大腦是生物體內(nèi)結(jié)構(gòu)和功能最為復雜的組織,由于缺乏理想的技術和成像工具,目前人們對大腦的認識還非常有限。自從2013年美國決定實施“腦計劃”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劃。腦計劃的目標之一就是開發(fā)新型腦成像技術、方法和工具,為科學家提供更多的大腦結(jié)構(gòu)和功能信息。微波熱聲成像技術結(jié)合了微波成像高穿透深度和超聲成像高空間和時間分辨率的優(yōu)點,具有非電離、非侵入式和實時對活體全腦組織進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。當生物組織體內(nèi)的電場能量分布均勻時,微波熱聲成像技術有望作為一種新的高空間和時間分辨率活體腦成像工具,提供腦組織的電導率信息。腦組織的電導率與腦組織的病理和生理特性息息相關,因此微波熱聲成像可以幫助科學家從腦組織電特性的角度探索大腦的工作機制和腦疾病的發(fā)病原理。然而,至今還沒有成功實現(xiàn)活體熱聲腦成像的文獻報道。在進行人類臨床研究前,有必要先利用實驗動物驗證活體熱聲腦成像的可行性。因為嚙齒類動物是研究人類神經(jīng)和疾病生理機制中使用最為廣泛的動物,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】：電子科技大學四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：163 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

啟動腦科學研究的國家[

波，并利用超聲波進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組織進行高分辨率實時成像，由于血紅蛋白的光吸收系數(shù)比其他發(fā)色團強2個數(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)進行成像時，血紅蛋白的強吸收反而成為了阻礙[24]。從以上分析可以看出，各種成像技術均存在優(yōu)缺點，互為補充，在腦疾病診斷方面雖然取得了長足的進步，但是離完全理解腦疾病的發(fā)病原理、實現(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各種成像技術的主要參數(shù)對比[12]近二十年來，伴隨著微波激勵源等關鍵技術的發(fā)展，微波熱聲成像技術（Microwave-inducedthermoacousticimaging，MI-TAI）的發(fā)展也逐漸引起了研究人員的關注。從信號產(chǎn)生的原理上看，因為微波能夠到達激光難以到達的深度激勵生物組織產(chǎn)生超聲信號，又兼具超聲成像技術的高分辨率的優(yōu)點，使得這一技術能夠在傳統(tǒng)光學或光聲成像技術難以到達的成像深度上實現(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]實驗證明了其在腦成像方面的潛力。然而，至今還沒有任何關于活體熱聲腦成像實驗的報道。此外，過去的實驗研究也有需要進一步改進的地方。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]，因此離體實驗得到的對比度不一定能夠反映活體腦成像的真實情況。

第一章緒論5長軍小組；上�？萍即髮W的王雄小組；中國科學院電工研究所的宋濤小組；江蘇大學的王剛小組等。由于激勵源是熱聲成像系統(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源的頻率、脈沖寬度、峰值功率（電壓）和重復頻率等關鍵參數(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源參數(shù)比較研究小組負責人脈沖寬度（ns）峰值功率（kW）重復頻率（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域為生物醫(yī)學成像，隨著熱聲成像技術的發(fā)展，生物醫(yī)學成像的部位從最早對腎臟[35-36]和乳腺癌[34,37-41]的研究，擴展到對前列腺[42-44]成像的研究，再發(fā)展到近年來對骨關節(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、骨關節(jié)、血管和甲狀腺已經(jīng)進行到活體成像實驗階段。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】：
期刊論文
[1]微波熱聲成像技術用于人體甲狀腺檢測[J]. 王雪,黃林,遲子惠,蔣華北.  生物化學與生物物理進展. 2019(01)
[2]關于金屬介電常數(shù)的討論[J]. 鄺向軍.  四川理工學院學報(自然科學版). 2006(02)

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



本文編號：3125269