[发明专利]一种内窥式微波热声成像的方法与装置

说明书

本发明公开了一种内窥式微波热声成像的方法与装置，其装置包括脉冲微波发生源、单极子套筒天线、步进电机、超声换能器、单路信号放大器、高速数据采集卡、计算机。微波热声成像，沿着输入信号的传送方向，微波源、单极子套筒天线、待测组织依次设置。沿着输出信号的传送方向，待测组织、超声换能器、超声信号接收器、数据采集卡、计算机依次设置。微波源经单极子套筒天线向人体直肠发射脉冲微波信号，利用热声效应激发产生超声波信号；超声换能器用于接收超声波并将其转换成电信号，由步进电机带动超声换能器旋转，实现360°扫描，产生的热声信号经数据采集卡导入计算机中进行图像重建处理，得到微波热声成像。本发明实现了探头360°环扫时肠壁一圈时可以准确检测肿瘤的位置，该方法为无损检测技术，可以有更大的成像深度，可对消化道深层结构成像，有望应用于医学影像信息分析等领域。

技术领域

本发明涉及微波热声成像技术领域，尤其涉及一种专门适配直肠的单极子套筒天线，更准确检测直肠肿瘤的位置。

背景技术

微波热声成像技术作为一种新型无创的医学成像方法，具有广泛应用潜力和良好的应用前景。微波热声成像技术通过非电离辐射的方式将微波以脉冲的方式辐射到生物组织上，生物组织将会吸收微波电磁能量进而产生瞬间的热膨胀，热膨胀过程中会产生压力波即超声波向组织的四周扩散，产生的超声波会被组织周围的超声探测器截获，通过超声信号的采集并通过延迟叠加算法反演出组织内部微波吸收差异图像。微波热声成像技术作为新的医学影像技术，兼有超声成像的高分辨和微波成像的高对比度，并且有效的克服超带宽微波成像直达波的干扰问题，该技术对生物组织的介电性质和磁性质分布进行高分辨和高对比度成像。

结直肠癌是指源于结肠或直肠的恶性肿瘤，全世界的发病率很高，也是我国临床上最常见的恶性肿瘤之一，随着我国居民生活水平不断提高，饮食和生活习惯改变，其发病率逐年上升。结直肠癌早期无明显的临床症状，且缺乏特异性强和敏感度高的检测方法。许多患者确诊时已是晚期，丧失了最佳治疗时机，因此早期诊断结直肠癌变得尤为重要。微波热声成像可以在早期利用肿瘤和正常直肠组织的微波吸收差异将肿瘤和正常的直肠组织区分开来，可以实现对直肠肿瘤的筛查。

发明内容

本发明的目的是提出一种内窥式微波热声成像的检测装置及方法，用于早期结直肠肿瘤的检测，有效进行直肠肿瘤筛查。并且该装置可以拓宽微波热声成像的应用场景，消除从外激发微波不适用于人体内成像的弊端。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

基于单极子套筒天线的微波热声成像方法与装置，所述方法包括以下步骤：

第一步，微波经由脉宽为500ns、脉冲微波源发出重复频率为10Hz的短脉冲微波；

第二步，经由单极子套筒天线调整后的脉冲微波经油囊耦合后辐射到样品上，样品吸收电磁能量瞬间温升膨胀，产生压力波即超声波；

第三步，由Labview控制电机以恒定速度旋转，由3d打印的适配器连接电机的轴和超声换能器，由电机带动超声换能器旋转采集数据。

第四步，超声换能器为主频5M的单元点聚焦探头，超声换能器旋转采集到的热声信号经过信号放大器放大然后被高速数字采集卡采集并保存至计算机。

第五步，运用数据处理程序，呈现出360°直肠内影像图，准确检测直肠的病变部位。

本发明提供了一种内窥式微波热声成像的方法与装置，微波源产生短脉冲微波，经单极子套筒天线辐射出球状微波场，向人体直肠发射脉冲微波信号，利用热声效应激发产生超声波信号；超声换能器用于接收超声波信号并转换成电信号，由步进电机带动超声换能器旋转，实现360°扫描，本发明具有如下的优点及效果:

(1)在热声成像的微波辐射方式上有很大的改进，传统的微波天线尺寸较大，形状多为喇叭形和长方形，无法从人身体内激发微波，单极子套筒天线外观呈直径7.88mm的圆柱形，可直接插入人体，实现从内激发微波，更好适用于直肠环境中对肿瘤检测。