專利名稱：一種用于早期乳腺腫瘤超寬帶微波檢測的天線陣列的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物醫(yī)學(xué)檢測技術(shù)領(lǐng)域，涉及ー種用于早期乳腺腫瘤超寬帶微波檢測的天線陣列。
背景技術(shù)：
乳腺腫瘤是女性發(fā)病率最高的惡性腫瘤疾病，死亡率居?jì)D女惡性腫瘤死亡率之首。早期乳腺腫瘤的診斷無疑對于提高乳腺病的治療率以及患者的遠(yuǎn)期成活率都具有決定性意義。目前常用的早期乳腺癌的檢測方法包括乳腺X線攝影術(shù)、超聲波影像技術(shù)、計(jì)算機(jī)斷層掃描、核磁共振成像技術(shù)、熱成像檢測等，但諸多方法均存在一定的缺點(diǎn)，如對人體產(chǎn)生輻射傷害、成像對比度低、費(fèi)用較高等。超快帶電磁波檢測乳腺癌的原理在于不同生物組織對電磁波的吸收、反射及投射特性不同，使得天線發(fā)射的脈沖信號在乳腺組織中傳播時(shí)所產(chǎn)生的電磁場能夠反映惡性組織的豐富信息。同時(shí)超寬帶微波信號具有輻射功率低、目標(biāo)信息攜載量大、提供毫米級定位和檢測成本較低等優(yōu)點(diǎn)，能作為早期乳腺檢測的常規(guī)手段。而天線陣列的結(jié)構(gòu)對于檢測結(jié)果如探測深度、最小檢測腫瘤尺寸均有重要影響，因此研究檢測系統(tǒng)的天線陣列結(jié)構(gòu)具有至關(guān)重要的意義。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供ー種能夠?qū)崿F(xiàn)不同深度、不同位置的腫瘤目標(biāo)的檢測，提高超寬帶微波早期乳腺腫瘤探測系統(tǒng)的檢測性能的天線陣列。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種用于早期乳腺腫瘤超寬帶微波檢測的天線陣列，設(shè)發(fā)射天線的個(gè)數(shù)為η個(gè)，則接收天線的個(gè)數(shù)為η+1個(gè)，其中的η個(gè)發(fā)射天線和η個(gè)接收天線采用等間隔呈“ ロ”字型排布，并在陣列的中心放置I個(gè)接收天線。作為優(yōu)選實(shí)施方式，所述的η為8 ;所述的天線陣列的尺寸為60mmX60mm，相鄰天線之間的間隔為15mm。本發(fā)明提供的天線陣列尺寸較小，易于硬件集成，并在陣列結(jié)構(gòu)中對發(fā)射天線和接收天線數(shù)目和位置進(jìn)行最佳搭配。
圖I天線陣列結(jié)構(gòu)圖單位(mm)。圖2中心頻率5GHz的ー階導(dǎo)高斯信號圖3三維乳房組織的幾何模型単位(mm)。圖4腫瘤直徑3mm,腫瘤位置(35，60，30)的X-Z和Y-Z方向切片圖。圖5腫瘤直徑3mm，腫瘤位置(35，60, 30)的X-Y和Y-Z方向切片圖。圖6腫瘤直徑6mm，腫瘤位置(35，60, 30)的X-Z和Y-Z方向切片圖。圖7腫瘤直徑6mm，腫瘤位置(35，60, 30)的X-Y和Y-Z方向切片圖。
圖8腫瘤直徑3mm，腫瘤位置(40，40, 40)的X-Z和Y-Z方向切片圖。圖9腫瘤直徑3mm，腫瘤位置(40，40, 40)的X-Y和Y-Z方向切片圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的天線陣列采用收發(fā)天線分離的結(jié)構(gòu)，易于硬件實(shí)現(xiàn)。圖I所示為超寬帶微波早期乳腺腫瘤檢測系統(tǒng)的天線陣列結(jié)構(gòu)圖。經(jīng)過優(yōu)化最終陣列中采用8個(gè)發(fā)射天線、9個(gè)接收天線。為了滿足微波探測信號對整個(gè)乳房組織實(shí)現(xiàn)探測，其中8個(gè)發(fā)射天線和8個(gè)接收天線采用等間隔呈“ロ”字型排布，同時(shí)在陣列中心放置接收天線。