一种利用微波反射时域S21信号进行乳房肿瘤成像的方法技术

本发明专利技术涉及一种利用微波反射时域S21信号进行乳房肿瘤成像的方法，包括：准备空腔乳房模型和悬吊肿瘤假体，制作带有肿瘤的乳房模型；将发射天线和馈线连接矢量网络分析仪的端口1，将接收天线和馈线连接矢量网络分析仪的端口2，激发网络分析仪时域S

Method for breast tumor imaging using microwave reflection time domain S21 signal

The invention relates to a method for breast tumor imaging using microwave reflection signal time domain S21 includes: preparing the breast cavity model and suspended tumor prosthesis, making breast model with tumor; transmit antenna and feeder connect VNA port 1, will receive antenna and feeder connect VNA port 2, excitation time domain S network analyzer

【技术实现步骤摘要】
一种利用微波反射时域S21信号进行乳房肿瘤成像的方法
本专利技术属于微波成像
，涉及一种乳房肿瘤成像方法。
技术介绍
乳腺癌成为现代社会女性高发的致命疾病，早确诊早治疗对提高疾病治愈率有重要意义。现有的检测方法如钼靶X射线、超声、核磁等存在辐射危险、误诊率高、价格昂贵等缺点。微波检测作为一种新兴的无损检测方法，可有效探测到乳房内的早期肿瘤，并清晰成像。微波乳房内肿瘤成像主要基于雷达近场成像原理，微波信号经发射天线入射至乳房内，由于肿瘤同正常组织存在介电特性差异，入射信号遭遇肿瘤后的反射信号可携带差异信息并最终被接收天线接收。这种差异信息经信号处理后，可以显示肿瘤位置。常用微波乳房成像技术一般使用时域信号成像，这种方法成像复杂，需要同时具备微波信号发射模块、微波信号接收模块，价格较为昂贵，时间同步复杂，操作困难。因此，有必要开发一种系统组成简单、成本低廉的成像方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种简便快捷的乳房肿瘤成像的方法，本专利技术使用微波反射时域S21信号进行乳房内肿瘤成像，摒弃传统的发射时域固定波形信号的方法，利用双端口传输路径上的时域阻抗变化反应入射乳房内信号遭遇肿瘤后再返回的总传播时间，并使用信号处理方法获得有、无肿瘤情况下的相减时域S21信号，最后经共焦算法对肿瘤聚焦成像。技术方案如下：一种利用微波反射时域S21信号进行乳房肿瘤成像的方法，包括下列步骤：1)准备空腔乳房模型和悬吊肿瘤假体，制作带有肿瘤的乳房模型；2)将发射天线和馈线连接矢量网络分析仪的端口1，将接收天线和馈线连接矢量网络分析仪的端口2，激发网络分析仪时域S21测量模式；3)第一次测量时将发射天线和接收天线紧贴对置放置，记录此时的传输路径时域S21信号4)第二次测量时，将发射天线和接收天线分开一定的距离，仍保持对置状态，记录新的传输路径时域S21信号,新时域S21信号较原S21信号出现剧烈变化的时间位置即是闭合传输路径上开始加入空气阻抗的位置，将出现变化的时间位置设置为0起始时刻，这个0时刻标志当发射天线和接收天线紧贴对置放置时，从发射天线发射信号到接收天线接收信号所需时间；5)将发射天线和接收天线布置在带有肿瘤的乳房模型表面进行成像实验，两个天线经同轴馈线与矢量网络分析仪的端口1、端口2分别相连；6)激发矢量网络分析仪的3.5～15GHz扫描频段，记录时域S21信号数据；7)将肿瘤假体从乳房模型中取出，再次记录时域S21信号数据；8)将有肿瘤假体时的时域S21信号同无肿瘤假体时的时域S21信号相减，可获得由肿瘤假体引起的时域S21信号变化；9)使用共焦方法对相减过后的时域S21信号进行肿瘤成像。