專利名稱：：一種微波近場醫(yī)學(xué)體檢測方法及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種微波近場醫(yī)學(xué)體檢測方法及其應(yīng)用，屬于醫(yī)療微波近場醫(yī)學(xué)檢測方法類。
背景技術(shù)：
：乳腺腫瘤是危害婦女健康的常見惡性腫瘤，自20世紀(jì)70年代末，其發(fā)病率一直位居女性腫瘤的首位，并以每年2%的速度遞增。目前，全世界每年約有150萬婦女患上乳腺癌，并有超過50萬的婦女死于乳腺癌。近年來我國乳腺癌的發(fā)病率也呈上升趨勢，發(fā)病年齡從30歲以后開始增加，4049歲達(dá)高峰，嚴(yán)重威脅著廣大婦女的生命與健康。同時也有報道指出，如果乳腺腫瘤在頂徑小于10mm時(即早期)就能被及時發(fā)現(xiàn)，那么患者通過治療后的5年存活率將明顯提高。由此可見，乳腺腫瘤的普査和早期診斷，對提高治療的成功率和患者的遠(yuǎn)期存活率有著非常重要的意義。但是目前婦科門診中對婦女乳腺病變的檢査仍然采用X光、CT或核磁共振技術(shù)或其它更為落后原始的技術(shù)手段。雖然X光、CT或核磁共振技術(shù)的應(yīng)用為這種病變的診斷提供了較為理想的結(jié)果，但是也存在對人體健康組織的傷害。因此，如何在保證檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性的前提下，最大限度地減少對人體正常組織細(xì)胞的傷害，是婦女乳腺病變檢查中需要解決的課題。在本人對微波技術(shù)的研究中，發(fā)現(xiàn)UWB信號具有輻射功率低、目標(biāo)信息攜載量大等優(yōu)點，能提供毫米級的定位精度。以UWB信號作為檢測信號源，既能獲得高分辨率的成像結(jié)果，又能兼顧穿透深度的要求，且相對X光、CT或核磁共振技術(shù)而言對人體的傷害小很多，因此為安全、快速、準(zhǔn)確地檢測乳腺腫瘤提供了技術(shù)上的可能。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的旨在提出一種應(yīng)用微波三維成像技術(shù)確定乳腺腫瘤三維電磁場參數(shù)，構(gòu)筑成像平臺，為早期乳腺腫瘤的診斷和治療提供直觀和有效的三維信息。這種微波近場醫(yī)學(xué)體檢測方法，其特征在于用有限元共焦成像法通過時域差分法提取直達(dá)波和散射波之間的相關(guān)性信息，對成像區(qū)域進行有限元分割，然后計算每個天線到每個網(wǎng)格的時延，得到符合三維軌跡曲面方程的網(wǎng)格組，根據(jù)多個軌跡相交后網(wǎng)格組的疊加情況，確定婦女乳腺早期腫瘤所在的位置。其主要步驟是A、參數(shù)及成像區(qū)域的初始設(shè)定因人而宜地設(shè)定檢測乳房半徑R;掃描次數(shù)N和網(wǎng)格數(shù)gNum;B、收發(fā)天線位置的改變使用一個發(fā)射天線和兩個接收天線，天線陣可以軸心旋轉(zhuǎn)或上下移動，以便在不同位置處獲得直達(dá)波和散射波的回波差拍信號，并依此結(jié)果建立軌跡方程；C、通過回波差拍中頻信號獲取時延采用時域差分法對接收天線收到的直射信號和散射信號進行處理，得到疊加差拍后輸出的中頻信號，分析零頻附近的兩處頻率瞬變點，得到其中所包含的關(guān)于腫瘤位置等的信息；D、對每個有限元單元進行掃描依據(jù)被劃分成的gN咖XgNumXgNum/2個網(wǎng)格后，計算出每個網(wǎng)格的中心點位置，由發(fā)射天線和接收天線的位置，推算出信號在皮膚層一乳房組織分界面的折射點，并分別得出信號在皮膚層和乳房組織中的傳播距離；再根據(jù)不同介質(zhì)中電磁波的傳播速度，分別計算出直達(dá)波的傳播時間以及信號經(jīng)腫瘤散射前、后的傳播時間；比較所求得的直射波與散射波之間的時間差，以及實際系統(tǒng)中獲得的回波差拍信號的時延At，判斷是否滿足腫瘤分布的三維軌跡曲面方程；E、多色彩成像通過成像算法采用不同成像色彩來標(biāo)識乳腺腫瘤的存在與否。根據(jù)以上技術(shù)方案提出的這種微波近場醫(yī)學(xué)體檢方法，與現(xiàn)在普遍使用的X光、CT或核磁共振技術(shù)而言，不僅能可靠地確定婦女早期乳腺腫瘤的三維空間位置，而且對人體的傷害小很多。