微波近場回波的醫(yī)學(xué)成像方法研究.pdf

1、乳腺癌近場微波成像技術(shù)是根據(jù)乳腺癌組織和正常乳腺組織的介電常數(shù)的差異，經(jīng)微波照射獲得目標組織回波，通過分析回波的特性，進而確定探測目標的特性；并通過對多個探測點的數(shù)據(jù)進行聯(lián)合分析，反演計算得出乳腺內(nèi)部的介電常數(shù)特性分布，進而顯示成像的技術(shù)。微波具有探測功率小(mW級)、對人體無害等優(yōu)點，這一技術(shù)在目前乳腺疾病高發(fā)的背景下作為健康普查輔助手段具有很好的應(yīng)用前景。
　　 由于微波穿過不均勻介質(zhì)時的復(fù)雜散射特性，使得微波散射波和乳腺內(nèi)

2、部組織的電磁特性參數(shù)之間呈非線性關(guān)系。這種非線性關(guān)系使得通過組織散射回波來解決組織特性定性問題變得相對復(fù)雜。論文將從乳腺組織的電磁特性研究出發(fā)，建立適合活體乳腺組織的介質(zhì)模型，以此來分析微波在乳腺組織中的傳播。同時應(yīng)用電磁理論知識對微波在乳腺中的傳輸機制作出評估，得到傳輸上下限估值關(guān)系，并利用實驗對其作出驗證。最后提出適合于近場環(huán)境下乳腺組織對微波傳輸作用機制而形成數(shù)據(jù)的處理方法。
　　 論文以乳腺介質(zhì)模型為討論的基礎(chǔ)，沿乳腺組

3、織介質(zhì)模型.信號激勵數(shù)據(jù)獲取模型-多數(shù)據(jù)聯(lián)合計算成像模型.數(shù)據(jù)處理計算綜合平臺的技術(shù)路線進行組織，并對每個具體環(huán)節(jié)做詳細的探討。論文討論的內(nèi)容主要包括以下幾個方面：
　　 第一，在乳腺介質(zhì)模型上，將基于前人研究的基礎(chǔ)，結(jié)合活體乳腺組織的特點提出適合于實際計算的乳腺介質(zhì)模型，并詳細討論該乳腺介質(zhì)模型的計算及其實驗驗證的過程，找出適合于實際計算環(huán)境的數(shù)據(jù)處理辦法。在模型計算討論中，首先從非均勻介質(zhì)中電磁場特點出發(fā)，利用組織本身的非磁

4、性特點，推導(dǎo)乳腺組織介質(zhì)中電磁場方程的關(guān)系。其次對近場區(qū)組織和電磁場之間的作用關(guān)系的上下限做出評估，為后文的數(shù)據(jù)處理給出理論依據(jù)。最后，論文通過設(shè)計實驗來檢驗以上模型理論和實踐的符合程度。
　　 第二，以乳腺介質(zhì)模型為基礎(chǔ)，討論進入活體乳腺的微波激勵和數(shù)據(jù)獲取模型機制。本部分將詳細討論針對單采樣點獲取信號的方法。針對實際信號的特點提出了適合于該類信號處理的四周期迭代算法；利用實際系統(tǒng)本身的狀態(tài)提出輔助信號的處理技術(shù)；設(shè)計相應(yīng)的實

5、驗驗證數(shù)據(jù)提取的效果；并在實驗的基礎(chǔ)上，進一步提出近場環(huán)境下微波在乳腺內(nèi)部傳輸數(shù)據(jù)補償?shù)年P(guān)系。為多數(shù)據(jù)聯(lián)合計算時，數(shù)據(jù)間的整合提供理論和實驗依據(jù)。
　　 第三，以單采樣點數(shù)據(jù)整合為基礎(chǔ)，對多個采樣數(shù)據(jù)進行聯(lián)合分析計算，論文從計算空間模型出發(fā)，按照先簡單后復(fù)雜，先考慮線性計算后考慮非線性計算的思路，先后對幾種可能的計算模型進行分析，并在相應(yīng)的仿真計算結(jié)果的基礎(chǔ)上討論算法的計算效果。在線性算法方面，通過對傅里葉變換反演方法、奇異函數(shù)

6、希爾伯特方法和二維線性疊加重建算法等算法的討論，找出線性化方法在實際近場反演計算應(yīng)用中的限制，為在實際的整合計算中提出解決的辦法提供參考。論文在綜合前面線性計算經(jīng)驗基礎(chǔ)上，提出數(shù)據(jù)的回填迭代算法，通過對回填誤差關(guān)系的考察，利用動力學(xué)系統(tǒng)不動點理論對算法的收斂特性進行討論。最后，從雷達輪廓函數(shù)獲取的角度，考慮到組織散射背景的作用，在引入最小作用原理基礎(chǔ)上，對探測的三維目標空間進行嘗試背景逐層剝離反演重建。為多采樣點數(shù)數(shù)據(jù)聯(lián)合計算提供一個較

7、完備的理論基礎(chǔ)。
　　 第四，在多點計算模型基礎(chǔ)上，對實際的數(shù)據(jù)計算過程進行綜合分析。結(jié)合實際的采樣需求，先設(shè)計了“刀肉”實驗，在對實際系統(tǒng)的參數(shù)和實驗數(shù)據(jù)計算的系統(tǒng)參數(shù)之間進行逆向驗證的基礎(chǔ)上，對比已知的目標空間參數(shù)和計算得到的結(jié)果參數(shù)之間的關(guān)系，分析誤差的可能來源，優(yōu)化實際采樣時的操作過程，進而優(yōu)化從單點數(shù)據(jù)到顯示成像的數(shù)據(jù)處理流程。為搭建實際數(shù)據(jù)計算處理平臺提供可靠的理論和實驗的基礎(chǔ)。
　　 第五，在整合多點數(shù)據(jù)處