[发明专利]用于乳腺光声/热声成像检测的紧密接触式超声耦合适配装置及其检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及光声/热声成像技术领域，具体涉及一种乳腺检测装置，特别涉及一种紧密接触式超声耦合装置及其检测方法。本发明可装配在微波热声乳腺检查装置及光声成像装置中。

背景技术

脉冲激光/微波激发的光声/热声成像是近十年间兴起的一种新型的无损检测技术，因其具有安全无损，高对比度，高分辨率及高成像深度等优点而受到日益广泛的关注。当某种物质受到脉冲激光/微波辐照时，物质吸收激光/微波能量可引起瞬间温升，如果激光/微波的脉宽足够窄，吸收的能量不能在脉冲持续时间内发生热扩散，此时可看作绝热膨胀，热能将转化为机械能以超声波的形式辐射出去，即为光声/热声效应。根据热传导方程及波动方程可知：产生的光声/热声信号不仅与激发源参数有关，还与物质的电磁吸收特性有关。当激发源确定时，超声信号主要来源于物质内部对激光/微波的吸收差异。对于具体的应用实际——乳腺肿瘤检查，由于正常待测乳房的主要成分是脂肪，而脂肪的微波吸收系数较小，恶性肿瘤组织的不断生长，必然伴随有更多水分子、离子、微血管增生，这些物质改变了肿瘤内部的电解质平衡，造成了电磁波的强烈吸收。因此肿瘤组织与以脂肪组织为主的正常待测乳房之间的介电常数与电导率差异较大，都在10倍左右。由电磁学计算得知，肿瘤组织的微波吸收比正常待测乳房大6倍左右。同样由于癌细胞的迅速扩增，导致微血管的急剧增多，而血液中的血红蛋白对特定波段的光具有强烈吸收。因此造成肿瘤组织与脂肪组织较大的光吸收差异。这些就为乳腺癌微波热声成像和光声成像提供了理论基础和依据。通过光声/热声成像系统可以提供人体乳房内部光/微波吸收差异图像，准确而直观的反映人体内部情况，为科学研究提供丰富的材料和信息。

上述成像系统仪器化面临的主要困难有：研发具有高激发效率和高分辨率的超短脉冲微波源；设计高灵敏度超声采集系统以及高效的声耦合装置。本设计主要针对的是超声采集系统前端的超声耦合系统。耦合系统主要是将激发的超声高效的耦合到超声探测采集系统，同时尽可能减少对激发源的影响。在实际检测中，由于激光/微波激发的超声信号幅值非常小，通常在mv级及以下，这样超声信号在不同系统间的高效耦合显得尤为重要，所以为了实现高效的耦合装置，有效的办法是尽量减少由于仪器内部不同部件之间的耦合产生的激光/微波损失和超声波损失。

微波作为电磁波，其传播规律满足如下：赫姆霍兹波动方程

▿2E-μ0ϵ0∂2∂t2E=0]]>

其中E为电场强度，电磁波的传播规律其实就是研究媒介的介电常数u₀和磁导率ε₀这两个参数时间、空间及频率的变化规律。

电磁波损耗主要包括反射损耗和吸收损耗。吸收损耗决定于衰减系数，其数值与电导率σ及磁导率的平方根成正比，与介电常数的平方根成反比，反射损耗主要决定于传输介质两侧的波阻抗差异，差异越大反射越大。波阻抗等于磁导率与介电常数比值的平方根。介电常数很小的金属导体将是微波的良好的反射体，不利于微波的穿透，同样考虑到光损耗，应选择光通透性高的材料。如透明改性环氧树脂对光/微波就均具有良好的穿透性。

脉冲激光/微波经过耦合装置后被组织瞬间吸收，由于热弹效应产生超声。超声作为检测系统的目标信号，实现超声的最小限度损耗衰减，是光声/热声成像需要解决的关键技术。超声损耗包括反射损耗和吸收损耗。反射损耗主要决定于介质的声阻抗Z，当超声波从声阻抗Z₁介质垂直入射声阻抗Z₂介质，两种声阻抗Z不同的介质界面其声强反射系数r为：