因?yàn)殛P(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和疾病的多樣性,關(guān)節(jié)疾病的診斷一直是一個(gè)復(fù)雜的問題。且對(duì)于關(guān)節(jié)疾病和骨病,一旦病情發(fā)展到骨質(zhì)的破壞,那么致殘的進(jìn)程則不可逆轉(zhuǎn)。因此盡早確診,對(duì)癥干預(yù)治療和療效監(jiān)測非常重要。當(dāng)前臨床影像學(xué)檢測手段,如X線成像,計(jì)算機(jī)體層成像,超聲成像,磁共振成像等,在評(píng)估關(guān)節(jié)疾病和骨病時(shí)均存在各自的優(yōu)缺點(diǎn)。X線成像和計(jì)算機(jī)體層成像具有良好顯示骨結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。然而,它們對(duì)軟組織的變化不敏感且使用電離輻射。超聲成像是非電離的,對(duì)軟組織有很好的評(píng)價(jià)。然而,超聲成像難以顯示軟骨下骨的異常。磁共振成像具有較高的靈敏度、特異性和準(zhǔn)確性,因此它是一種評(píng)估關(guān)節(jié)異常(包括軟組織異常和骨異常)強(qiáng)有力的方法。然而,磁共振成像價(jià)格昂貴,在評(píng)估滑膜炎時(shí)涉及到造影劑的應(yīng)用,可能不適用于疾病的長期、常規(guī)監(jiān)測。綜上,發(fā)展一種可協(xié)助此類疾病盡早確診的,以及長期常規(guī)監(jiān)測的新型影像學(xué)檢測技術(shù)具有較大的臨床意義。微波熱聲成像技術(shù),是一種非入侵和非電離的新型醫(yī)學(xué)成像方法。短脈沖微波輻射生物組織,生物組織吸收微波能量后熱致伸縮產(chǎn)生超聲波即熱聲信號(hào),由熱聲信號(hào)重建出的圖像則譜寫了生物組織對(duì)微波吸收的分布。在此過程中,熱聲成像融合了微波成像高對(duì)比度、深穿透深度和超聲成像高分辨率的優(yōu)點(diǎn)。且熱聲成像便攜易操作,至今已經(jīng)被應(yīng)用到乳腺癌檢測,異物檢測、腦成像、分子影像和血管成像等領(lǐng)域。針對(duì)臨床關(guān)于診斷關(guān)節(jié)疾病和骨病的需求,本論文首次將微波熱聲成像技術(shù)應(yīng)用到關(guān)節(jié)疾病及骨病檢測。在體兔正常膝關(guān)節(jié)軸位熱聲圖像證實(shí)了熱聲成像可以呈現(xiàn)具體的關(guān)節(jié)組織包括骨和多種軟組織。在體人正常手指指間關(guān)節(jié)軸位熱聲斷層掃描高保真地重建了各種解剖結(jié)構(gòu),人病態(tài)指間關(guān)節(jié)熱聲成像模擬實(shí)驗(yàn)為關(guān)節(jié)疾病和骨病的臨床試點(diǎn)研究提供了進(jìn)一步的指導(dǎo)。小型化四通道人指間關(guān)節(jié)熱聲成像系統(tǒng)的搭建方便了臨床試點(diǎn)研究的進(jìn)行,初步的臨床試點(diǎn)研究證明了熱聲成像檢測和辨別關(guān)節(jié)疾病的能力。反相位微波輻射方法克服了傳統(tǒng)微波輻射場分布不均勻的缺點(diǎn),從而提高了對(duì)關(guān)節(jié)中肌腱和骨的檢測能力。開展了熱聲成像監(jiān)測大鼠骨質(zhì)疏松形成的實(shí)驗(yàn)研究,探索了骨質(zhì)疏松形成的生理變化機(jī)制。本論文的工作為微波熱聲成像技術(shù)臨床應(yīng)用于關(guān)節(jié)疾病和骨病的檢測和監(jiān)測奠定了基礎(chǔ)。本論文的工作內(nèi)容:1、基于現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng),分析了關(guān)節(jié)熱聲成像的可行性,并進(jìn)行了離體兔正常膝關(guān)節(jié)軸位和冠狀位的熱聲成像實(shí)驗(yàn),對(duì)可行性進(jìn)行了一定程度的驗(yàn)證。確定專注軸位成像以更好地顯示多種組織,進(jìn)而設(shè)計(jì)了在體兔正常膝關(guān)節(jié)軸位熱聲成像的支架,對(duì)數(shù)個(gè)兔膝關(guān)節(jié)進(jìn)行熱聲成像,并用解剖圖驗(yàn)證熱聲成像結(jié)果。結(jié)果表明,在多個(gè)膝關(guān)節(jié)組織的形狀和大小方面,重建的熱聲圖像與膝關(guān)節(jié)解剖圖片有很高的相似性,可以清晰地顯示不同的關(guān)節(jié)組織。2、為了更快地向臨床試點(diǎn)研究推進(jìn),對(duì)在體人正常手指指間關(guān)節(jié)進(jìn)行了微波熱聲成像。對(duì)一根手指進(jìn)行了冠狀位、矢狀位和軸位的熱聲成像嘗試,確定關(guān)注軸位成像以更好地顯示多種組織,設(shè)計(jì)了指間關(guān)節(jié)軸位熱聲成像的支架。然后使用線聚焦探頭進(jìn)行了多根完整手指的軸位熱聲斷層掃描,并采用軸位T1加權(quán)磁共振成像(3.0T)驗(yàn)證熱聲成像結(jié)果。對(duì)所有手指圖像進(jìn)行二維熱聲和磁共振對(duì)比分析,發(fā)現(xiàn)各種關(guān)節(jié)內(nèi)和關(guān)節(jié)外組織高保真地顯示在熱聲圖像中。此外,還構(gòu)建了人病態(tài)指間關(guān)節(jié)模型進(jìn)行熱聲成像數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn),以展示熱聲成像如何用于檢測關(guān)節(jié)疾病。3、為了方便臨床試點(diǎn)研究,搭建了小型化四通道在體人指間關(guān)節(jié)微波熱聲成像系統(tǒng)。此系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)快速的完整指間關(guān)節(jié)成像,可以使得被試者更加舒適,并方便移動(dòng)。此系統(tǒng)已經(jīng)用于臨床試點(diǎn)研究,前期的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,熱聲成像可以定位類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎的病灶和銀屑病關(guān)節(jié)炎的病灶,呈現(xiàn)關(guān)節(jié)炎的不同病程階段,并區(qū)分兩種關(guān)節(jié)炎。4、提出并搭建了一種基于反相位微波輻射的新型熱聲成像系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的喇叭天線或波導(dǎo)輻射、同相位微波輻射相比,反相位微波輻射能在關(guān)節(jié)組織內(nèi)產(chǎn)生相對(duì)均勻的電場分布,均勻電場分布可以增強(qiáng)完全描繪關(guān)節(jié)中肌腱和骨的能力,來克服傳統(tǒng)微波輻射的局限性。5、對(duì)在體大鼠脛骨骨質(zhì)疏松進(jìn)行了微波熱聲成像實(shí)驗(yàn)研究。對(duì)骨質(zhì)疏松熱聲成像進(jìn)行了可行性分析。然后選定用于分析的成像層面,設(shè)計(jì)大鼠固定支架以滿足在體脛骨成像,確定分析方法和造模方法,從而制定了熱聲成像監(jiān)測骨質(zhì)疏松形成的實(shí)驗(yàn)方案。在模型形成的時(shí)間里,對(duì)數(shù)只模型大鼠和假手術(shù)大鼠進(jìn)行熱聲成像監(jiān)測,并在熱聲成像監(jiān)測完成后用微計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)驗(yàn)證模型組和假手術(shù)組。分析表明,模型形成過程中,數(shù)只模型大鼠脛骨歸一化熱聲信號(hào)強(qiáng)度在不同的監(jiān)測時(shí)間點(diǎn)存在相似的升高和降低,而假手術(shù)組大鼠脛骨歸一化熱聲信號(hào)強(qiáng)度呈上升趨勢。
【學(xué)位單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：R684;TN015
【部分圖文】：