附圖l為本發(fā)明的操作流程圖；附圖2為適用本方法的模擬成像效果示意圖；附圖3為共焦成像原理圖；附圖4為發(fā)射信號、接射信號與差拍信號的示意圖；附圖5為小波變化五層分解后得到的時差示意圖；附圖6為折射點計算示意圖；附圖7為成像象限示意圖；附圖8為平面成像效果示意圖；附圖9為附圖8的局部放大圖。圖中1-監(jiān)測到的腫瘤2-虛警點3-發(fā)射天線4-接收天線5-目標(biāo)物具體實施方式以下結(jié)合附圖進一步闡述本發(fā)明，并給出本發(fā)明的實施例。這種微波近場醫(yī)學(xué)體檢測方法，其特征在于用有限元共焦成像法通過時域差分法提取直達(dá)波和散射波之間的相關(guān)性信息，對成像區(qū)域進行有限元分割，然后計算每個天線到每個網(wǎng)格的時延，得到符合三維軌跡曲面方程的網(wǎng)格組，根據(jù)多個軌跡相交后網(wǎng)格組的疊加情況，確定早期乳腺腫瘤所在的位置。其主要步驟是A、參數(shù)及成像區(qū)域的初始設(shè)定因人而宜地設(shè)定監(jiān)測乳房半徑R;掃描次數(shù)N和網(wǎng)格數(shù)gNlM;B、收發(fā)天線位置的改變使用一個發(fā)射天線和兩個接收天線，天線陣可以軸心旋轉(zhuǎn)或上下移動，以便在不同位置處獲得直達(dá)波和散射波的回波差拍信號，并依此結(jié)果建立軌跡方程；C、通過回波差拍中頻信號獲取時延采用時域差分法對接收天線收到的直射信號和散射信號進行處理，得到疊加差拍后輸出的中頻信號，分析零頻附近的兩處頻率瞬變點，得到其中所包含的關(guān)于腫瘤位置等的信息；D、對每個有限元單元進行掃描依據(jù)被劃分成的gNumXgNumXgNnm/2個網(wǎng)格后，計算出每個網(wǎng)格的中心點位置，由發(fā)射天線和接收天線的位置，推算出信號在皮膚層一乳房組織分界面的折射點，并分別得出信號在皮膚層和乳房組織中的傳播距離；再根據(jù)不同介質(zhì)中電磁波的傳播速度，分別計算出直達(dá)波的傳播時間以及信號經(jīng)腫瘤散射前、后的傳播時間；比較所求得的直射波與散射波之間的時間差，以及實際系統(tǒng)中獲得的回波差拍信號的時延At，判斷是否滿足腫瘤分布的三維軌跡曲面方程；E、多色彩成像通過成像算法采用不同成像色彩來標(biāo)識乳腺腫瘤的存在與否。經(jīng)本發(fā)明人應(yīng)用上述方法對模擬的婦女乳腺腫瘤模型的檢測成像結(jié)果(附圖2)可以看出成像效果與實際模型中的腫瘤位置基豐一致，這說明釆用有限元共焦成像法對U冊近場檢測到的乳腺腫瘤進行成像是可行的，且此方案具有發(fā)現(xiàn)頂徑小于10mm的早期乳腺腫瘤的能力。這種微波近場測量技術(shù)的原理如下在離開被測目標(biāo)3A5入(入為工作波長)距離內(nèi)測量該區(qū)域電磁場的技術(shù)稱為近場測量技術(shù)。若被測目標(biāo)是散射體，則稱為散射近場測量；對散射近場信息進行反演或逆推就能得到表征目標(biāo)幾何特征的目標(biāo)函數(shù)，由目標(biāo)函數(shù)給出目標(biāo)的幾何形狀，形成目標(biāo)近場成像。近場成像技術(shù)是研究介質(zhì)表面區(qū)域電磁性質(zhì)的有效手段，適合于進行人體肌膚以下的腫瘤檢測。將可視化技術(shù)與UWB近場檢測技術(shù)相結(jié)合，應(yīng)用到醫(yī)學(xué)圖像領(lǐng)域就產(chǎn)生了醫(yī)學(xué)影像可視化技術(shù)。醫(yī)學(xué)體數(shù)據(jù)的三維可視化就是要在計算機上將這些離散數(shù)據(jù)進行插值，將其轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂兄庇^立體效果的圖像，利用人體視覺系統(tǒng)特性來展示器官的三維形態(tài)，從而提供若干用傳統(tǒng)手段無法獲得的解剖結(jié)構(gòu)信息，并為進一步模擬手術(shù)操作等提供視覺交互手段。微波近場檢測的共焦算法微波共焦算法最早源自于合成孔徑雷達(dá)技術(shù)，其原理如圖3所示。由發(fā)射天線向成像區(qū)域發(fā)射一超寬帶脈沖，該脈沖信號經(jīng)檢測目標(biāo)時發(fā)生散射，接收天線得到檢測目標(biāo)的散射場，該散射場中包含了物體的形狀和空間位置等信息。