整個(gè)探測過程中為滿足成像分辨率和探測深度的要求，采用中心頻率為5GHz、帶寬為IOGHz的ー階導(dǎo)高斯信號，信號波形如圖2所示。8個(gè)發(fā)射天線依次發(fā)射微波探測信號，由于乳房各組織電學(xué)特性的差異，電磁波在乳房傳輸時(shí)產(chǎn)生的反向散射信號經(jīng)9個(gè)接收天線接收。產(chǎn)生的72路接收信號被用于后續(xù)的成像算法完成乳房組織的重構(gòu)。采用圖I所示8發(fā)9收的天線陣列結(jié)構(gòu)用于超寬帶微波早期乳腺腫瘤的探測。采 用一階高斯信號作為探測源。8個(gè)發(fā)射天線依次發(fā)射探測信號，來自于乳房各組織反向散射信號被9個(gè)接收天線獲取。最終所得的72路接收信號采用三維共焦成像算法進(jìn)行乳房組織重構(gòu)。通過改變腫瘤的尺寸和位置來驗(yàn)證天線陣列結(jié)構(gòu)對成像結(jié)果的影響。給出三組不同的腫瘤參數(shù)，重構(gòu)圖像均能實(shí)現(xiàn)腫瘤的檢測。結(jié)果表明該天線陣列結(jié)構(gòu)有易于超寬帶微波系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)早期乳腺腫瘤檢測。為驗(yàn)證天線陣列結(jié)構(gòu)對超寬帶微波檢測系統(tǒng)的影響，采用圖3所示的乳房組織模型進(jìn)行探測。模型尺寸設(shè)定為80mmX80mmX80mm。天線陣列排布在皮膚層上,為接近真實(shí)探測環(huán)境，依次設(shè)立空氣層I、皮膚層2、脂肪層3、肋骨層5，其中腺體4和腫瘤6存在于脂肪層中，天線陣列分布于皮膚層。分別完成了三種不同情況的乳腺腫瘤參數(shù)的仿真。第一種情況是腫瘤直徑3mm，位置坐標(biāo)(35，60, 30)，第二種情況是腫瘤直徑6mm，位置坐標(biāo)(35，60, 30)，第三種情況是腫瘤直徑3mm，位置坐標(biāo)為(40，40，40)。圖4 圖9分別為三種情況的乳房重構(gòu)圖像的軸方向的切片圖。圖像中均能實(shí)現(xiàn)腫瘤的檢測。
權(quán)利要求
1.一種用于早期乳腺腫瘤超寬帶微波檢測的天線陣列，設(shè)發(fā)射天線的個(gè)數(shù)為η個(gè)，則接收天線的個(gè)數(shù)為η+1個(gè)，其中的η個(gè)發(fā)射天線和η個(gè)接收天線采用等間隔呈“ ロ”字型排布，并在陣列的中心放置I個(gè)接收天線。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的天線陣列，其特征在于，所述的η為8。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的天線陣列，其特征在于，所述的天線陣列的尺寸為60mmX60mm,相鄰天線之間的間隔為15mm。
全文摘要
本發(fā)明屬于生物醫(yī)學(xué)檢測技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于早期乳腺腫瘤超寬帶微波檢測的天線陣列，設(shè)發(fā)射天線的個(gè)數(shù)為n個(gè)，則接收天線的個(gè)數(shù)為n+1個(gè)，其中的n個(gè)發(fā)射天線和n個(gè)接收天線采用等間隔呈“口”字型排布，并在陣列的中心放置1個(gè)接收天線。本發(fā)明提供的天線陣列尺寸較小，易于硬件集成，并在陣列結(jié)構(gòu)中對發(fā)射天線和接收天線數(shù)目和位置進(jìn)行最佳搭配。
文檔編號A61B5/00GK102824163SQ20121030159
公開日2012年12月19日 申請日期2012年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月22日
發(fā)明者肖夏, 徐立 申請人:天津大學(xué)