乳腺癌检测的时域微波成像算法研究

摘要

乳腺癌是危害妇女身心健康的高发病率、高死亡率的肿瘤疾病，其早期检测是降低死亡率的重要途径。
　　 然而，钼钯X线影像技术、计算机断层摄影术(CT)、核磁共振成像(MRI)和超声成像等乳腺癌常规检测技术均存在一些不足，限制了早期普查的开展。
　　 微波成像(MWI)技术是一种应用广泛的无损检测技术。微波频段下，正常乳房组织和恶性肿瘤组织的电参数存在明显差异，为该技术检测乳腺肿瘤提供了可能。它有望提供一种低成本、低风险和易普查的常规或辅助检测手段。
　　 目前，三种主要的微波成像技术-微波断层成像(MTI)、微波共焦成像(CMI)和微波热声成像(TAI)-均已被应用于乳腺癌检测的研究中，并已取得了可喜的进展。
　　 本文采用时域方法，针对这三个主要的微波成像技术领域，进行了较为系统的理论研究，取得的研究成果主要包括：1)研究了微波信号在乳房中的传播特性；2)借助单极Debye模型，描述了乳房结构中各组织电参数的频率相关性；3)为了有效提取肿瘤目标信息和检测早期乳腺肿瘤，分别提出了几种精度高、成像快的一维(1-D)、二维(2-D)和三维(3-D)微波成像算法；4)采用了一阶吉洪诺夫(Tikhonov)正则化方案以对抗成像问题的病态特性和噪声的影响；5)基于时域有限差分(FDTD)法，进行了一些数值实验，优化了可调参数。
　　 仿真算例的一系列数值结果证实：1)提出的微波成像算法是鲁棒的；2)超宽带(UWB)微波成像和微波热声成像兼具对比度高和分辨率高特点；3)利用微波成像技术检测早期乳腺肿瘤是可行的。
　　 本文的理论研究为医学诊断提供了依据，也为临床应用研究奠定了基础。