假設(shè)有一目標(biāo)位于OC(^o,Zo)，目標(biāo)到第/個接<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>收天線的距離為d,G-1…N)，可得",=#。-、)2+"'。-乂)2+"-z,)2—(,、1，…iV)(4-1)假設(shè)微波信號的傳播速度為^，則目標(biāo)的散射信號到達(dá)各接收天線的時延分別為,,丄j^,)2+(》W,)2+"-02(/=(4-2)對每個天線上接收到的信號做時延補償，在檢測目標(biāo)位置處信號能夠同相疊加，能量較強；而在其他位置處非同相的波形疊加，能量較弱，這就是共焦成像算法的基本思想。共焦成像算法的步驟是-(1)采集初始信號。有檢測目標(biāo)存在時，初始信號A包括了直達(dá)波和檢測目標(biāo)的散射波；無檢測目標(biāo)存在時，初始信號B僅包括直達(dá)波。(2)校準(zhǔn)，即進行信號相減，去除從發(fā)射天線到接收天線的直達(dá)波，只留下檢測目標(biāo)位置、大小形狀等信息的散射信號。(3)信號積分，將信號中心從零轉(zhuǎn)變?yōu)樽畲笾怠?4)聚焦對整個成像區(qū)域進行逐點掃描，計算每個天線到每個成像點的時延，并將經(jīng)過時延補償后的信號相加。根據(jù)信號疊加后能量的分布不同，產(chǎn)生圖像，確定檢測目標(biāo)所在的位置。有限元共焦成像算法本系統(tǒng)采用微波近場技術(shù)來獲取檢測信號，并實現(xiàn)醫(yī)學(xué)影像的成像，因此在成像算法的設(shè)計上，既要考慮到醫(yī)學(xué)影像的成像要求，又要兼顧微波近場技術(shù)所獲得的檢測信號的特點。醫(yī)學(xué)影像對成像算法的要求是具有高位置分辨率、高密度分辨率、實時快速。對照CT的重建投影算法[36]，其多角度旋轉(zhuǎn)掃描投影、多灰度級多色彩實現(xiàn)高密度分辨率等，都是本系統(tǒng)的成像算法值得借鑒的手段；但CT成像采集的是X射線的衰減信號，且只在醫(yī)學(xué)體的斷面上實現(xiàn)二維成像，而本系統(tǒng)采集的檢測信號為三維電磁波信號，成像軌跡是空間上的不規(guī)則曲面。再對照合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)中常用的共焦成像算法，其散射信號的獲得、時延的計算等，都與本系統(tǒng)的成像過程類似；但由于其不僅需要定位檢測目標(biāo)，還需要確定檢測目標(biāo)的輪廓，信號積分的計算量非常大，因此在成像速度上存在著欠缺。本成像系統(tǒng)兼顧了三維高精度成像和快速成像的要求，(1)通過時域差分法提取直達(dá)波和散射波之間的相關(guān)性信息，避免非線性問題；(2)對成像區(qū)域進行有限元分割，然后計算每個天線到每個網(wǎng)格的時延，得到符合三維軌跡曲面方程的網(wǎng)格組，根據(jù)多個軌跡相交后網(wǎng)格組的疊加情況，確定目標(biāo)腫瘤所在的位置。由于本系統(tǒng)的檢測對象是早期的乳腺腫瘤，其形狀可近似為直徑很小的球狀體，因此只定位其位置，而不對其外輪廓進行討論。故可用區(qū)域收斂法取代點收斂法，從而大大節(jié)約時間開銷，提高成像速度。參數(shù)及成像區(qū)域的初始設(shè)定使用該系統(tǒng)進行早期乳腺腫瘤檢測時，被檢者的乳房半徑大小各不相同，對定位精度和檢測時間的要求也各不相同。因此，系統(tǒng)在運行之初允許用戶對基本參數(shù)進行設(shè)定(1)乳房半徑R;(2)掃描次數(shù)N，即收發(fā)天線位置移動的次數(shù)；(3)網(wǎng)格數(shù)gNum，即在成像區(qū)域內(nèi)被劃分的立方體數(shù)目。掃描次數(shù)越多，網(wǎng)格劃分越精細(xì)，則成像精度越高，得到收斂的腫瘤位置的可能性也越高，但相應(yīng)的時間開銷也就越大。系統(tǒng)默認(rèn)的乳房半徑R為80mm，掃描次數(shù)為80次，網(wǎng)格數(shù)gNum也為80。