微波成像系统技术方案

公开了一种用于生成身体的三维标测图的微波成像系统和方法。该系统包括用于照射身体的相干微波辐射源，至少一个微波检测器，用于在身体周围的多个位置处检测已经穿过身体或已经被身体反射的辐射的振幅和相位，分析仪，连接以从所述检测器或每个检测器以及从源接收信号，并且能够操作以产生全息图像，该全息图像指示在每个检测位置处接收到的辐射的相位相对于在同一位置处直接从源接收到的辐射的相位，以及处理器，用于处理该全息图像以在三个维度上计算身体内的局部物理参数的位置。三个维度上计算身体内的局部物理参数的位置。三个维度上计算身体内的局部物理参数的位置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】微波成像系统


[0001]本专利技术涉及一种用于提供指示生物体的局部物理参数的三维标测图的微波成像系统。这样的成像系统可以例如用于提供能够区分人体内部不同组织类型的图像。

技术介绍

[0002]有许多众所周知的用于医学成像的方法利用了身体不同部位具有不同物理特性这一事实。正因为如此，如果用不同类型的能量照射，可以开发出能够区分不同类型组织的图像。例如，X射线图像被骨骼和软组织的吸收不同。其他已知技术包括超声、MRI和断层(CT)扫描。
[0003]随着计算能力的增长，微波成像，以及一般地，无线电成像在许多领域得到了发展。在医学成像领域中，在过去的二十年里，对应用无线电成像技术产生了浓厚的兴趣，以产生高质量的图像以及此外产生特定组织类型的详细信息，认识到生物组织介电特性的频率依赖性[参见参考文献6]。
[0004]医学领域中的无线电成像已广泛演变为不同的方法。最初针对低功率短距离和免许可的通信装置的全球超宽带法规的建立，促使对使用标准涵盖的频带产生兴趣，关注法规的功率和功率谱密度要求。有许多关于该方法的报道[参见参考文献5和6]。
[0005]还报告了断层实施方式，并且已经发布了全息成像实施方式。也有临床试验支持微波成像在该领域中的前景[参见参考文献10]。

