長脈沖微波熱聲效應(yīng)的實驗研究

　　微波熱聲效應(yīng)是一種生物組織在微波脈沖信號的照射下向外輻射聲波信號的特殊現(xiàn)象，產(chǎn)生的聲波信號攜帶著生物組織對微波信號的吸收特性，以及生物組織吸收微波能后發(fā)生的一系列生物化學(xué)物理反應(yīng)的變化等信息。本文介紹了電子科技大學(xué)設(shè)計、搭建的一套脈沖寬度6ms，功率約800W 的長脈沖微波熱聲效應(yīng)實驗系統(tǒng)，并介紹了初步實驗研究結(jié)果。結(jié)果表在長脈沖條件下，微波熱聲效應(yīng)與微波的脈沖特性有復(fù)雜的關(guān)聯(lián)性，內(nèi)涵豐富的物理化學(xué)機制，具有很大的潛在研究價值。

　　微波熱聲效應(yīng)(Microwave-Induced　Thermo-Acoustic，MITA)是指生物組織在微波脈沖信號的照射下向外輻射聲波信號的一種現(xiàn)象。這些聲波信號包含生物組織對微波的吸收特性以及生物組織被照射后產(chǎn)生的一系列的生物化學(xué)物理參量變化特性，檢測分析這些聲波信號，就可以獲得生物樣品的信息，因此被認(rèn)為是一種新型的生物樣品檢測技術(shù)。L.V.Wang和Krug研究小組利用MITA 技術(shù)在醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域做了大量的理論和實驗工作，并已成功用于乳腺癌的醫(yī)療診斷中。

　　目前，微波熱聲效應(yīng)研究中通常采用的微波信號的特性如下，中心頻率2.45GHz，脈沖寬度0.5～2.0μs，峰值功率10～40kW，因此傳統(tǒng)的微波熱聲效應(yīng)中微波脈寬較短。本文介紹了電子科技大學(xué)設(shè)計、搭建的一套脈沖寬度6ms，功率約800W的長脈沖微波熱聲效應(yīng)實驗系統(tǒng)，并介紹了初步實驗研究結(jié)果。

1、微波熱聲效應(yīng)原理

　　生物組織在微波的脈沖照射下，內(nèi)部的極性分子會以極高的頻率隨微波振動摩擦，瞬間快速的摩擦?xí)�產(chǎn)生大量的熱量，進而導(dǎo)致生物組織溫度迅速升高，而溫度迅速升高又會引發(fā)生物組織的迅速膨脹繼而發(fā)生機械振動，產(chǎn)生微波熱致聲波信號。原理如圖1所示，這些信號攜帶著生物組織對微波吸收特性。

圖1　微波熱聲效應(yīng)原理圖

　　在微波脈沖信號的照射下，生物組織由于電參數(shù)不同，對微波能的吸收也不同，因此會導(dǎo)致生物組織加熱時受熱不均勻。正是由于這種受熱不均，生物組織在形體上產(chǎn)生熱膨脹，這種彈性膨脹會產(chǎn)生壓力波(即熱生信號)。熱生信號由組織內(nèi)向四周傳播，最后被超聲波探測器探測。熱生信號轉(zhuǎn)換為壓電信號，生物組織的信息最終可由壓電信號來表征。

總結(jié)

　　本文介紹了電子科技大學(xué)設(shè)計、搭建的一套脈沖寬度6ms，功率約800W 的長脈沖微波熱聲效應(yīng)實驗系統(tǒng)，并介紹了初步實驗研究結(jié)果。通過對大量生物樣品進行實驗，分析實驗結(jié)果總結(jié)得到以下規(guī)律：

　　(1)以豬肉為代表的肉類生物樣品，其微波熱聲信號明顯，其頻譜主要集中在250kHz附近。

　　(2)以萵筍為代表的蔬菜生物樣品，也有微波熱聲信號，但信號相對肉類生物樣品的偏弱，頻譜主要分布在90kHz，250kHz和330kHz周圍，呈多頻分布。

　　(3)實驗中未檢測到液體以及含水量豐富的固體食品的微波熱聲信號。

　　(4)聲波信號的脈沖寬度較窄，小于微波的脈沖寬度。

　　實驗結(jié)果表明，微波激勵不同類型的生物樣品產(chǎn)生的聲波信號不同，并且在長脈沖微波激勵下，聲波信號的脈沖寬度小于微波的脈沖寬度這與傳統(tǒng)的微波熱聲效應(yīng)理論并不十分吻合，因此有待開展進一步研究分析其機理。