本發(fā)明屬于微波成像技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種乳房腫瘤成像方法。

背景技術(shù)：

乳腺癌成為現(xiàn)代社會(huì)女性高發(fā)的致命疾病，早確診早治療對(duì)提高疾病治愈率有重要意義?，F(xiàn)有的檢測(cè)方法如鉬靶x射線、超聲、核磁等存在輻射危險(xiǎn)、誤診率高、價(jià)格昂貴等缺點(diǎn)。微波檢測(cè)作為一種新興的無損檢測(cè)方法，可有效探測(cè)到乳房?jī)?nèi)的早期腫瘤，并清晰成像。微波乳房?jī)?nèi)腫瘤成像主要基于雷達(dá)近場(chǎng)成像原理，微波信號(hào)經(jīng)發(fā)射天線入射至乳房?jī)?nèi)，由于腫瘤同正常組織存在介電特性差異，入射信號(hào)遭遇腫瘤后的反射信號(hào)可攜帶差異信息并最終被接收天線接收。這種差異信息經(jīng)信號(hào)處理后，可以顯示腫瘤位置。常用微波乳房成像技術(shù)一般使用時(shí)域信號(hào)成像，這種方法成像復(fù)雜，需要同時(shí)具備微波信號(hào)發(fā)射模塊、微波信號(hào)接收模塊，價(jià)格較為昂貴，時(shí)間同步復(fù)雜，操作困難。因此，有必要開發(fā)一種系統(tǒng)組成簡(jiǎn)單、成本低廉的成像方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種簡(jiǎn)便快捷的乳房腫瘤成像的方法，本發(fā)明使用微波反射時(shí)域s21信號(hào)進(jìn)行乳房?jī)?nèi)腫瘤成像，摒棄傳統(tǒng)的發(fā)射時(shí)域固定波形信號(hào)的方法，利用雙端口傳輸路徑上的時(shí)域阻抗變化反應(yīng)入射乳房?jī)?nèi)信號(hào)遭遇腫瘤后再返回的總傳播時(shí)間，并使用信號(hào)處理方法獲得有、無腫瘤情況下的相減時(shí)域s21信號(hào)，最后經(jīng)共焦算法對(duì)腫瘤聚焦成像。技術(shù)方案如下：

一種利用微波反射時(shí)域s21信號(hào)進(jìn)行乳房腫瘤成像的方法，包括下列步驟：

1)準(zhǔn)備空腔乳房模型和懸吊腫瘤假體，制作帶有腫瘤的乳房模型；

2)將發(fā)射天線和饋線連接矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的端口1，將接收天線和饋線連接矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的端口2，激發(fā)網(wǎng)絡(luò)分析儀時(shí)域s21測(cè)量模式；

3)第一次測(cè)量時(shí)將發(fā)射天線和接收天線緊貼對(duì)置放置，記錄此時(shí)的傳輸路徑時(shí)域s21信號(hào)

4)第二次測(cè)量時(shí)，將發(fā)射天線和接收天線分開一定的距離，仍保持對(duì)置狀態(tài)，記錄新的傳輸路徑時(shí)域s21信號(hào),新時(shí)域s21信號(hào)較原s21信號(hào)出現(xiàn)劇烈變化的時(shí)間位置即是閉合傳輸路徑上開始加入空氣阻抗的位置，將出現(xiàn)變化的時(shí)間位置設(shè)置為0起始時(shí)刻，這個(gè)0時(shí)刻標(biāo)志當(dāng)發(fā)射天線和接收天線緊貼對(duì)置放置時(shí)，從發(fā)射天線發(fā)射信號(hào)到接收天線接收信號(hào)所需時(shí)間；

5)將發(fā)射天線和接收天線布置在帶有腫瘤的乳房模型表面進(jìn)行成像實(shí)驗(yàn)，兩個(gè)天線經(jīng)同軸饋線與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的端口1、端口2分別相連；

6)激發(fā)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的3.5～15ghz掃描頻段，記錄時(shí)域s21信號(hào)數(shù)據(jù)；

7)將腫瘤假體從乳房模型中取出，再次記錄時(shí)域s21信號(hào)數(shù)據(jù)；

8)將有腫瘤假體時(shí)的時(shí)域s21信號(hào)同無腫瘤假體時(shí)的時(shí)域s21信號(hào)相減，可獲得由腫瘤假體引起的時(shí)域s21信號(hào)變化；

9)使用共焦方法對(duì)相減過后的時(shí)域s21信號(hào)進(jìn)行腫瘤成像。

附圖說明

圖1成像數(shù)據(jù)測(cè)量示意圖

圖2(a)兩次測(cè)量閉合路徑時(shí)域s21曲線；(b)第一次測(cè)量天線位置圖；(c)第二次測(cè)量天線位置圖

圖3兩次測(cè)量的時(shí)域s21信號(hào)差別

圖4相減后的時(shí)域s21信號(hào)