技术实现思路

[0006]因此，本专利技术试图提供一种微波成像系统，能够产生具有更大对比度和更高分辨率的图像，提供更多关于组织类型和组织分化的信息，同时还能够以相对较低的成本进行快速图像采集。
[0007]根据本专利技术的一个方面，提供了一种生成身体的3D标测图的方法，其包括：
[0008]‑
用来自源的相干微波辐射照射身体，
[0009]‑
在身体周围的多个位置处检测已经穿过身体或已经被身体反射的辐射的振幅和相位，
[0010]‑
在每个位置处确定接收到的辐射相对于指示发射辐射的相位的参考信号的相位，以产生身体的全息图像，以及
[0011]‑
处理该全息图像以计算身体内的局部物理参数的三维位置。
[0012]光学全息图是由物体反射到像平面上的光与在像平面处直接从激光源接收到的光之间的干涉图案。直接从源接收到的光提供了参考相位，并创建了干涉图案，因为被身体反射的光的相位将取决于光线的路径长度。当使用相干光查看时，全息图可以提供物体的三维表示。
[0013]在本专利技术中，以类似的方式，如果在身体周围的不同位置处确定在身体被相干微波辐射照射时从身体接收到的辐射的相位和振幅，则可以处理数据以确定引起辐射反射或
折射的任何物理不连续体或局部物理参数的三维位置。
[0014]在本专利技术的实施例中，发射微波能量包括若干个频率。例如，可以扫描发射辐射的频率，然后处理在不同频率下获得的图像，以实现比任何一个频率都可能实现的更高的分辨率。
[0015]当辐射被不连续体反射时，所得到的图像可能取决于辐射的极化平面。在本专利技术的一个实施例中，可以使用发射和接收装置两者的不同极化平面来产生图像，以便允许改善所测量的物理不连续体的表征。
[0016]虽然可以提供单个静止的发射元件和能够在身体周围移动的单个接收元件，但在本专利技术的实际实施方式中，发射和/或接收元件的阵列可以设置在待成像的身体的相对侧上。
[0017]在本专利技术的一些实施例中，所测量的信号的传播路径并不都是平行的。还发现具有非等间隔阵列元件的阵列有助于减少不期望的重影。
[0018]分析检测到的辐射的技术已经在其他领域得到发展并且不需要在本文中详细描述。在射电天文学领域，强大的成像算法已经应用于从大型基线干涉仪系统接收的大量数据，并进行处理以提供诸如星云和一般恒星射电源等恒星物体的无线电图像。现在可以获得各种频率和各种角分辨率的整个天空的标测图(1)。然而，这些成像技术提供远场图像，因为与被成像物体的距离相比，仪器的孔径尺寸相对于其工作波长非常小。图像重建方法大体上遵循光学模拟，其中描述数学运算被近似以使得距离项被消除，并且图像在没有距离信息的2D角空间中呈现。数学运算由2D傅立叶积分控制(7,8)。
[0019]由于记录仪器的孔径尺寸与被观察物体的距离相比变得重要，因此数学运算保留了距离信息并且数学运算处理由近场积分表达式控制。该数学运算一般称为菲涅尔积分(2)。
[0020]在一些实施例中，发射和接收到的辐射覆盖的带宽是测量的中心频率的至少两倍。
[0021]虽然辐射只能用两个极化轴发射，但接收到的辐射可以在散射后沿三个轴极化。在一些实施例中，该系统能够生成封闭体积内物体的三轴电磁场响应标测图。
[0022]根据本专利技术的第二方面，提供了一种用于生成身体的3D标测图的微波成像系统，包括
[0023]‑
用于照射身体的相干微波辐射源，
[0024]‑
至少一个微波检测器，用于在身体周围的多个位置处检测已经穿过身体或已经被身体反射的辐射的振幅和相位，
[0025]‑
分析仪，连接以从所述检测器或每个检测器以及从源接收信号，并且可操作以产生全息图像，该全息图像指示在每个检测位置处接收到的辐射的相位相对于在同一位置处直接从源接收到的辐射的相位，以及
[0026]‑
处理器，用于处理全息图像以在三个维度上计算身体内的局部物理参数的位置。
[0027]在一些实施例中，源和检测器可以包括发射和接收天线阵列，它们被支撑在以圆柱体或规则横截面的管的形式的基板上以围绕身体。
[0028]发射和接收天线阵列可以连接到主频率控制振荡器和传输线网络，以将相干空间电磁信息输送到表示无线电全息图的接收器系统。
[0029]发射和接收天线阵列可以是可移动的或能够在发射和接收功能之间切换以产生360
°
信息。
[0030]由于身体内的辐射的波长小于空气中的波长，因此在接收信号的处理中需要考虑被成像的身体的表面轮廓。为此，本专利技术的实施例可以包括使物体的表面轮廓能够与电磁测量同时测量的装置。此类装置可以依赖于光或超声波的反射。
[0031]在不同位置处记录振幅和相位的系统是已知的，例如来自WO2016/005909，但这些与本专利技术的区别在于它们依赖于调制散射技术(MST)。这种恢复波的相位和振幅的特殊方法需要通过辅助源振荡器和称为锁定放大器的装置对散射接收天线进行特定调制。为了记录各个点处的相位和振幅，每个接收天线必须按顺序应用调制信号。相比之下，本专利技术的系统是相干的，因为发射信号被直接并行地馈送到接收系统的检测器，从而使得能够在同一时间帧中捕获多个位置的相位和振幅(以及极化)。通过扫描频率，可以在一个扫描时间帧内记录多个频率，该时间帧通常可以是250ms或更短。
附图说明
[0032]现在将参考附图通过示例进一步描述本专利技术，其中：
[0033]图1示出了多切片多极化捕获系统配置，
[0034]图2示出了在被成像过程中在人体周围布置的承载天线阵列的管，图3a和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种生成身体的三维标测图的方法，其包括：
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用来自源的相干微波辐射照射所述身体，
‑
在所述身体周围的多个位置处检测已经穿过所述身体或已经被所述身体反射的辐射的振幅和相位，
‑
在每个位置处确定接收到的辐射相对于指示发射辐射的相位的参考信号的相位，以产生所述身体的全息图像，以及
‑
处理所述全息图像以计算所述身体内的局部物理参数的三维位置。2.根据权利要求1所述的方法，其中使用以不同频率发射的微波辐射产生多个全息图像。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述不同频率在时间上顺序地发射和接收。4.根据任一前述权利要求所述的方法，其中使用以不同极化发射和接收的微波辐射产生多个全息图像。5.一种用于生成身体的三维标测图的微波成像系统，包括
‑
用于照射所述身体的相干微波辐射源，
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至少一个微波检测器，用于在所述身体周围的多个位置处检测已经穿过所述身体或已经被所述身体反射的辐射的振幅和相位，
‑
分析仪，连接以从所述检测器或每个检测器以及从所述源接收信号，并且能够操作以产生全息图像，所述全息图像指示在每个检测位置处接收到的辐射的相位相对于在同一位置处直接从所述源接收到的辐射的相位，以及
‑
处理器，用于处理所述全息图像以在三个维度上计算所述身体内的局部物理...

【专利技术属性】
技术研发人员：D，
申请(专利权)人：斯派克玛有限公司，
类型：发明
国别省市：