大腦是生物體內(nèi)結(jié)構(gòu)和功能最為復(fù)雜的組織,由于缺乏理想的技術(shù)和成像工具,目前人們對大腦的認(rèn)識還非常有限。自從2013年美國決定實(shí)施“腦計(jì)劃”以來,歐盟、日本、澳大利亞、韓國和中國等國也相繼發(fā)布了各自的腦研究計(jì)劃。腦計(jì)劃的目標(biāo)之一就是開發(fā)新型腦成像技術(shù)、方法和工具,為科學(xué)家提供更多的大腦結(jié)構(gòu)和功能信息。微波熱聲成像技術(shù)結(jié)合了微波成像高穿透深度和超聲成像高空間和時(shí)間分辨率的優(yōu)點(diǎn),具有非電離、非侵入式和實(shí)時(shí)對活體全腦組織進(jìn)行高分辨率成像的潛力。微波熱聲成像以組織的比吸收率差異作為內(nèi)生對比度來源。當(dāng)生物組織體內(nèi)的電場能量分布均勻時(shí),微波熱聲成像技術(shù)有望作為一種新的高空間和時(shí)間分辨率活體腦成像工具,提供腦組織的電導(dǎo)率信息。腦組織的電導(dǎo)率與腦組織的病理和生理特性息息相關(guān),因此微波熱聲成像可以幫助科學(xué)家從腦組織電特性的角度探索大腦的工作機(jī)制和腦疾病的發(fā)病原理。然而,至今還沒有成功實(shí)現(xiàn)活體熱聲腦成像的文獻(xiàn)報(bào)道。在進(jìn)行人類臨床研究前,有必要先利用實(shí)驗(yàn)動(dòng)物驗(yàn)證活體熱聲腦成像的可行性。因?yàn)閲X類動(dòng)物是研究人類神經(jīng)和疾病生理機(jī)制中使用最為廣泛的動(dòng)物,具有非常多的腦疾病模型可供研究選擇。所以本文首先以大鼠活體腦成... 

【文章來源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

啟動(dòng)腦科學(xué)研究的國家[

波，并利用超聲波進(jìn)行圖像重建的方法突破了光的衍射極限，能夠?qū)资撩咨畹哪X組織進(jìn)行高分辨率實(shí)時(shí)成像，由于血紅蛋白的光吸收系數(shù)比其他發(fā)色團(tuán)強(qiáng)2個(gè)數(shù)量級以上，因此光聲成像可以非侵入式、高對比度的對腦組織中的血管進(jìn)行高分辨率成像[20-23]，但是若想對血管以外的腦結(jié)構(gòu)進(jìn)行成像時(shí)，血紅蛋白的強(qiáng)吸收反而成為了阻礙[24]。從以上分析可以看出，各種成像技術(shù)均存在優(yōu)缺點(diǎn)，互為補(bǔ)充，在腦疾病診斷方面雖然取得了長足的進(jìn)步，但是離完全理解腦疾病的發(fā)病原理、實(shí)現(xiàn)腦疾病的早期診斷以及療效監(jiān)控還有很長的路要走。圖1-2各種成像技術(shù)的主要參數(shù)對比[12]近二十年來，伴隨著微波激勵(lì)源等關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展，微波熱聲成像技術(shù)（Microwave-inducedthermoacousticimaging，MI-TAI）的發(fā)展也逐漸引起了研究人員的關(guān)注。從信號產(chǎn)生的原理上看，因?yàn)槲⒉軌虻竭_(dá)激光難以到達(dá)的深度激勵(lì)生物組織產(chǎn)生超聲信號，又兼具超聲成像技術(shù)的高分辨率的優(yōu)點(diǎn)，使得這一技術(shù)能夠在傳統(tǒng)光學(xué)或光聲成像技術(shù)難以到達(dá)的成像深度上實(shí)現(xiàn)較高分辨率全腦成像。微波熱聲成像已經(jīng)通過離體[25]和仿體[26-27]實(shí)驗(yàn)證明了其在腦成像方面的潛力。然而，至今還沒有任何關(guān)于活體熱聲腦成像實(shí)驗(yàn)的報(bào)道。此外，過去的實(shí)驗(yàn)研究也有需要進(jìn)一步改進(jìn)的地方。比如離體組織由于經(jīng)過防腐劑的浸泡后，組織的介電特性發(fā)生了改變[25]，因此離體實(shí)驗(yàn)得到的對比度不一定能夠反映活體腦成像的真實(shí)情況。

第一章緒論5長軍小組；上�？萍即髮W(xué)的王雄小組；中國科學(xué)院電工研究所的宋濤小組；江蘇大學(xué)的王剛小組等。由于激勵(lì)源是熱聲成像系統(tǒng)的核心部件，如表1-1所示，本文總結(jié)了目前各小組使用的微波激勵(lì)源的頻率、脈沖寬度、峰值功率（電壓）和重復(fù)頻率等關(guān)鍵參數(shù)。圖1-3微波熱聲成像結(jié)果。（a）最早的微波熱聲圖像[31]；（b）離體腎臟熱聲圖像[33]；（c）在體乳腺成像[34]表1-1各研究小組微波激勵(lì)源參數(shù)比較研究小組負(fù)責(zé)人脈沖寬度（ns）峰值功率（kW）重復(fù)頻率（Hz）中心頻率（GHz）R.A.Kruger100-10005040000.434V.Ntziachristos10-4530kV10/CW2-20MHzD.Xing104-40MW100.434300-110035050065003005001.2L.V.Wang600-2200101009.4500201003500251006H.Jiang70070-100100350-800551003.05200-40004200000.95-1.2H.Xin250-200004.5100002.7-3.1CW1202.1100-10000201.1-1.4ZQ.Zhao500-2000101002.45S.K.Patch500/800402502.45Y.Zheng1000-3000110002.7/2.9/3.1微波熱聲成像最早也是研究最多的領(lǐng)域?yàn)樯镝t(yī)學(xué)成像，隨著熱聲成像技術(shù)的發(fā)展，生物醫(yī)學(xué)成像的部位從最早對腎臟[35-36]和乳腺癌[34,37-41]的研究，擴(kuò)展到對前列腺[42-44]成像的研究，再發(fā)展到近年來對骨關(guān)節(jié)[45-48]、血管[49]、甲狀腺[50]、、腦成像[25-27,51-52]的研究。目前腎臟、乳腺癌、骨關(guān)節(jié)、血管和甲狀腺已經(jīng)進(jìn)行到活體成像實(shí)驗(yàn)階段。然而由于掃描前列腺的熱聲成像系統(tǒng)是由封閉的諧振腔構(gòu)成，無法

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]微波熱聲成像技術(shù)用于人體甲狀腺檢測[J]. 王雪,黃林,遲子惠,蔣華北.  生物化學(xué)與生物物理進(jìn)展. 2019(01)
[2]關(guān)于金屬介電常數(shù)的討論[J]. 鄺向軍.  四川理工學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2006(02)

博士論文
[1]快速光聲成像系統(tǒng)及其應(yīng)用研究[D]. 楊金戈.電子科技大學(xué) 2019



本文編號：3125269