圖5記錄的天線位置

圖6腫瘤共焦成像結(jié)果圖

具體實(shí)施方式

測(cè)量天線、饋線組成的雙端口傳輸路徑上的發(fā)射天線端口0時(shí)刻。方法如圖2所示，將發(fā)射天線和饋線連接矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的端口1，將接收天線和饋線連接矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的端口2，激發(fā)網(wǎng)絡(luò)分析儀時(shí)域s21測(cè)量模式。第一次測(cè)量時(shí)將發(fā)射天線和接收天線緊貼對(duì)置放置，記錄此時(shí)的傳輸路徑時(shí)域s21信號(hào)。此時(shí)，可將整個(gè)天線、同軸饋線系統(tǒng)默認(rèn)為一個(gè)閉合路徑，時(shí)域s21信號(hào)體現(xiàn)了傳輸路徑上的阻抗值。第二次測(cè)量時(shí)，將發(fā)射、接收天線分開大約8cm的距離，仍保持對(duì)置狀態(tài)，記錄新的傳輸路徑時(shí)域s21信號(hào)。此時(shí)，新的雙端口網(wǎng)絡(luò)相當(dāng)于在第一次測(cè)量的天線、同軸饋線系統(tǒng)基礎(chǔ)上加入一段空氣生成了新的閉合傳輸路徑，新時(shí)域s21信號(hào)較原s21信號(hào)出現(xiàn)劇烈變化的時(shí)間位置即是閉合傳輸路徑上開始加入空氣阻抗的位置。將出現(xiàn)變化的時(shí)間位置設(shè)置為0起始時(shí)刻，這個(gè)0時(shí)刻標(biāo)志當(dāng)發(fā)射天線和接收天線緊貼對(duì)置放置時(shí)，從發(fā)射天線發(fā)射信號(hào)到接收天線接收信號(hào)所需時(shí)間。

1、按如圖1所示進(jìn)行成像實(shí)驗(yàn)，將pe乳房模型架好，向空腔內(nèi)填充類脂肪食用油，將腫瘤假體懸吊其中。將發(fā)射天線和接收天線分別置于模型表面，兩個(gè)天線經(jīng)同軸饋線與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的端口1、端口2分別相連。激發(fā)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的3.5～15ghz掃描頻段，記錄時(shí)域s21信號(hào)數(shù)據(jù)。將腫瘤假體從乳房模型中取出，再次記錄時(shí)域s21信號(hào)數(shù)據(jù)。兩次時(shí)域s21信號(hào)差別如圖3所示，將有腫瘤假體時(shí)的時(shí)域s21信號(hào)同無腫瘤假體時(shí)的時(shí)域s21信號(hào)相減，可獲得由腫瘤假體引起的時(shí)域s21信號(hào)變化。如圖4所示，這個(gè)變化的峰值對(duì)應(yīng)的時(shí)間代表微波信號(hào)從發(fā)射天線發(fā)出后，遭遇腫瘤假體產(chǎn)生反射，再返回接收天線的閉合路徑總傳播時(shí)間。可直接使用共焦方法對(duì)相減過后的時(shí)域s21信號(hào)進(jìn)行腫瘤成像。

2、信號(hào)經(jīng)某一發(fā)射天線發(fā)出后，發(fā)射天線位置被記錄，同時(shí)接收反射信號(hào)的天線位置也被記錄，兩個(gè)位置代入共焦成像算法的公式(1)中，使信號(hào)共焦。

3、更換發(fā)射天線、接收天線的位置，重復(fù)測(cè)量，直到獲取多組相減過后的時(shí)域s21信號(hào)。如圖5，乳房表面圓點(diǎn)所示為記錄的發(fā)射天線和接收天線位置。使用公式(1)～(3)所示的共焦成像算法將信號(hào)共焦處理：

其中i代表成像區(qū)域共焦點(diǎn)r處的像素強(qiáng)度，rm代表發(fā)射天線的位置是m點(diǎn)，rn代表接收天線的位置是n點(diǎn)，τ代表腫瘤信號(hào)從rm點(diǎn)處發(fā)射天線發(fā)出經(jīng)共焦點(diǎn)r再到達(dá)rn點(diǎn)處接收天線的總傳播時(shí)間，v代表信號(hào)在乳房模型內(nèi)平均傳播速度，c代表光速，εfat表示類脂食用油的介電常數(shù)。

成像結(jié)果如圖6所示，可見使用時(shí)域s21信號(hào)能對(duì)腫瘤進(jìn)行清晰成像。時(shí)域s21信號(hào)能反映雙端口傳輸路徑上何時(shí)發(fā)生了阻抗變化，操作簡(jiǎn)單，只需雙端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀即可完成，成像位置準(zhǔn)確，聚焦效果好。相比使用信號(hào)發(fā)生器和示波器的組合時(shí)域測(cè)試模式，減少了成像模塊的數(shù)量，是一種低成本的高速成像方法。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種利用微波反射時(shí)域S21信號(hào)進(jìn)行乳房腫瘤成像的方法，包括：準(zhǔn)備空腔乳房模型和懸吊腫瘤假體，制作帶有腫瘤的乳房模型；將發(fā)射天線和饋線連接矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的端口1，將接收天線和饋線連接矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的端口2，激發(fā)網(wǎng)絡(luò)分析儀時(shí)域S21測(cè)量模式；第一次測(cè)量時(shí)將發(fā)射天線和接收天線緊貼對(duì)置放置，記錄此時(shí)的傳輸路徑時(shí)域S21信號(hào)；第二次測(cè)量時(shí)，將發(fā)射天線和接收天線分開一定的距離，記錄新的傳輸路徑時(shí)域S21信號(hào)；將有腫瘤假體時(shí)的時(shí)域S21信號(hào)同無腫瘤假體時(shí)的時(shí)域S21信號(hào)相減，可獲得由腫瘤假體引起的時(shí)域S21信號(hào)變化；使用共焦方法對(duì)相減過后的時(shí)域S21信號(hào)進(jìn)行腫瘤成像。

技術(shù)研發(fā)人員：肖夏;王梁;李欽偉
受保護(hù)的技術(shù)使用者：天津大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.05.11
技術(shù)公布日：2017.07.18