机，既可以实现快速的热声成像，提供更丰富可靠的组织病变参数，可望对临床诊断影像学信息获取起到重要推动作用。