微波計算機斷層X線掃描術

微波，是指頻率從幾百MHz；到幾十GHz範圍內的電磁波，波長的數量級從毫米到米。 它的波長比起 X射線的波長要長得多，它不僅能通過真空而且能夠穿透生物組織。微波 CT就是利用了微波的這個性質，與X射線C一樣，可描繪出體內的圖象。

基本介紹

• 中文名：微波計算機斷層X線掃描術（微波CT）
• 外文名：Microwave computed (computerized) tomography(Microwave CT）
• 專業：醫學成像技術

背景及簡介

CT誕生生於 20世紀 70年代，它是英國工程師Hounsfield CN將計算機技術裝備到原有的普通 X射線成像裝置的產物。 X射線 CT的問世，標誌著醫用臨床成像領域一場深刻技術革命的開始，它不但自身不斷發展和完善，性能和功能不斷改進和提高，同時還促進正電子 CT，核磁共振 CT 和超聲CT的問世。所有這些成就引起了醫學圖像領域更加深刻的技術革命，阻抗 CT和微波 CT的構想也應運而生。

微波是指頻率從幾百MHz到幾十GHz範圍內的電磁波，波長的數量級從毫米到米。微波 CT的構想是 Gregg和 Rao於1978年提出的，此後有很多研究工作者在理論和實驗上做了大量的基礎研究工作。微波 CT技術成為世界上不少國家研究工作的熱點之一，已有多個國家的研究小組先後宣布了他們的研究成果。

縱覽十多年來微波 CT的研究和發展概況。這些研究工作主要包括 ( 1)實驗樣機的建立; ( 2)最佳成像頻率的實驗和選擇; ( 3)關於圖像重建算法的探索。

微波CT種類

• 微波CT可分為主動測定和被動測定兩種類型。
  

主動測定型

主動測定型是利用測 定從外部入射後透過生物體的微波，同 X射線CT等方法一樣實現圖像重建或利用反射回來的微波重建圖像，該方法主要用於獲取形態圖像。目前以研究透射方法為主。

被動測定型

被動測定型是利用由生物體發出的屬於微波範圍內的那一部分電磁波，類似於 SPECT(Single Photo Emission CT）方法那樣來重建圖像，主要用於獲取熱圖像。

• 在形態圖像中，又可分為相當於 X射線透視的相機與CT兩種，熱圖像也可作同樣的分類。
  
• 從圖像數據的採集方法上來說，微波 CT 又可分為透射型和衍射斷層型兩種。
  

透射型微波CT

透射型微波CT通過比較入射被檢生物體前的電磁波信號 ( 標準信號 ) 與透過被測生物體後的電磁波的振幅與相位，使生物體組織對電磁波的電學常數分布圖像化，它是基於傅立葉濾波反投影定理實現圖像重建的。

衍射斷層型微波CT

衍射斷層型微波CT是基於傅立葉衍射定理 的濾波反傳輸的關係來重建圖像的。

工作原理

從發射出來的微波作用到生物體，將有 ：

( 1)直射穿過生物組織的波，又稱為透射波；

微波CT系統

( 2)經生物體衍射和反射從斜偏方向入射來的波；

( 3)投射到生物體內部的微波激勵生物組織，發出屬於微波範圍的電磁波三種方式。

以上三種方式的電磁波都將在接收天線上反映出來，並被信號檢測裝置檢測出來，用以構成不同形式的微波 CT。

基於( 1)工作原理的微波 CT稱為透射型 CT，基於 ( 2)工作原理的微波CT稱為衍射型 CT，以上兩種又統稱為主動型 CT。 基於 ( 3)工作原理的CT稱為被動型 CT。

微波CT的成像特點

由於微波CT採用的是與 X 射線 CT，超聲CT等不同的輻射源來實現生物體成像的，其用於醫學成像主要有以下幾個特點：

(1) 由於微波的吸收主要取決於組織的電導率，因此，同 X射線CT相比，微波CT對軟組織中的肌肉、 脂肪之類電導明顯不同的組織更具識別能力。

(2)因為癌組織與正常組織的微波衰減常數之差遠遠大於X射線吸收係數之差， 微波CT與X射線CT相比更容 易分辨出癌組織。

(3) 與超音波相比，微波CT對肺的診斷有利， 因為超音波在空氣多的組織中衰減很大，一般不能獲得肺的內部圖像，而微波在空氣中的衰減則很小。

(4)因為人體組織的電學常數與溫度有關，利用微波 CT可將體內的溫度變化轉換為圖像。

(5) 在安全方面，由於採用低功率探測輻射，不象 X 射線那樣具有較強的損傷性，其技術源自於通訊領域中 的技術，易於採用且相對便宜。

套用

疾病診斷研究

• 微波醫學成像
  
• 病理學免疫組織化學診斷中的套用
  

利用微波熱效應，促進組織抗原與抗體的結合。

臨床治療中的套用研究

• 腫瘤微波熱療
  

早在30年代，腫瘤學家研究發現，當組織加溫到一定溫度後高溫對人體癌細胞產生顯著的殺傷作用，在與腫瘤治療的其它手段(放療、化療)結合套用時，對放療和化療有明顯的增強作用，微波熱療正在成為惡性腫瘤綜合治療的一個主要治療手段。

• 微波理療
  

微波作為一種理療方法的套用，可用於慢性鼻炎及其它局部慢性炎症的治療。

• 毫米波醫學套用研究
  

毫米波是微波波段的頻率高端，對生物體產生具有重要意義的非熱生物效應。實驗證明毫米波(極高頻電磁波)對生物體的作用為信息效應，主要是基於信息作用機制，並以恢復機體功能破壞為作用方向。

展望

自 1978年微波 CT構想提出之後 ,科學家們從知之甚少到知之較多，從無到有，以長江後浪推前浪之勢,從一個水平提高到另一個水平 ,推出了各式各樣的實驗樣機，提出了多種圖像重建的算法，促進了微波CT的發展。但是 ,由於微波 CT的技術複雜難度較大，有兩個最大的問題需要進一步解決，一個是提高空間解析度的問題 ，再一個是求解重建圖像數據多值性的問題。 但是，我們相信，經過科學家們不懈努力，一定能實現微波 CT的實用化。