[發(fā)明專利]基于微型貼片天線的三維熱聲成像方法與裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011443944.8
• 申請(qǐng)日: 2020-12-11
• 公開（公告）號(hào): CN112535468B
• 公開（公告）日: 2022-11-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 覃歡;任明洋;郉達(dá)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南師范大學(xué)
• 主分類號(hào): A61B5/0507
• 分類號(hào): A61B5/0507;A61B8/08
• 代理公司: 廣州海藻專利代理事務(wù)所(普通合伙) 44386
• 代理人: 鄭鳳姣

本發(fā)明提出了一種基于微型貼片天線的三維熱聲成像方法與裝置，包括機(jī)械手臂，脈沖微波源、波導(dǎo)轉(zhuǎn)同軸、同軸電纜線、乳腺定型器組件、維瓦爾第天線、熱聲采集組件，熱聲采集組件包括數(shù)據(jù)采集組件和數(shù)據(jù)處理組件，數(shù)據(jù)采集組件包括超聲換能器、低噪聲放大器和64路數(shù)據(jù)采集組件，乳腺定型器包含聚苯乙烯透聲組件和步進(jìn)電機(jī)組件。本發(fā)明在熱聲成像的微波輻射天線上有較大改進(jìn)，區(qū)別于傳統(tǒng)的熱聲成像天線輻射微波方式，該裝置的輻射天線使用異面維瓦爾第天線，其特點(diǎn)是功率容量高，尺寸輕薄，實(shí)用性強(qiáng)，可以方便地對(duì)乳腺進(jìn)行三維熱聲成像，將維瓦爾第天線放置于超聲換能器長(zhǎng)邊的兩側(cè)極大的減小了裝置的尺寸，能夠推動(dòng)熱聲技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化和臨床應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微波熱聲成像技術(shù)領(lǐng)域，提出了一種基于微型貼片天線的三維熱聲成像方法與裝置。

背景技術(shù)

物質(zhì)吸收電磁波后轉(zhuǎn)換為熱能而引起局部熱膨脹，進(jìn)而產(chǎn)生聲波的現(xiàn)象，稱為熱聲效應(yīng)。微波熱聲成像技術(shù)是一種高穿透深度、高時(shí)間和空間分辨率的非侵入式、非電離成像技術(shù)。微波熱聲成像技術(shù)通過非電離輻射的方式將微波以脈沖的方式輻射到生物組織上，生物組織將會(huì)吸收微波電磁能量進(jìn)而產(chǎn)生瞬間的熱膨脹，熱膨脹過程中會(huì)產(chǎn)生壓力波即超聲波向組織的四周擴(kuò)散，產(chǎn)生的超聲波會(huì)被組織周圍的超聲陣列探測(cè)截獲，通過超聲信號(hào)的采集采集并通過延遲疊加算法反演出組織內(nèi)部微波吸收差異圖像。

正常乳腺組織的主要成分是脂肪，腫瘤組織與以脂肪組織為主的正常乳腺組織之間的介電常數(shù)與電導(dǎo)率屬性差異較大，微波熱聲成像可以利用腫瘤和乳腺脂肪的微波吸收差異將腫瘤和正常的脂肪區(qū)分開來。但是傳統(tǒng)微波熱聲成像的微波源輻射微波多采用波導(dǎo)輻射和喇叭天線輻射微波的形式，而傳統(tǒng)熱聲成像所使用波導(dǎo)和喇叭天線由于尺寸較大、較為笨重，移動(dòng)性差等原因極大地限制了微波熱聲成像的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的首要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提出了一種方便的用于乳腺腫瘤篩查的基于微型貼片天線的三維熱聲成像方法所述方法包含以下步驟：

第一步，所述脈沖微波源連接220V電壓后可輸出重復(fù)頻率為10-100Hz的脈沖微波，脈沖峰值功率可達(dá)350KW；

第二步，所述定型器由聚苯乙烯板和步進(jìn)電機(jī)組成，聚苯乙烯的超聲衰減較小可以作為透聲材料放置于定型器底部與人體皮膚接觸；定型器尺寸長(zhǎng)210mm寬170mm高130mm；將兩片維瓦爾第天線放置于線性超聲換能器長(zhǎng)邊兩側(cè)，將超聲換能器和兩片維瓦爾第天線一起放置于乳腺定型器中，通過定型器內(nèi)部的步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)超聲換能器和維瓦爾第天線做直線運(yùn)動(dòng)；

第三步，脈沖微波經(jīng)由方形波導(dǎo)傳輸后再經(jīng)波導(dǎo)轉(zhuǎn)同軸將波導(dǎo)傳輸微波轉(zhuǎn)為同軸線傳輸微波，最后經(jīng)維瓦爾第天線向空間輻射頻率為6.7GHz的脈沖微波，其中維爾瓦第天線長(zhǎng)42.2mm，寬1.6mm，高74mm；經(jīng)由維爾瓦第天線輻射出的微波在輻射到樣品上后，樣品吸收電磁能量產(chǎn)生瞬間溫升膨脹，樣品的瞬間溫升將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械波向周圍擴(kuò)散；

第四步，熱聲信號(hào)經(jīng)由1.5mm厚的定型器底板和變壓器油后被64路超聲換能器接收，再經(jīng)64路數(shù)字轉(zhuǎn)換電路將每次采集到的數(shù)據(jù)傳給主控計(jì)算機(jī)，采集到的數(shù)據(jù)以矩陣的形式保存于計(jì)算機(jī)中；

第五步，乳腺定型器所使用的步進(jìn)電機(jī)尺寸為長(zhǎng)28mm，寬28mm，高31mm，定型器使用的步進(jìn)電機(jī)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)均由自主編寫的Labvie程序控制，Labview控制步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)超聲換能器和維瓦爾第天線移動(dòng)一個(gè)確定的距離，待電機(jī)移動(dòng)完成后會(huì)發(fā)出脈沖給采集系統(tǒng)告知采集系統(tǒng)開始接收熱聲信號(hào)，系統(tǒng)采集完成后再給步進(jìn)電機(jī)脈沖，控制步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)超聲換能器和維瓦爾第天線繼續(xù)移動(dòng)下一個(gè)確定的距離，直至掃描完成整個(gè)乳腺；步進(jìn)電機(jī)每次移動(dòng)的最小距離可設(shè)置為0.01mm，根據(jù)信號(hào)平均次數(shù)的不同、乳腺的大小以及電機(jī)每次移動(dòng)的距離不同完成一次全乳腺掃描需要的時(shí)間從30s到10分鐘之間，完全滿足實(shí)驗(yàn)要求；

第七步，計(jì)算機(jī)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，將每次采集得到的數(shù)據(jù)導(dǎo)入MATLAB，通過濾波反投影算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波反投影得到乳腺三維熱聲圖像。