用戶確認(rèn)或修改完這些參數(shù)的設(shè)定后，系統(tǒng)將構(gòu)建一個半徑為R的半球體模擬乳房組織，并將整個成像區(qū)域劃分為gNumXgNumX(gNum/2)個網(wǎng)格，同時創(chuàng)建一個三維數(shù)組iData[gNum][gNum][gNum/2]，用以存放與對應(yīng)網(wǎng)格相關(guān)的信息。收發(fā)天線位置的改變在本系統(tǒng)天線陣列的設(shè)計中，用到了一個發(fā)射天線和兩個接收天線，天線陣可以軸心旋轉(zhuǎn)或上下移動，以便在不同位置處獲得直達(dá)波和散射波的回波差拍信號，并在接下來的步驟中建立軌跡方程。乳腺腫瘤一般都位于皮下50mm范圍內(nèi)，因此我們設(shè)定天線陣沿Z軸的移動范圍為Z二30mm到Z二70mm，每次遞增10mm。接下來的問題是如何確定發(fā)射天線與接收天線之間的距離，若天線陣元間的間距太小，則會引起信號間的相互干擾；若天線陣元間的間距太大，則發(fā)射信號與接收信號的相關(guān)系數(shù)會很小，不利于我們進行時域差分。于是我們作了這樣的設(shè)定，當(dāng)Z軸坐標(biāo)為30mm或40mm時(比較靠近胸部肌肉層或腋窩，柱坐標(biāo)系下X-Y平面上的半徑分量R較大)，天線陣元間的角度差為15。當(dāng)Z軸坐標(biāo)為70鵬時(比較靠近乳頭乳暈，柱坐標(biāo)系下X-Y平面上的半徑分量R較小)，天線陣元間的角度差為45°;當(dāng)Z軸坐標(biāo)位于前兩者之間，取值為50mm或60mm時，天線陣元間的角度差為30。。因此，當(dāng)Z=30mm/40mm/50mm/60mm/70mm時的天線陣旋轉(zhuǎn)次數(shù)分別為24/24/12/12/8，天線位置總共改變80次，這就是系統(tǒng)默認(rèn)的總掃描次數(shù)。每次掃描時收發(fā)天線陣子在柱坐標(biāo)系下的位置可參見下表回波差拍中頻信號的時延獲取當(dāng)天線陣移動到合適位置后，發(fā)射天線發(fā)出三角波調(diào)頻UWB信號序列，其表達(dá)式為<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table><formula>formulaseeoriginaldocumentpage12</formula>(4-3)其中，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage12</formula>為三角脈沖。由于乳腺腫瘤組織較周圍的正常組織而言有較強的散射效應(yīng)，因此接收天線收到的信號中，一部分直接來自于發(fā)射天線，另一部分則是經(jīng)乳腺腫瘤散射后再到達(dá)接收天線的。直達(dá)波和散射波的傳播距離不同，到達(dá)接收天線的用時也不一樣，散射波相對直達(dá)波會有-一個傳播時延At。系統(tǒng)通過獲取該時延參數(shù)來判斷腫瘤與天線之間的距離，進而建立軌跡方程確定腫瘤位置。采用時域差分法對收到的這兩個信號進行處理，直射信號和散射信號疊加差拍后輸出的中頻與目標(biāo)關(guān)系如圖4所示?；夭ú钆闹蓄l信號v3由vl和v2相乘后得到，在零頻附近有兩處頻率瞬變點，該兩點的時差A(yù)t里面包含了腫瘤位置等信息。再通過選擇合適的小波基、選擇適當(dāng)?shù)姆治鲭A數(shù)，由小波重構(gòu)再現(xiàn)分解的各層信號，對回波差拍信號進行如圖4-5所示的時差檢測，獲取△t的具體取值。對每個有限元單元進行掃描成像區(qū)域被劃分為gNumXgNumXgNum/2個網(wǎng)格后，可計算出每個網(wǎng)格的中心點位置(R為乳房組織模型的半徑)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage12</formula>假設(shè)在該中心點位置上存在腫瘤組織，則由發(fā)射天線和接收天線的位置，可推算出信號在皮膚層一乳房組織分界面的折射點，并分別得出信號在皮膚層和乳房組織中的傳播距離；再根據(jù)不同介質(zhì)中電磁波的傳播速度，分別計算出直達(dá)波的傳播時間以及信號經(jīng)腫瘤散射前、后的傳播時間。波速的計算UWB信號在介質(zhì)中傳播的速度與介質(zhì)的介電常數(shù)、電導(dǎo)率、電磁波的頻率有關(guān)，傳播速度為皮膚和乳房組織都是色散媒質(zhì)，而天線陣子發(fā)出的UWB信號包含了很多頻率分量，因此信號的傳播情況是比較復(fù)雜的[39]。