采用经直肠线性阵列结合自旋转扫描技术及空间孔径角度抑制技术的大场三维微波诱导热声成像

《IEEE Journal of Electromagnetics, RF and Microwaves in Medicine and Biology》：Large-Field 3-D Microwave-Induced Thermoacoustic Imaging Using Transrectal Linear-Array Combined Self-Rotating Scanning and Spatial Aperture Angle Suppression

本研究针对自旋转线阵探头三维微波诱导声学成像（MITAI）中收发孔径受限导致的严重伪影问题，提出两种三维重建方法：二维切片后处理结合三维点云映射和全波场虚拟二维圆柱孔径的三维DAS波束形成。前者通过多阈值门控、相干因子加权等技术优化二维重建，再经几何映射生成三维数据；后者利用旋转多角度数据构建虚拟大孔径，直接计算三维空间声场传播延时实现无伪影重建。实验显示该系统轴向和横向分辨率分别达到0.737mm/0.924mm和0.966mm/0.979mm，显著优于传统方法。

　　

摘要：

微波诱导的热声成像（MITAI）利用长波微波激发，实现了比基于激光的方法更深的组织穿透能力和更广的成像区域。腔内MITAI特别具有吸引力，因为微波激发可以在体外进行，同时还能重复使用传统的超声探头，这使得三维（3-D）腔内MITAI在概念上非常简单且高度可行。然而，基于自旋转经直肠线性阵列探头的3-D MITAI由于在旋转和高度方向上接收孔径有限，会产生严重的伪影，从而大幅降低图像质量。为了解决这个问题，我们设计了一个采用经直肠腔内线性阵列探头的3-D MITAI框架，该探头能够完成360°的自旋转，并提出了两种3-D图像重建策略：（1）一种快速方法，基于二维（2-D）切片后处理和直接3-D点云映射技术。对于每个旋转角度，多通道射频（RF）数据分别通过2-D延迟求和（DAS）结合带通滤波、深度窗口控制、相干因子（CF）加权、环形缓冲检测和多阈值处理进行重建，之后将–截面中的干净像素几何映射到3-D体素或点云中，以实现高效的3-D重建；（2）一种全波场方法，将旋转过程中获取的多角度数据视为虚拟的二维圆柱形孔径，明确计算每个3-D空间体素到所有虚拟元素的传播延迟，并进行3-D DAS波束成形，从而获得有效抑制孔径限制伪影的体积数据集。初步实验结果表明，所提出的系统在两个方向上的横向分辨率为0.924毫米和0.979毫米，轴向分辨率为0.737毫米和0.966毫米...

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