超宽带微波检测早期乳腺肿瘤三维仿真及成像

摘要

乳腺癌是女性最常见的恶性肿瘤之一，严重影响了妇女的健康甚至生命，近年来乳腺癌发病率迅速上升，占女性恶性肿瘤的第一位。资料表明，早期诊断和治疗能够很大程度上提高乳腺肿瘤的治愈率，所以关键在于此项医疗检测能够成为普检。目前，比较成熟的乳腺癌检测手段有x光乳房检测、核磁共振检查、CT扫描检查、PET检查、超声显像检查等等。但他们有很多缺点和不足，例如对人体有伤害、误检、费用过高等等，以上原因使得它们无法成为乳腺癌的普检技术。在这种环境下，超宽带微波成像技术应运而生，其基本原理是利用不同生物组织具有不同的电磁参数特性对微波信号产生不同的作用，利用回波信号中携带的这种信息对乳腺肿瘤进行定位和成像。它具有安全、快捷、精准、穿透深度深、成像分辨率高和检测成本低等优点，使得它具有很大的可能性成为早期乳腺肿瘤的普检手段。
　　 本文建立了女性乳房组织的三维立体模型，通过时域有限差分方法模拟超宽带微波信号在乳房组织中的转播特性。利用完美匹配层方法设置了模型的边界条件，选用单极Debye模型来模拟生物组织的色散特性，本文使用了三维共焦成像算法和三维鲁棒Capon波束形成算法，分别展示了两种算法的成像效果。通过比较两种算法的成像效果，证明了鲁棒Capon波束形成算法能够有效的降低和消除肋骨层的噪声及其良好的稳定性。由于三维模型的程序运算量很大，所以程序普遍使用了多核并行计算的方法明显地提高了计算效率。