热声成像（Thermoacoustic Tomography,TAT）是一种新型的非侵入式成像技术,与传统的成像手段对比,它具有高分辨率、高对比度、低成本、无电离辐射的优点。热声成像的物理机理可以概括为:生物组织在短脉冲的激励下吸收电磁能量并产生热量,导致自身热膨胀并引发机械振动产生超声波。超声波被在布置在生物组织附近的超声探头所接收,经过放大和其他后处理步骤之后被用于图像的重构。在不同频率激励下的热声成像对比度的来源有一些差别,对于甚高频（Very High Frequency,VHF）来说,生物组织的离子电导率是图像对比度的主要来源,这一特性可以用于解决微波热声成像对含水量较多的生物软组织成像的低对比度问题。除此之外,VHF电磁波波长较长,具有更好的成像深度。本文针对甚高频热声成像中的关键技术进行了研究,主要内容和创新点包括:1.用于VHF热声成像中多物理场一体化仿真的精确人体乳房模型建立为了提供一种更为接近临床试验的仿真模型,本文提出了一种精确的人体乳房组织的构建方法。模型主要包括三个部分:组织的空间结构、电磁模型和声速模型。对于空间结构,本文基于MRI断层影像对人体组织进行了3D模型重建,最终获取的模型不仅在轮廓上与MRI影像相符合,而且还原了其内部的精细结构。对于电磁参数的建模则采用多级Cole-Cole模型来推算VHF频段的生物组织电磁参数。而对于组织的声速,则采用软组织中密度与声速的关系模型来进行推算。该建模方法具有一般性,理论上可以对任意具有完整影像数据的组织进行建模,可以为生物组织的各类物理仿真提供精确的模型。2.VHF热声成像系统的多物理场一体化仿真框架构建为了通过仿真手段研究VHF下的热声成像,本文构建了相应的一体化仿真框架,包括:成像场景的构建和设置、热声成像多物理场正演和热声图像反演。通过耦合装置的设计、耦合液的选择、超声探头的布置等完成了对于成像场景的构建,并采用时域有限积分算法（Finite Integration Time Domain,FITD）和伪谱算法（Pseudo Spectrum,PS）分别进行正演过程中的电磁计算和声场计算,最后通过时间反转镜（Time Reversal Mirror,TRM）来完成图像的重构。该框架包含了完整的热声成像中的多物理过程,提供了一种研究热声技术的仿真平台。3.基于VHF一体化仿真框架的热声成像影响因素研究本文在仿真框架的基础上开展了对于VHF热声成像的仿真研究,着重研究和分析了激励频率和电场方向对于成像结果的影响,说明了频率升高和电场的线极化所带来的生物组织能量吸收不均匀的问题。最后针对于此问题提出了相应的系统改进方案,包括:变更激励方式为圆极化和改进线极化耦合装置的安装平台,并通过仿真的方式验证了两种方案的在改善线极化天线激励的组织能量吸收不均匀问题的可行性。4.应用于VHF热声成像系统的宽带小型化的耦合天线的设计为了满足不同输出特性的VHF热声激励源,本文进行了相应的宽带小型化的耦合天线的设计。通过对VHF激励源的波形和频谱的分析,提出了应用于该系统的耦合装置的设计要点。在此基础上,提出了两种应用于VHF的热声成像的宽带天线设计方案:螺旋天线和对踵Vivaldi天线,针对于Vivaldi天线,进行了天线的小型化和低频部分反射系数的改善。仿真结果显示,天线在低频处的匹配良好且具有宽带特性。最后,通过对于Vivaldi天线功率容量和一体化仿真的分析验证了该天线应用于热声系统的可行性。5.VHF激励下的热声成像实验探究为了从实验的角度研究VHF激励用于热声成像系统的可行性,本文进行了使用无载波高压脉冲为激励的实验探究。实验基于现有的高压电源搭建了VHF原型热声系统:耦合装置为螺旋天线,耦合液使用去离子水并分别以盐水管和金属丝作为目标,采用两种不同聚焦类型的超声探头进行了实验研究,最后分析了实验结果并给出了后续的改进方向。