信息学院王雄课题组在成像领域取得两项重要成果

ON2021-05-06CATEGORY科研进展

信息学院智能医疗信息研究中心王雄课题组(电磁声学成像实验室)专注于电磁声学混合成像,癌症的微波及超声波聚焦热疗,并探索微波毫米波太赫兹成像,以及电磁波和声波超表面等方面的研究。近日,该研究组在电磁声学成像领域取得系列进展。

基于压缩感知热声成像的聚焦微波热疗系统

近年来,新型的非侵害聚焦式乳腺癌微波热疗技术受到广泛关注和研究。王雄课题组开发了基于压缩感知热声成像监控技术的聚焦式微波乳腺癌热疗的原型系统,并做了大量乳房假体的实验验证,为精准无创的乳腺癌治疗提供了全新的技术方案。该成果以”A Preclinical System Prototype for Focused Microwave Breast Hyperthermia Guided by Compressive Thermoacoustic Tomography”为题在生物医学工程领域期刊IEEE Transactions on Biomedical Engineering上在线发表。

课题组搭建了一套完整的实验系统来验证该技术的效果。系统包含了自主设计制造的微波贴片天线阵列,超声换能器阵列,多通道微波功率源,和配套的实验数据采集分析设备。多个假体和生物组织样品用来测试系统的微波聚焦及监控性能,每个样品中嵌入一个1cm大小的肿瘤假体。实验结果表明,热声成像得到的图像可以可靠地重现样品内微波功率的分布情况,通过多次迭代可以在肿瘤处得到直径小于1cm的聚焦斑,证明了该技术可用于监测样品中的微波功率分布,并引导整个微波聚焦过程从而实现实时监控。

该成果为低成本无创乳腺肿瘤治疗的临床应用奠定了基础,也对诸如通过造影剂增强热疗疗效、热激活药物输送和术后辅助治疗等其他研究提供了全新的解决方案,同时该技术也适用于其他种类的肿瘤和疾病治疗。


图| 临床系统示意图、整体实验系统、样品与实验结果


信息学院2018级硕士研究生李嘉年为文章的第一作者,王雄为通讯作者,上科大为唯一完成单位。该研究得到了上科大启动经费、国家自然科学基金、毫米波国家重点实验室开放项目、上海军民融合发展专项计划等的大力支持。

文章链接:https://ieeexplore.ieee.org/document/9366382/


基于微波空间波调制器的单传感器压缩成像技术用于探测轨道角动量

传统的近场机械扫描技术是测量微波、毫米波、太赫兹轨道角动量波束的最常用方法,但是近场扫描的空间步长需要设置的足够小来保证测试精度,因而导致非常耗时,并且高精度的扫描台增加了测量系统的成本与体积。王雄课题组提出了一种应用单传感器压缩成像表征微波轨道角动量(OAM)波束的技术,该技术相比传统的机械扫描测试方法显著提高了时间效率、降低了成本并减小了系统尺寸。该成果以”Characterization of Orbital Angular Momentum Applying Single-Sensor Compressive Imaging Based on a Microwave Spatial Wave Modulator”为题在天线和微波领域期刊IEEE Transactions on Antennas and Propagation上在线发表。

研究人员利用微波频段的可编程超表面实现微波空间波调制器,生成随机二维掩模图案并调制被测OAM波束。一阶和二阶的微波频段OAM波束用来验证系统的效果,最后获得的结果显示被测OAM波束的相位和幅度分布均获得高质量的恢复,也证实了该技术的有效性,同时为后续研究奠定了理论和实验基础。

课题组提出的这一新技术,不仅有效节省了轨道角动量测量的实验时间和成本,而且可以在众多相关领域,如微波毫米波检测与实时成像、以及基于轨道角动量的大容量无线通信等方面找到潜在应用。


图| 实验原理、实验装置系统与成像结果图


该项工作由上科大与清华大学合作完成,上科大信息学院2020届硕士生林湛松是第一作者,王雄和清华大学杨帆为共同通讯作者。亚博意甲联赛赞助|首页欢迎您是第一完成单位,该项研究得到了上科大启动经费和国家自然科学基金的支持。

文章链接:https://ieeexplore.ieee.org/document/9397381