微波致热超声成像仪研制

微波致热超声成像（MITAT）是一种非常有潜力的生物医学成像技术，它兼有微波成像的高对比度和超声波成像的高分辨率。MITAT系统发射微波脉冲，微波能被照射的生物组织吸收导致热膨胀，进而产生超声波，然后接收这些超声信号进行成像。这项技术利用了病变组织与正常组织的电参数的高对比度，使它们在产生超声波的强度上有很大差别，从而保证了图像的高对比度；另外该技术接收超声波进行成像，它利用了超声波波长小的特点，从而实现成像的高分辨率。这种医学成像技术结合了微波和声波探测的优点，因而对早期癌变组织的诊断具有极强的技术优势。本项目通过计算数值方法对MITAT系统进行仿真，深入研究微波致热超声的机理，并将时间反转镜像技术应用于该系统的成像中，从而可以得到更高质量的图像，在此基础上，研发出我国首台具有初步检测能力的MITAT系统试验样机，为国内该领域的研究及实际应用提供理论和技术基础。

微波致热超声成像（MITAT：Microwave Induced Thermo-Acoustic Tomography）技术兼具微波成像和超声成像的优点，它利用肿瘤与正常组织的电参数的高对比度实现图像的高对比度；接收超声波进行成像，实现成像的高分辨率。该技术在早期乳腺癌检测上具有重大的应用前景。.项目深入研究了微波致热超声成像的机理，突破了研制MITAT系统的关键技术，成功研制MITAT系统，提出了多种新的成像方法，实验研究（包括真实乳腺癌组织实验）验证了系统功能。项目组完成了项目总体目标和各类指标，为国内该领域的研究及应用提供了理论和技术基础。.项目所取得的主要成果包括：1）针对MITAT多物理场的相互作用过程，利用电磁波传播理论结合声波方程，首次进行三维一体化仿真计算，有效指导系统的设计和优化。.2）设计并研制配有聚四氟乙烯扫描容器的矩圆过渡喇叭微波天线，并针对MITAT微弱声信号的特点，设计并实现了传感器扫描布阵方式。.3）研制了基于蜗轮蜗杆结构的高精度快速圆周扫描平台，实现传感器阵列在圆周方向的精确位置控制。设计并研制了针对MITAT信号特征的大带宽、高增益超声前置放大器，大幅度降低了对微波源的功率需求。.4）设计并研制电子管的微波脉冲调制器及全固态器件的小型化微波脉冲调制器，利用商用2.45 GHz磁控管可以满足MITAT系统的微波脉冲调制需要。.5）设计并研制MITAT系统所需的系统控制器和信号处理平台，实现了各子系统的精确自动控制和热声信号的快速采集。.6）提出多种成像方法，包括：首次将PSTD-TRM(PSTD: Pseudo-Spectral Time Domain; TRM: Time Reversal Mirror)方法用于MITAT的成像中；提出了FMM-TRM（FMM：Fast Marching Method）方法，解决了弱非均匀媒质中的目标成像问题；提出了基于CS（Compressed Sensing）的MITAT方法，大幅降低了采样率，提高了成像效率。.7）成功研发我国首台具有热声成像能力的MITAT系统样机，进行了不同临床分期的乳腺癌组织的实验研究，为MITAT的临床应用奠定了基础。.通过该项目研究，申请专利7项，（已授权2项），发表论文30篇（含已录用），其中SCI论文14篇。