早期乳腺癌超宽带微波检测系统

论文摘要

利用频段在10GHz以下、带宽达数GHz的超宽带微波信号进行早期乳腺癌探测,可以实现高分辨率成像,保证必要的探测深度,并提供所需的探测灵敏度,故而超宽带微波成像技术在早期乳腺肿瘤的近场探测成像中广受重视,并有望成为安全实用的早期乳腺癌常规检测手段。面向未来超宽带微波肿瘤探测应用,本文研制了超宽带探头,搭建了一套超宽带微波成像实验系统,并进行了近场目标超宽带微波成像以及目标响应特性提取的初步实验研究。论文首先简介了超宽带微波用于早期乳腺肿瘤探测的物理基础,分析了早期肿瘤探测成像对超宽带微波系统的要求。在此基础上,设计并试制了三款结构紧凑的超宽带微波探头,实测结果表明,它们均具有超宽带工作特性,可工作于1.36GHz-20GHz的超宽带微波频率范围内,能满足包括早期乳腺癌检测在内的超宽带微波近场探测成像的要求。其中一款探头采用收/发天线组合结构,更便于系统校准。然后,基于已有的超宽带脉冲源、高性能采样示波器,配以自行研发的超宽带收/发组合探头、脉冲触发与数据采集控制模块,研制了一套超宽带微波近场成像实验系统。通过改变探头的位置,采集多组在不同发射角度下的目标回波信号,对信号进行分析处理,去除直达波等环境因素影响,利用微波共焦成像算法进行目标成像。对嵌于聚氯乙烯泡沫中直径为10mm的片状金属目标的成像结果表明,本成像系统能给出目标大小和位置等信息,所使用成像方案具有较高的可行性,为下一步研制应用于早期乳腺癌检测的超宽带微波成像系统奠定了基础。最后,尝试利用实验系统对金属目标的探测数据及与金属目标同等大小的肌肉和脂肪组织目标的探测数据,依据改进的Prony方法提取它们的特征奇点,并且与仿真信号提取的目标特征奇点作了比较,结果表明不同目标,不同位置处目标的特征奇点值不同,从而达到目标识别的目的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 乳腺癌检测的重要意义及背景
• 1.2 早期乳腺癌检测的主要方法
• 1.3 早期乳腺癌的超宽带微波成像检测技术
• 1.3.1 被动微波成像方法
• 1.3.2 微波与超声波混合成像法
• 1.3.3 主动微波成像法
• 1.4 论文的主要工作及结构安排
• 1.4.1 论文的主要工作
• 1.4.2 文章结构安排
• 1.5 本章小结
• 第二章 乳腺癌超宽带微波检测的物理基础
• 2.1 乳房的结构特点
• 2.2 乳房组织的电磁特性
• 2.3 超宽带微波成像用于早期乳腺癌检测的可行性
• 2.4 本章小结
• 第三章 可用于近场目标探测的新型超宽带微波探头设计
• 3.1 描述超宽带天线的参数
• 3.2 超宽带信号辐射性要求
• 3.3 用于近场目标探测的新型超宽带微波探头设计
• 3.3.1 带有U形反射面辅助回路的超宽带探头设计
• 3.3.2 回路加载的角锥形喇叭探头设计
• 3.3.3 新型组合超宽带探头设计
• 3.5 本章小结
• 第四章 超宽带微波近场目标探测原理
• 4.1 微波共焦成像的基本原理
• 4.2 共焦成像算法流程
• 4.2.1 校准
• 4.2.2 积分
• 4.2.3 计算时延
• 4.2.4 聚焦
• 4.3 成像程序
• 4.4 仿真成像结果
• 4.5 本章小结
• 第五章 超宽带微波近场目标探测实验
• 5.1 超宽带微波近场目标探测成像实验系统组成
• 5.1.1 脉冲源
• 5.1.2 信号采集装置
• 5.1.3 收发分离的超宽带探头
• 5.1.4 超宽带仿真控制仪
• 5.1.5 系统工作过程
• 5.2 单目标成像
• 5.2.1 试验设备
• 5.2.2 成像区域划分
• 5.2.3 信号采集过程
• 5.2.4 目标信号处理
• 5.2.5 成像结果及分析
• 5.3 多目标成像
• 5.4 超宽带成像的分辨率分析
• 5.4.1 系统分辨率评估
• 5.4.2 对影响分辨率的几个因素的分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 基于SEM奇点提取的近场目标识别的初步探讨
• 6.1 SEM奇点展开法原理
• 6.2 SEM奇点展开法的电磁学基础
• 6.3 SEM奇点提取算法——Prony方法及其改进
• 6.3.1 传统Prony方法的基本原理
• 6.3.2 改进的Prony方法
• 6.4 Prony方法提取空气中目标信号特征奇点
• 6.5 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 论文总结
• 7.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文和科研情况