早期乳腺肿瘤的超宽带微波检测方法研究

摘要

乳腺癌已经成为危害女性生命健康的主要癌症之一。乳腺癌的早期诊断对延长患者的生命至关重要。目前早期乳腺癌的诊断方法主要有:乳房X射线、超声波检测、核磁共振以及CT扫描等。尽管这些方法存在一定的优点,但是也存在误检率高、对人体存在辐射以及费用昂贵等,无法作为日常乳腺癌检测的手段。目前,超宽带微波近场成像技术被研究用于早期乳腺癌的检测。该方法基于乳房正常组织和乳腺肿瘤在微波频段所表现出来的较大的介电常数和电导率的差异。该项技术具有精准、安全、成像分辨率高、便宜以及能够具有较深的探测深度。
　　本论文在国家自然科学基金项目(61271323)和东南大学毫米波国家重点实验室开放课题(K200913)资助下研究采用超宽带电磁波进行早期乳腺肿瘤的检测。
　　本论文中,完成了三维乳房模型的建模,采用时域有限差分方法模拟了电磁波在乳房组织中的传播特性。充分考虑皮肤、乳腺组织、腺体以及色散特性对电磁波传播的影响。
　　文中采用了三维共焦成像算法实现了乳腺肿瘤的检测。为进一步提高成像算法的鲁棒性,分别采用了加权向量范数约束波束形成算法以及双约束波束形成算法用于乳腺肿瘤的成像。同时对天线接收的肿瘤散射信号采用了移位延时的信号处理方法,提高了成像清晰度。通过仿真实例验证了成像算法的稳定性。
　　文中通过对乳腺肿瘤的后时微波散射信号的研究,采用矩阵束方法实现不同大小不同介电特性的乳腺肿瘤特征极点的提取。通过提取的肿瘤特征极点完成了特征极点原子库的建立,采用匹配追踪算法完成了基于特征原子库的肿瘤散射波形的重构,通过最大似然估计判别法实现了不同类别的乳腺肿瘤的鉴别。数值仿真结果证明该方法的正确性,使之能成为超宽带微波乳腺肿瘤检测的辅助检测手段,提高乳腺肿瘤的检测率。
　　采用天线阵列旋转多次测量取均值以及线状天线阵列平行位移测量的方法实现的无肿瘤基准信号的提取,仿真结果验证了该方法的正确性。

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第一章 绪论

1.1乳腺癌的介绍

1.2乳腺癌的早期诊断

1.3国内外研究现状

1.4课题背景和论文工作

第二章 UWB微波检测早期乳腺肿瘤的物理基础

2.1乳房的结构特点

2.2乳房组织与肿瘤组织的电磁特性

2.3微波乳腺癌检测的常用方法

2.4 UWB微波对早期乳腺癌肿瘤检测

2.5本章小结

第三章 基于FDTD的UWB微波检测早期乳腺肿瘤系统的建模

3.1 FDTD方法原理

3.2色散条件下麦克斯韦方程的FDTD形式

3.3 UWB微波乳腺检测模型设置

3.4本章小结

第四章 UWB微波检测早期乳腺肿瘤系统的成像算法研究

4.1三维共焦成像算法的研究

4.2波束形成算法

4.3加权向量范数约束波束形成成像算法研究

4.4双约束波束形成成像算法及仿真

4.5本章小结

第五章 早期乳腺肿瘤的电磁特性提取与识别

5.1奇异展开法的介绍

5.2特征极点提取方法

5.3 MPM用于乳腺肿瘤特征极点的提取

5.4基于极点特性的肿瘤识别

5.5本章小结

第六章 肿瘤检测基准信号提取方法研究

6.1多次测量法实现肿瘤特征信号提取

6.2中心基准法实现肿瘤特征信号提取

6.3本章小结

第七章 结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

附录

致谢