微波致热超声成像关键技术及实验研究

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2、）宋健（作者姓名）指导教师赵志钦教授电子科技大学成蔚Ｓ（姓名、职称、单位名称）申请学位级别博±学科专业电麟场与微波技术々．。提交论文日期兴护咚论文答辩日期兴ＬＴ，＆中＇学位授予单位和日期电子科技大学八俾々０３日答辩委员会主席礙孩＿＿评巧人碱後獻感肖愛進薪灰典主新注１：注明《国际十进分类法ＵＤＣ》的类号。独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加标注和致谢的地方外，

3、论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。Ｃ＜作者签名：采隹日期：兴知年＾巧／日论支使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可Ｗ将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等

4、复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）作者签名：珠健＾导师签名：０曰期：／曰兴）乐年月／KEYTECHNIQUESOFMICROWAVEINDUCEDTHERMOACOUSTICTOMOGRAPHYANDEXPERIMENTALRESEARCHADoctorDissertationSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:ElectromagneticFieldandMicrowav

5、eTechniqueAuthor:SongJianAdvisor:Prof.ZhaoZhiqinSchool:SchoolofElectronicEngineering摘要摘要乳腺癌是女性癌症中发病率最高的一种，严重威胁着人类健康。乳腺癌的早期诊断对病患的治疗和康复起着至关重要的作用。因此，对可用于乳腺癌早期检测的新型成像技术的研究已引起国内外学者的广泛关注。微波致热超声成像（MicrowaveInducedThermo-acousticTomography,MITAT）作为新兴成像技术，兼具了微波成像和超声成像的双

6、重优势，在生物医学检测尤其是早期乳腺癌检测上有重大的应用前景。本文针对MITAT技术的机理和系统研制中的关键问题，采用数值仿真和实验验证相结合的技术路线，对MITAT技术展开了深入而广泛的研究，主要研究内容包括：MITAT系统涉及到微波工程、阵列信号处理、超声成像和生物医学等诸多学科，在系统设计中涉及到强电磁辐射对微弱热声信号检测形成干扰，微波辐射天线受声学器件干扰及天线近场功率密度分布不均匀等诸多问题，针对这些问题通过优化超声探头布局及微波辐射子系统等手段使之得到解决。通过采用仿体材料的热声成像实验，验证了所搭建M

7、ITAT系统的性能。根据MITAT的系统特性，提出了MITAT系统一体化仿真框架。在MITAT一体化仿真中，由于MITAT技术的多物理场特性，分别采用时域有限积分（FiniteIntegrationTimeDomain，FITD）和k-space伪谱（Pseudo-spectral，PS）方法对一体化仿真中的微波问题和声波问题进行仿真，确保了一体化仿真的效率。通过仿真与相对应实验的结果对比，一体化仿真的正确性得到验证。在MITAT一体化仿真的基础上，提出了基于一体化仿真的热声图像修正方法。该方法针对热声成像中微波辐射

8、不均匀及天线近场测量比较困难的问题，利用一体化仿真得出系统中成像层析面的微波功率密度分布。在仿真得到的微波功率密度分布的基础上对热声图像进行修正，解决了因微波辐射不均匀造成的MITAT系统的“漏检”和“错检”的问题。针对乳癌肿瘤组织和正常腺体组织介电参数差异不大而导致的热声图像对比度不足的问题，研究了以碳纳米管作为热声成像对比剂的可行性。在研究