物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．19(2014)194102早期乳腺肿瘤的超宽带微波稳健波束形成成像检测系统冰肖夏)十宋航)王梁)王宗杰)路红2)1)(天津大学，电子信息工程学院，天津300072)2)(天津医科大学附属肿瘤医院放射科，乳腺癌防治国家教育部重点实验室，天津300060)(2014年3月19日收到；2014年4月22日收到修改稿)提出了一种基于自主设计小型超宽带天线的微波稳健波束形成(RCB)成像肿瘤检测系统．仿真结果表明，该检测系统对肿瘤反射信号有很高的敏感度．在简单平面模型和核磁共振成像图(MRI)导出模型中进行仿真检测实验，并将天线阵列接收信号用RCB算法进行成像处理．从乳房重构图像中能够得到正确的肿瘤位置及大小信息，实现了平面模型中最小直径3mm和MRI导出模型中最小直径4mm的肿瘤检测，证实了该检测系统用于早期乳腺肿瘤检测的可行性．关键词：肿瘤检测，稳健波束形成，超宽带，微波成像PACS：41．20．一q，84．40．Ba，84．40．一x，87．85．PqDOI：10．7498／aps．63．1941021引言乳腺肿瘤现己成为女性健康的一大威胁，早期诊断有助于及时发现治疗，以提高患者的存活率．目前钼靶X射线乳房照相术是乳腺肿瘤诊断领域中应用较广泛的技术，然而该技术有许多缺点，例如误诊率高、检测时对乳房挤压、放射线照射等，经常使用可能导致组织癌变．因此，作为对现有技术的补充，需要开发新型无辐射乳腺肿瘤检测技术[1-3]．研究发现乳腺肿瘤和正常乳房组织的介电常数差别显著[4-7]，基于该特性，超宽带微波成像技术被提出并应用于早期肿瘤检测．在该技术中，某一天线朝乳房发射微波脉冲，当电磁波在传播过程中遇到介电常数很高的物体f如肿瘤)时会产生反射，反射信号由其他天线接收．在不同位置布放天线，逐次发射信号，通过对接收信号进行处理，就可以得到强反射物体的位置及大小信息．在超宽带微波肿瘤检测技术实用化之前，需要进行大量的仿真实验分析．许多课题组在进行仿真实验时未考虑天线的影响，而是将激励源设置为理想的点源fpointsource)，且采用的乳房模型通常是理想的方块和半球模型[8-10]．这种检测模型在早期探究实验中有着重要的意义，然而为了更加真实地模拟电磁波的传播，需要将天线及乳房结构的影响考虑在内．本文提出的超宽带微波乳腺肿瘤检测系统基于自主设计的小型超宽带天线和稳健波束形成fr()_bustCaponbeamforming，RCB1[11,12】算法．系统使用的天线具有尺寸小、频带宽、方向性强、结构简单等特点，能够大量排布在乳房皮肤表面形成天线阵列，特别适用于乳腺肿瘤检测．在进行肿瘤检测仿真研究时，使用了两种乳房模型，一种是简单平面模型，另一种是基于核磁共振成像图(magneticresonanceimaging，MRI)提取的乳房模型．系统采用RCB算法进行成像处理，最终成像结果能够正确地显示肿瘤的位置大小信息，表明了该肿瘤检测国家自然科学基金(批准号：61271323)和毫米波国家重点实验室开放基金(批准号：K200913)资助的课题十通讯作者．E—mail：xiaxiao@tju．edu．an◎2014中国物理学会ChinesePhysicalSocietyhttp：／／wulizb．inhy．ac．c佗物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．19(2014)194102Ultra-widebandmicrowaverobustCaponbeamformingimagingsystemforearlybreastcancerdetection术一一一一XiaoXia)十SongHang)WangLiang)WangZong—Jie)LuHong)1)(SchoolofElectronicInformationEnglneering，TianjinUniversity,Tianjin300072，China)2)(DepartmentofRadiology,TianJinMedicalUniversityCancerInstituteandHospital，KeyLaboratoryofBreastCancerPreventionandTherapyofMinistryofEducation，Tianjin300060，China)(Received19March2014；revisedmanuscriptreceived22April2014)AbstractAnultra—wideband(uwB)microwaverobustCaponbeamformingimagingsystemispresentedbasedonaself-designedcompactUWBantennaforearlybreastcancerdetection．Simulationresultsshowthattheproposeddetectionsystemissensitivetotumorresponse．Simulatedtumordetectionexperimentsarecarriedoutinbothsimpleplanarbreastmodelandmagneticresonanceimagining(MRI)一derive...
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