附图说明图1成像数据测量示意图图2(a)两次测量闭合路径时域S21曲线；(b)第一次测量天线位置图；(c)第二次测量天线位置图图3两次测量的时域S21信号差别图4相减后的时域S21信号图5记录的天线位置图6肿瘤共焦成像结果图具体实施方式测量天线、馈线组成的双端口传输路径上的发射天线端口0时刻。方法如图2所示，将发射天线和馈线连接矢量网络分析仪的端口1，将接收天线和馈线连接矢量网络分析仪的端口2，激发网络分析仪时域S21测量模式。第一次测量时将发射天线和接收天线紧贴对置放置，记录此时的传输路径时域S21信号。此时，可将整个天线、同轴馈线系统默认为一个闭合路径，时域S21信号体现了传输路径上的阻抗值。第二次测量时，将发射、接收天线分开大约8cm的距离，仍保持对置状态，记录新的传输路径时域S21信号。此时，新的双端口网络相当于在第一次测量的天线、同轴馈线系统基础上加入一段空气生成了新的闭合传输路径，新时域S21信号较原S21信号出现剧烈变化的时间位置即是闭合传输路径上开始加入空气阻抗的位置。将出现变化的时间位置设置为0起始时刻，这个0时刻标志当发射天线和接收天线紧贴对置放置时，从发射天线发射信号到接收天线接收信号所需时间。1、按如图1所示进行成像实验，将PE乳房模型架好，向空腔内填充类脂肪食用油，将肿瘤假体悬吊其中。将发射天线和接收天线分别置于模型表面，两个天线经同轴馈线与矢量网络分析仪的端口1、端口2分别相连。激发矢量网络分析仪的3.5～15GHz扫描频段，记录时域S21信号数据。将肿瘤假体从乳房模型中取出，再次记录时域S21信号数据。两次时域S21信号差别如图3所示，将有肿瘤假体时的时域S21信号同无肿瘤假体时的时域S21信号相减，可获得由肿瘤假体引起的时域S21信号变化。如图4所示，这个变化的峰值对应的时间代表微波信号从发射天线发出后，遭遇肿瘤假体产生反射，再返回接收天线的闭合路径总传播时间。可直接使用共焦方法对相减过后的时域S21信号进行肿瘤成像。2、信号经某一发射天线发出后，发射天线位置被记录，同时接收反射信号的天线位置也被记录，两个位置代入共焦成像算法的公式(1)中，使信号共焦。3、更换发射天线、接收天线的位置，重复测量，直到获取多组相减过后的时域S21信号。如图5，乳房表面圆点所示为记录的发射天线和接收天线位置。使用公式(1)～(3)所示的共焦成像算法将信号共焦处理：其中I代表成像区域共焦点r处的像素强度，rm代表发射天线的位置是m点，rn代表接收天线的位置是n点，τ代表肿瘤信号从rm点处发射天线发出经共焦点r再到达rn点处接收天线的总传播时间，v代表信号在乳房模型内平均传播速度，c代表光速，εfat表示类脂食用油的介电常数。成像结果如图6所示，可见使用时域S21信号能对肿瘤进行清晰成像。时域S21信号能反映双端口传输路径上何时发生了阻抗变化，操作简单，只需双端口矢量网络分析仪即可完成，成像位置准确，聚焦效果好。相比使用信号发生器和示波器的组合时域测试模式，减少了成像模块的数量，是一种低成本的高速成像方法。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用微波反射时域S21信号进行乳房肿瘤成像的方法，包括下列步骤：1)准备空腔乳房模型和悬吊肿瘤假体，制作带有肿瘤的乳房模型；2)将发射天线和馈线连接矢量网络分析仪的端口1，将接收天线和馈线连接矢量网络分析仪的端口2，激发网络分析仪时域S

【技术特征摘要】
1.一种利用微波反射时域S21信号进行乳房肿瘤成像的方法，包括下列步骤：1)准备空腔乳房模型和悬吊肿瘤假体，制作带有肿瘤的乳房模型；2)将发射天线和馈线连接矢量网络分析仪的端口1，将接收天线和馈线连接矢量网络分析仪的端口2，激发网络分析仪时域S21测量模式；3)第一次测量时将发射天线和接收天线紧贴对置放置，记录此时的传输路径时域S21信号4)第二次测量时，将发射天线和接收天线分开一定的距离，仍保持对置状态，记录新的传输路径时域S21信号,新时域S21信号较原S21信号出现剧烈变化的时间位置即是闭合传输路径上开始加入空气阻抗的位置，将出现变化的时...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖夏，王梁，李钦伟，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12