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利用共焦成像技术检测早期乳腺肿瘤

作　者: 范尊
导　师: 肖夏
学　校: 天津大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 共焦成像法 微波近场成像 时域有限差分法 波束成型算法
分类号: R737.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 21次
引　用: 1次
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内容摘要


乳腺癌是危害妇女健康的主要恶性肿瘤之一,其发病率正在逐年上升。乳腺癌的早期检测和诊断可以有效地实施手术切除以及相应的治疗,这对于保留病人的生命至关重要。因此,早期乳腺肿瘤成像技术已成为当前国内外医疗影像界研究的一个焦点。微波频段下正常乳房组织和恶性肿瘤组织的介电常数和电导率差异甚大,这一特性奠定了微波近场检测乳腺肿瘤的物理基础。以UWB (Ultra Wide Band,超宽带脉冲)雷达技术为基础的微波近场乳腺肿瘤检测具有电磁信号辐射能量低、目标信息携载量大等优点,能提供毫米级、高分辨率的目标定位精度。为安全、快速、准确地检测早期乳腺肿瘤提供了技术上的可能,是一种颇有潜力的早期乳腺癌检测技术。本论文中首先给出了早期乳腺肿瘤的定义,并且介绍了目前常用的几种乳腺肿瘤检测方法,以及国内外相关技术的发展情况。然后介绍了生物组织的介电特性、乳房组织结构、乳房组织的电磁特性等,并阐述了微波成像的原理。然后给出了我们在实验中建立的乳房组织模型,以便于后面的讨论,并介绍了时域有限差分法(FDTD)的原理。在成像部分,分别介绍了共焦成像算法和波束成型算法。最后,用以FDTD为基础的共焦成像算法对成像进行了仿真研究,探讨了不同的发射信号脉冲对成像效果的影响、不同中心频率的发射信号对成像效果的影响,成像分辨率与肿瘤位置的关系,色散介质对成像结果的影响,在乳房组织中加入腺体时的成像情况,最终成像结果表明该方法能很好地应用于早期乳腺癌的检测中。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章 绪论  7-15
  1.1 微波近场条件下乳腺肿瘤检测方法的应用背景  7-8
  1.2 常用的早期乳腺肿瘤检测方法  8-10
    1.2.1 早期癌的定义  8
    1.2.2 目前常用的诊断方法  8-10
  1.3 UWB近场检测乳腺肿瘤方法的提出  10-12
    1.3.1 近红外线扫描技术  11-12
    1.3.2 低频电磁场扫描技术  12
    1.3.3 微波扫描技术  12
  1.4 乳腺肿瘤的国内外发展现状与面临问题  12-13
  1.5 本文研究意义和内容安排  13-15
第二章 UWB微波近场检测乳腺肿瘤机理  15-24
  2.1 UWB信号概述  15-17
    2.1.1 UWB信号的定义  15-16
    2.1.2 UWB信号的特点  16
    2.1.3 UWB脉冲检测在生物医学领域的优势  16-17
  2.2 UWB脉冲信号获取乳房组织信号的机理  17-19
    2.2.1 人体乳房组织的位置  17
    2.2.2 乳房组织的电磁特性  17-19
    2.2.3 正常乳房组织和肿瘤组织的特性差异  19
  2.3 微波成像原理  19-23
  2.4 本章小结  23-24
第三章 乳腺肿瘤检测模型和FDTD仿真  24-33
  3.1 基于二维乳房组织模型的乳腺肿瘤检测方案  24-25
    3.1.1 乳房模型的建立  24
    3.1.2 天线设置  24-25
  3.2 FDTD仿真  25-32
    3.2.1 FDTD简介  25
    3.2.2 FDTD的基本原理  25-28
    3.2.3 Maxwell 旋度方程的有限差分表示  28-31
    3.2.4 FDTD的特点  31-32
  3.3 本章小结  32-33
第四章 UWB近场检测乳腺肿瘤的成像算法  33-43
  4.1 微波近场检测的共焦成像算法  33-35
    4.1.1 算法原理  33-34
    4.1.2 算法实现的步驟  34-35
  4.2 电磁波在人体中的传播  35-37
    4.2.1 传播速度计算  36-37
  4.3 波束成型算法  37-41
    4.3.1 算法简介  37-38
    4.3.2 波束成型的基本原理  38-41
  4.4 介质透镜技术  41-42
  4.5 本章小结  42-43
第五章 实验结果分析与算法改进.  43-60
  5.1 微波成像检测方案  43-52
    5.1.1 发射信号源的选择  43-46
    5.1.2 信号源中心频率的选择  46-47
    5.1.3 实验过程仿真  47-51
    5.1.4 肿瘤的位置对成像效果的影响  51-52
  5.2 肿瘤反射信号的处理  52-55
    5.2.1 信号的积分  52-54
    5.2.2 信号的聚焦  54-55
  5.3 在色散条件下的仿真结果和分析  55-58
    5.3.1 色散的定义  55-56
    5.3.2 色散条件下无肿瘤时的成像效果  56-57
    5.3.3 色散条件下有肿瘤时的成像效果  57-58
    5.3.4 关于图像分辨率的讨论  58
  5.4 组织中加入腺体时的仿真效果  58-59
  5.5 本章小结  59-60
第六章 总结与展望  60-62
参考文献  62-66
发表论文和参加科研情况说明  66-67
致谢  67

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中图分类: > 医药、卫生 > 肿瘤学 > 泌尿生殖器肿瘤 > 乳腺肿瘤
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