基于左手化媒质平板透镜的早期乳腺癌检测成像及微波热疗技术研究

摘要

左手化媒质(Left Handed Material，LHM)是一种介电常数和磁导率同时为负的新型电磁材料，由于其新颖独特的电磁特性及广阔的应用前景近年来受到了广泛的关注。在对左手化媒质众多潜在应用的讨论中，基于左手化媒质平板透镜的聚焦成像及其相关应用是目前最为活跃的研究课题之一。 本文深入地研究了左手化媒质平板透镜的聚焦理论，提出了基于左手化媒质平板透镜的早期乳腺癌扫描检测成像及微波热疗方案，并借助于二维FDTD仿真方法对方案的可行性进行了论证。 仿真结果显示，使用左手化媒质平板透镜不但可以在模拟有耗组织中实现对发自点源的微波信号的聚焦，还可以对目标的后向散射电磁波进行再聚焦同时可获得较高的散射信号增益，因此利用左手化媒质平板透镜，无需调整透镜，即可实现对早期乳腺肿瘤的探测成像。另一方面，由于左手化媒质平板透镜具有良好的聚焦分辨率，并且在有效聚焦范围内，可通过改变发射天线/源的位置有效地控制聚焦区域，所以利用左手化媒质平板透镜进行微波热疗，能够将电磁能量准确地聚焦在肿瘤组织区域而避免其他正常组织细胞因过热造成损伤。上述两方案无需复杂的成像算法和信号处理过程，因此是颇有潜力的肿瘤检测及微波热疗方法。 随着人们在实现左手化媒质的人工技术上所取得的巨大突破，左手化媒质平板透镜在实际肿痛检测与微波热疗中可望得到良好的应用。

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第一章 绪论

§1.1左手化媒质概述

§1.2左手化媒质平板透镜的聚焦特性简介

§1.3左手化媒质平板透镜的应用

§1.4 FDTD仿真中的左手化媒质建模

§1.5本文主要研究内容

第二章 左手化媒质平板透镜的聚焦特性

§2.1 左手化媒质平板透镜实现超分辨率聚焦原理

§2.2影响聚焦分辨率的主要因素

§2.3 关于分辨率定义的说明

§2.4左手化媒质平板透镜对肿瘤目标后向散射信号的影响

§2.4.1透镜的长度对目标后向散射信号聚焦的影响

§2.4.2透镜的厚度对目标后向散射信号聚焦的影响

§2.4.3乳房组织不均匀度后对目标后向散射信号聚焦的影响

§2.5 本章小结

第三章 基于左手化媒质平板透镜的早期乳腺癌检测

§3.1 早期乳腺癌的微波检测

§3.2左手化媒质平板透镜对肿瘤目标的正交扫描探测

§3.2.1 均匀乳房组织中对单肿瘤目标的正交扫描检测

§3.2.2均匀乳房组织中对双肿瘤目标的正交扫描探测

§3.2.3 不均匀乳房组织中的正交扫描探测

§3.3本章小结

第四章 基于左手化媒质平板透镜的微波热疗

§4.1微波热疗简介

§4.2生物热传导方程的有限差分实现

§4.3基于左手化媒质平板透镜的早期乳腺癌微波热疗

§4.3.1方案的选择

§4.3.2均匀组织模型下的微波热疗仿真

§4.3.3 不均匀组织模型下的微波热疗仿真

§4.4基于左手化媒质平板透镜的浅表肿瘤微波热疗

§4.4.1 仿真模型

§4.4.2 浅表肿瘤热疗影响因素的讨论

§4.5 本章小结

第五章 结论与展望

参考文献

致 谢

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