微波熱聲效應(yīng)是一種生物組織在微波脈沖信號(hào)的照射下向外輻射聲波信號(hào)的特殊現(xiàn)象，產(chǎn)生的聲波信號(hào)攜帶著生物組織對(duì)微波信號(hào)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(jì)、搭建的一套脈沖寬度6ms，功率約800W 的長(zhǎng)脈沖微波熱聲效應(yīng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，并介紹了初步實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果。結(jié)果表在長(zhǎng)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(jī)制，具有很大的潛在研究?jī)r(jià)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(hào)的照射下向外輻射聲波信號(hào)的一種現(xiàn)象。這些聲波信號(hào)包含生物組織對(duì)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(cè)分析這些聲波信號(hào)，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(cè)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(shí)驗(yàn)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(hào)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(jì)、搭建的一套脈沖寬度6ms，功率約800W的長(zhǎng)脈沖微波熱聲效應(yīng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，并介紹了初步實(shí)驗(yàn)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(huì)以極高的頻率隨微波振動(dòng)摩擦，瞬間快速的摩擦?xí)�產(chǎn)生大量的熱量，進(jìn)而導(dǎo)致生物組織溫度迅速升高，而溫度迅速升高又會(huì)引發(fā)生物組織的迅速膨脹繼而發(fā)生機(jī)械振動(dòng)，產(chǎn)生微波熱致聲波信號(hào)。原理如圖1所示，這些信號(hào)攜帶著生物組織對(duì)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(hào)的照射下，生物組織由于電參數(shù)不同，對(duì)微波能的吸收也不同，因此會(huì)導(dǎo)致生物組織加熱時(shí)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(huì)產(chǎn)生壓力波(即熱生信號(hào))。熱生信號(hào)由組織內(nèi)向四周傳播，最后被超聲波探測(cè)器探測(cè)。熱生信號(hào)轉(zhuǎn)換為壓電信號(hào)，生物組織的信息最終可由壓電信號(hào)來(lái)表征。

總結(jié)

　　本文介紹了電子科技大學(xué)設(shè)計(jì)、搭建的一套脈沖寬度6ms，功率約800W 的長(zhǎng)脈沖微波熱聲效應(yīng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，并介紹了初步實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果。通過(guò)對(duì)大量生物樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果總結(jié)得到以下規(guī)律：

　　(1)以豬肉為代表的肉類(lèi)生物樣品，其微波熱聲信號(hào)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(hào)，但信號(hào)相對(duì)肉類(lèi)生物樣品的偏弱，頻譜主要分布在90kHz，250kHz和330kHz周?chē)�，呈多頻分布。

　　(3)實(shí)驗(yàn)中未檢測(cè)到液體以及含水量豐富的固體食品的微波熱聲信號(hào)。

　　(4)聲波信號(hào)的脈沖寬度較窄，小于微波的脈沖寬度。

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，微波激勵(lì)不同類(lèi)型的生物樣品產(chǎn)生的聲波信號(hào)不同，并且在長(zhǎng)脈沖微波激勵(lì)下，聲波信號(hào)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(kāi)展進(jìn)一步研究分析其機(jī)理。