【摘 要】
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热声成像技术（Thermoacoustic tomography,TAT）是一种近年来新兴的非侵入式医学成像技术。它结合了微波成像的高对比度和超声成像的高分辨率,使其在商业应用上具有良好的前景。热声成像技术的成像过程可以概括为:将成像目标置于电磁脉冲辐射区域内,成像目标吸收电磁能量后产生机械振动并向外传播超声波,经过传感器采集后,即可通过反演技术重构得到成像目标的结构信息。由于成像过程涉及多种物理
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热声成像技术（Thermoacoustic tomography,TAT）是一种近年来新兴的非侵入式医学成像技术。它结合了微波成像的高对比度和超声成像的高分辨率,使其在商业应用上具有良好的前景。热声成像技术的成像过程可以概括为:将成像目标置于电磁脉冲辐射区域内,成像目标吸收电磁能量后产生机械振动并向外传播超声波,经过传感器采集后,即可通过反演技术重构得到成像目标的结构信息。由于成像过程涉及多种物理过程,成像环境的电导率、声速、密度等参数都会对成像结果造成影响,一般认为环境的物理参数是均匀的以降低反演算法的复杂度。但在复杂目标成像中,由于热声信号的传播与声速分布密切相关,声速分布的非均匀性导致热声成像系统的成像能力降低。在本文中,针对声速分布的非均匀性,提出了一种新方法降低其对成像能力的影响;针对电磁激励引起的电磁兼容问题提出了一种简要的解决方法,并探究了甚高频热声成像系统在非均匀环境中的成像能力。本文的主要内容与创新点如下:（1）针对声学分布非均匀性引起的成像失焦,本文提出了基于基追踪的非均匀声速分布估计方法。本方法通过图像处理得到稀疏谱,在此基础上自适应的求解聚类的数量与中心,并更新声参数分布图。在数值仿真和基于本课题组的微波热声成像实验中,本算法在低信噪比热声信号的条件下对提高热声图像对比度、消除图像伪影起到了明显的效果。（2）针对自聚焦声速估计方法中尚无统一的聚焦函数来量化热声图像聚焦程度的问题,本文提出了一种新的聚焦函数。本文所提聚焦函数将声参数和电参数结构的量化特性作为迭代指标,来说明声速估计算法对声速非均匀的抑制程度。通过与本文所提声速估计方法的结合,该自聚焦条件在数值仿真和热声成像实验中保证了最终输出的热声图像与声参数分布的一致性,并且不会显著增加计算资源负担。（3）针对VHF热声成像系统中超声探头受到严重串扰影响的问题,本文采用合金电磁屏蔽膜的方法降低串扰对超声传感器的影响。仿真结果显示,合金电磁屏蔽膜能有效降低串扰对超声探头的影响。以生物样本为成像目标的热声实验验证了合金电磁屏蔽膜的屏蔽效能,并在此基础上对成像系统的成像能力进行了探究。
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