1、微波近场回波的医学成像方法研究【摘要】：乳腺癌近场微波成像技术是根据乳腺癌组织和正常乳腺组织的介电常数的差异,经微波照射获得目标组织回波,通过分析回波的特性,进而确定探测目标的特性；并通过对多个探测点的数据进行联合分析,反演计算得出乳腺内部的介电常数特性分布,进而显示成像的技术。微波具有探测功率小(mw 级)、对人体无害等优点,这一技术在目前乳腺疾病高发的背景下作为健康普查辅助手段具有很好的应用前景。由于微波穿过不均匀介质时的复杂散射特性,使得微波散射波和乳腺内部组织的电磁特性参数之间呈非线性关系。这种非线性关系使得通过组织散射回波来解决组织特性定性问题变得相对复杂。论文将从乳腺组织的电磁特性
2、研究出发,建立适合活体乳腺组织的介质模型,以此来分析微波在乳腺组织中的传播。同时应用电磁理论知识对微波在乳腺中的传输机制作出评估,得到传输上下限估值关系,并利用实验对其作出验证。最后提出适合于近场环境下乳腺组织对微波传输作用机制而形成数据的处理方法。论文以乳腺介质模型为讨论的基础,沿乳腺组织介质模型-信号激励数据获取模型- 多数据联合计算成像模型-数据处理计算综合平台的技术路线进行组织,并对每个具体环节做详细的探讨。论文讨论的内容主要包括以下几个方面：第一,在乳腺介质模型上,将基于前人研究的基础,结合活体乳腺组织的特点提出适合于实际计算的乳腺介质模型,并详细讨论该乳腺介质模型的计算及其实验验证
3、的过程,找出适合于实际计算环境的数据处理办法。在模型计算讨论中,首先从非均匀介质中电磁场特点出发,利用组织本身的非磁性特点,推导乳腺组织介质中电磁场方程的关系。其次对近场区组织和电磁场之间的作用关系的上下限做出评估,为后文的数据处理给出理论依据。最后,论文通过设计实验来检验以上模型理论和实践的符合程度。第二,以乳腺介质模型为基础,讨论进入活体乳腺的微波激励和数据获取模型机制。本部分将详细讨论针对单采样点获取信号的方法。针对实际信号的特点提出了适合于该类信号处理的四周期迭代算法；利用实际系统本身的状态提出辅助信号的处理技术；设计相应的实验验证数据提取的效果；并在实验的基础上,进一步提出近场环境下
4、微波在乳腺内部传输数据补偿的关系。为多数据联合计算时,数据间的整合提供理论和实验依据。第三,以单采样点数据整合为基础,对多个采样数据进行联合分析计算,论文从计算空间模型出发,按照先简单后复杂,先考虑线性计算后考虑非线性计算的思路,先后对几种可能的计算模型进行分析,并在相应的仿真计算结果的基础上讨论算法的计算效果。在线性算法方面,通过对傅里叶变换反演方法、奇异函数希尔伯特方法和二维线性叠加重建算法等算法的讨论,找出线性化方法在实际近场反演计算应用中的限制,为在实际的整合计算中提出解决的办法提供参考。论文在综合前面线性计算经验基础上,提出数据的回填迭代算法,通过对回填误差关系的考察,利用动力学系统
5、不动点理论对算法的收敛特性进行讨论。最后,从雷达轮廓函数获取的角度,考虑到组织散射背景的作用,在引入最小作用原理基础上,对探测的三维目标空间进行尝试背景逐层剥离反演重建。为多采样点数数据联合计算提供一个较完备的理论基础。第四,在多点计算模型基础上,对实际的数据计算过程进行综合分析。结合实际的采样需求,先设计了“刀肉” 实验, 在对实际系统的参数和实验数据计算的系统参数之间进行逆向验证的基础上,对比已知的目标空间参数和计算得到的结果参数之间的关系,分析误差的可能来源,优化实际采样时的操作过程,进而优化从单点数据到显示成像的数据处理流程。为搭建实际数据计算处理平台提供可靠的理论和实验的基础。第五,
6、在整合多点数据处理的基础上,讨论使用编程实现的实际系统处理软件本身,以及软件对由合作单位提供的 50 个实际病例的处理结果。主要讨论软件对采样数据处理的流程、显示成像中对可疑目标的标示等；选择软件编制过程中涉及到的一些主要技术如反演计算下限提取等做重点讨论。最后,总结全文,对当前面临的问题和未来该技术的发展的方向作出简要的总结。本文为近场环境下早期乳腺肿瘤的检测提供了一种医学影像成像方法。 【关键词】：近场微波乳腺癌介电常数差异成像【学位授予单位】：华东师范大学【学位级别】：博士【学位授予年份】：2011【分类号】：R737.9;TP391.41【目录】：摘要 8-10ABSTRACT10-1
7、3 目录 13-15 图示目录 15-19第一章绪论 19-241.1 微波近场乳腺癌研究项目继承性 19-211.2 本文的主要工作和各章的内容安排 21-24 第二章乳腺介质模型及其系统信号收发机制 24-492.1 乳房组织和恶性肿瘤的电磁特性及其介质模型 24-272.2 乳腺介质模型下的微波散射计算 27-322.3BRATUMASS系统对传输模型的验证 32-372.4 微波信号的发射与接收机制 37-432.5BRATUMASS 系统目标回波特性分析 43-472.6 本章小结 47-49第三章 BRATUMASS 系统单点探测信号的特征及其分析 49-733.1瞬时频率的确定及
8、其经验模式分解方法 49-563.2BRATUMASS 系统信号的特征谱线及其弱信号的分离 56-583.3 普适变换在回波信号特征分析中的应用 58-643.4 辅助信号方法在回波信号特征分析中的应用 64-683.5 单点探测信号分析应用于乳腺半径的估计及其传输补偿关系 68-723.6 本章小结 72-73 第四章 BRATUMASS 系统多探测点联合成像模型 73-944.1 微波成像基础及其仿真计算空间约定 73-764.2线性类反演方法 76-854.3 基于迭代的反演方法及误差分析 85-904.4BRATUMASS 系统三维重建 90-934.5 本章小结 93-94 第五章B
9、RATUMASS 系统微波近场图像重建 94-1135.1BRATUMASS 系统刀肉实验对系统参数的验证 94-1005.2 实际病例采样 100-1015.3 典型病例采样数据分析及其图像重建流程 101-1065.4BRATUMASS 探测空间的回波系数和组织介电常数的标识 106-1115.5 遗传算法在组织介电常数确定中的作用 111-1125.6 本章小结 112-113 第六章BRATUMASS 系统图像反演软件及其病例处理结果与统计 113-1346.1BRATUMASS 系统图像反演软件数据处理流程及其软件处理结果统计 113-1216.2BRATUMASS 系统图像反演计算下限提取 121-1246.3BRATUMASS 系统图像反演软件 124-1326.4 本章小结 132-134 第七章总结与展望 134-137 附录一遗传算法在组织介电常数确定的应用代码 137-139 附录二 VC 版微波近场乳腺癌探测数据处理终伪彩色映射代码 139-142 参考文献 142-149 作者在攻读博士学位期间的主要工作 149-150 致谢 150 本论文购买请联系页眉网站。