圖 1-1 X 線成像原理圖[2]。(a)人體高密度組織吸收 X 線；(b)人體中密度組織吸收 X線；(c)人體低密度組織吸收 X 線除了基本的攝影和透視，X 線成像還包括 X 線造影，數(shù)字化 X 線成像，數(shù)影血管造影，數(shù)字化動(dòng)態(tài) X 線成像等。其中造影涉及對(duì)比劑的應(yīng)用，數(shù)字化

圖 1-2 常規(guī) CT 機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖[2]外，CT 成像還包括螺旋 CT 和電子束 C到三維信息，電子束 CT 涉及 X 線發(fā)生 CT 和螺旋 CT 又均包含平掃（不涉及對(duì)

超聲和彩色多普勒超聲等），用于組織器官血流動(dòng)力學(xué)方面的功 1-3（a）所示，A 型超聲探測時(shí)，探頭保持不動(dòng)，發(fā)射單束超組織器官反射的超聲回波。人體各不同組織器官之間的聲阻抗存界面上存在不同程度的反射進(jìn)而回波幅值也會(huì)不同。例如骨和高回波強(qiáng)度，血管壁和肌腱等回波強(qiáng)度次之，肝和胰腺等實(shí)質(zhì)組織屬于低回波強(qiáng)度，尿液和膽汁等無回波。A 型超聲（Amplitu調(diào)制模式，即使用幅度的高低來表示回波信號(hào)的高低，也因此（b）所示，M 型超聲如同 A 型超聲一樣只獲得經(jīng)過臟器某條線且 M 型超聲要采集一段時(shí)間內(nèi)的回波信號(hào)的變化并沿時(shí)間軸鋪組織界面隨時(shí)間變化的曲線圖。所以也是運(yùn)動(dòng)模式（Motion mod。如圖 1-3（c）所示，與 A 型超聲相比，B 型超聲有兩方面不調(diào)制模式（Brightess mode）即亮度的強(qiáng)弱代表回波信號(hào)的高低二是 B 型超聲探頭順序的移動(dòng)掃切組織器官，即每束超聲波順器官，回波信號(hào)按順序排列出一幅組織器官切面圖，因此 B 型超聲。
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2841472