[發(fā)明專利]一種全息微波彈性成像系統(tǒng)及其成像方法

有效

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• 申請日: 2018-09-11
• 公開（公告）號: CN109199381B
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王露露
• 申請（專利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: A61B5/0507
• 分類號: A61B5/0507;A61B8/00;A61B8/08
• 代理公司: 北京海虹嘉誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11129
• 代理人: 何志欣;侯越玲

本發(fā)明涉及一種全息微波彈性成像系統(tǒng)和方法，系統(tǒng)包括微波信號收發(fā)模塊、超聲波信號收發(fā)模塊和信號處理模塊，微波信號收發(fā)模塊不間斷地朝目標區(qū)域發(fā)射單一頻率的微波信號作為入射電場，同時超聲波信號收發(fā)模塊不間斷地朝目標區(qū)域發(fā)射單一頻率的超聲波信號作為入射超聲波場；微波信號穿透位于目標區(qū)域的目標物后至少部分微波信號被目標物內(nèi)部的不同部分反射而形成散射電場并由微波接收天線對散射電場進行探測得到散射電場回波信號；超聲波信號收發(fā)模塊發(fā)射超聲波信號到目標物從而施加一個外力并接收反射的超聲波回波信號；信號處理模塊對超聲波回波信號和散射電場回波信號進行處理以構(gòu)建目標物的二維圖像。本發(fā)明的成像速度快且成像質(zhì)量高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及全息成像和彈性成像技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種全息微波彈性成像系統(tǒng)及其成像方法。

背景技術(shù)

微波成像是指以微波作為信息載體的一種成像手段，實質(zhì)屬于電磁逆散射問題。由于它既用被成像目標散射的幅度信息，也用它的相位信息，因此也稱為微波全息成像或者全息微波成像。

目前，微波生物成像因其無創(chuàng)、無有害輻射、價格低廉等優(yōu)勢，為疾病如乳腺癌、腦中風(fēng)等疾病早期診斷帶來新機遇。生物組織的電特性與生理系統(tǒng)的健康狀況息息相關(guān)，當乳腺癌、白血病等疾病發(fā)生時，生物組織的介電性發(fā)生顯著變化，介電性常用介電常數(shù)表示。不同類型生物組織的介電性差異明顯，例如骨骼、脂肪、肺以及外層皮膚這些低含水量的組織比例如肌肉、血液和大腦這些高含水量的組織的介電常數(shù)低，而典型病變組織，例如惡性腫瘤與其正常組織之間的介電常數(shù)差別大于為10％～20％，這些差異為磁感應(yīng)生物成像檢測活體生物組織的生理病理狀態(tài)提供了可行的物理基礎(chǔ)。

彈性成像就是把獲取的生物體材料的彈性信息轉(zhuǎn)換成醫(yī)生習(xí)慣的可見光圖像，從而讓醫(yī)生能夠通過可見光圖像判別組織的材料力學(xué)特性，進而根據(jù)組織的軟硬情況判斷相應(yīng)組織或器官可能發(fā)生的病理改變以及其位置、形狀和大小。具體地，根據(jù)各種不同生物組織的彈性系數(shù)不同，在加外力或交變振動后其應(yīng)變或者說形態(tài)改變亦不同。在相同外力作用下，彈性系數(shù)大的，引起的應(yīng)變比較小；反之，彈性系數(shù)較小的，相應(yīng)的應(yīng)變比較大。也就是比較柔軟的正常組織變形超過堅硬的腫瘤組織。全息微波彈性成像即利用腫瘤或其他病變區(qū)域與周圍正常組織間彈性系數(shù)的不同和介電屬性的不同，在微波和超聲波激勵作用下，生物組織產(chǎn)生應(yīng)變大小的不同，以彩色編碼顯示，來判別病變組織的彈性大小、介電常數(shù)分布、電導(dǎo)率分布、溫度分布和血液含氧量中的至少一種重要特征，從而推斷某些病變的可能性。

過去的二十年，大量的工作主要圍繞微波成像應(yīng)技術(shù)在生物成像和診斷方面的應(yīng)用進行，如腦部成像檢測腦卒中和腦水腫、乳房成像檢測乳腺癌和骨骼成像檢測骨質(zhì)疏松等。

近年來，有將微波和超聲波進行結(jié)合成像的技術(shù)出現(xiàn)，例如，公開號為CN105708492A的中國專利文獻公開了一種融合B超成像和微波成像的方法及系統(tǒng)，通過將所述B超圖像和所述微波圖像中一幅圖像的像素點映射到另一幅圖像中，使兩幅圖像的相關(guān)像素點在空間位置上達到一致完成該兩幅圖像的融合。在診斷早期癌癥患者的過程中可以通過使用不同的成像模態(tài)進行優(yōu)勢互補，圖像融合的潛力在于綜合應(yīng)用這些成像設(shè)備所得信息，可以準確地確定病變體的空間位置大小、幾何形狀及它與周圍生物組織之間的空間關(guān)系，從而及時高效地診斷疾病，也可以用在手術(shù)計劃的制定、病理變化的跟蹤、治療效果的評價等方面。但是，該專利進行圖像融合所需的計算量大、成像速度慢且成像質(zhì)量欠佳。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)之不足，本發(fā)明提供了一種全息微波彈性成像方法主要是利用生物組織的介電屬性和彈性信息幫助疾病的診斷。其基本原理為：根據(jù)各種不同生物組織的彈性系數(shù)不同，在加外力或交變振動后其應(yīng)變亦不同，主要為形態(tài)改變不同，同時根據(jù)各種不同生物組織的介電屬性不同，在微波照射下，目標生物組織發(fā)射或散射不同，通過分析處理形態(tài)改變和散射場從而重構(gòu)目標的外觀像或介質(zhì)目標內(nèi)部的結(jié)構(gòu)成像，也可以是空間電磁場分布的直觀顯示，相比于融合成像，本發(fā)明的成像速度更快，成像質(zhì)量更好，本發(fā)明可用于生物醫(yī)學(xué)成像、疾病診斷、異物探測等領(lǐng)域。