分析證明，當(dāng)頻率低于10GHz時，在高分辨率超寬帶微波成像技術(shù)中，媒質(zhì)的色散對成像效果并沒有顯著的影響。我們?nèi)WB信號的中心頻率1.5GHz作為其在乳房各組織中傳播頻率的參考值。按表3-1所示，設(shè)定乳房皮膚的電磁參數(shù)分別為fn-40，"h=1，=2.64S/m;正常乳房組織的電磁參數(shù)分別為fr2=10，/^=1，。2=0.24S/m，則UWB信號在皮膚層中傳播的速度h以及在常常乳房組織中傳播的速度^分別為折射點的計算當(dāng)發(fā)射天線發(fā)出的UWB信號經(jīng)皮膚層一乳房組織的分界面到達(dá)乳腺腫瘤時，信號將在兩種媒質(zhì)的分界面上發(fā)生折射；同樣，當(dāng)腫瘤的散射信號經(jīng)乳房組織一皮膚層的分界面進入皮膚再到達(dá)接收天線的過程中，信號也將發(fā)生折射。圖6是回波信號在乳房組織一皮膚層分界面上發(fā)生折射的示意圖。乳房組織是半徑為80mm的半球；皮膚層的厚度為2mm，即皮膚所在半球的半徑為82mm。假設(shè)A為目標(biāo)腫瘤所在的位置；B為接收天線所在的位置；M為A的散射信號到達(dá)接收天線B的過程中在乳房組織一皮膚層交界面上的折射點；過M點的乳房組織所在半球的切平面為"，D為B(接收天線)在切平面。上的垂足，^為折射角，A為入射角。設(shè)A(腫瘤位置)、B(接收天線位位置)、M(折射點)、D(垂足)的坐標(biāo)分別為(X"Y,，Z,)，(X"Y"Z》，(X',，Y()，Z())，(i，j，k)?？紤]到具體檢測時乳房組織會因人體姿勢的改變而移動、難以確定乳房中心位置的特點，我們對坐標(biāo)系及坐標(biāo)原點的選擇作了如圖4-7所示的規(guī)定在柱坐標(biāo)系的X-Y平面內(nèi)，將乳房組織劃分為外側(cè)上象限、外側(cè)下象限、內(nèi)側(cè)上象限、內(nèi)側(cè)下象限四個區(qū)域；規(guī)定乳房組織的下象限最低點(檢測時最容易定位)為坐標(biāo)原點；由內(nèi)而外為X軸正方向；自下而上為Y軸正方向；于是，乳房中心位置(即半球模型的圓心)坐標(biāo)為(0，R，0)。系統(tǒng)假設(shè)的半徑R為80誦，則B點(X2(x-0)2+(y-80)2+0-0)2=822M點(Xo，Yo，Zo)滿足方程(x—0)2+(_y—80)2+(z—0)2=802根據(jù)Snell折射定律<formula>formulaseeoriginaldocumentpage14</formula>.-.折射角K0。而三角形OBM符合正弦定理:5(9SO<formula>formulaseeoriginaldocumentpage14</formula><formula>formulaseeoriginaldocumentpage15</formula>，可近似認(rèn)為切平面a與OB垂直垂直于切平面a的BD的直線方程為計算直線BD與平面a的交點D，將上式代入切線方程，可得參數(shù)"<formula>formulaseeoriginaldocumentpage15</formula>(4-9)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage15</formula>(4-10)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage15</formula>(4-12)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage15</formula>(4-12)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage15</formula>直線AB的方程計算AB與切平面a的交點E，將式4-12代入式4-9，得<formula>formulaseeoriginaldocumentpage15</formula>(4-13)比較d1和d2，可得<formula>formulaseeoriginaldocumentpage15</formula>(4-14)由Snell定律及兩層介質(zhì)折射點的近似估算方法[43，44]可辛|EM|"|MD|，即M是ED的中點，所以下式成立<formula>formulaseeoriginaldocumentpage15</formula>(4-15)得:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage15</formula>(4-16)設(shè)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage16</formula>:則由式4-17可得<formula>formulaseeoriginaldocumentpage16</formula>點M所在的半球滿足方程4-6，于是將式4-19、4-20代入式4-6，(a2+62+l)x0+[2a(-"x2+_y2-80)+26(-foc2+z2)〗x0+[(-ox2+_y2-80)2+(-fec2+z2)2-6400]=0(闊由式4-21，解一元二次方程可得x。，并可很容易地求出y。、Z。的值，從而得到折射點M的坐標(biāo)。時延的計算由折射點M的位置，可推算出散射信號從腫瘤組織A到達(dá)接收天線B的傳播距離和時間。同理，可計算出由發(fā)射天線C發(fā)出的UWB信號在到達(dá)腫瘤A的過程中，在皮膚層一乳房組織分界面上的折射點N，并推算出信號從發(fā)射天線C到達(dá)腫瘤組織A的傳播距離和時間。距離為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage16</formula>其中<formula>formulaseeoriginaldocumentpage16</formula><formula>formulaseeoriginaldocumentpage17</formula>傳播時間為:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage17</formula>比較式4-26所求得的Ar與實際系統(tǒng)中獲得的回波差拍信號的時延<formula>formulaseeoriginaldocumentpage17</formula>(式中，a為網(wǎng)格邊長，V2為信號在TH常乳房組織中的傳播諫度)則表明該網(wǎng)格中心處存在腫瘤組織的假設(shè)有可能成立，網(wǎng)格中心位置滿足腫瘤分布的三維軌跡曲面方程，其對應(yīng)的三維數(shù)組元素值iData[iHJ][k]加1;否則，表明假設(shè)不成立，該網(wǎng)格中心位置不滿足腫瘤分布的三維軌跡曲面方程，其對應(yīng)的三維數(shù)組元素值不變。系統(tǒng)中設(shè)置了兩個接收天線，因此，天線陣每移動一次位置，就針對gNumXgNumXgNum/2個網(wǎng)格進行兩次時延差的計算，統(tǒng)總的運算次數(shù)為gNumXgNumXgNumXN。最后得到的三維數(shù)組iData，其每個元素取值應(yīng)滿足O《iData[i]0][k]《2N(N為總的掃描次數(shù))。多色彩成像多次改變天線陣位置、并建立三維軌跡曲面后，三維數(shù)組iData中包含了腫瘤組織位置和大小的信息。若軌跡方程的相交區(qū)域集中在幾個固定的網(wǎng)格，則這幾個網(wǎng)格所對應(yīng)的iData值將明顯高于其他網(wǎng)格，其所處位置即為系統(tǒng)檢測到的腫瘤位置；若軌跡方程的相交區(qū)域發(fā)散，則所有網(wǎng)格對應(yīng)的iData值都接近或等于0，可初步判定為乳房內(nèi)不存在腫瘤；但由于乳房組織為半球形軸對稱結(jié)構(gòu)，因此有些軌跡交點很可能是鏡像后得到的結(jié)果，實際上該處并沒有腫瘤存在，這就需要我們的成像算法能對此進行過濾和去雜。醫(yī)學(xué)上一般將頂徑小于5mm的小浸潤癌(亞臨床癌)或頂徑小于10mm、無腋下淋巴結(jié)腫大的微癌劃歸為早期乳腺癌[45]。而系統(tǒng)默認(rèn)的設(shè)定值中，半徑R二80mm、網(wǎng)格數(shù)gNum=80，即每個網(wǎng)格的邊長為2mm。這就意味著若乳房組織內(nèi)存在腫瘤，則該位置上若干個鄰近網(wǎng)格所對應(yīng)的iData值都會很高、都將被系統(tǒng)檢測出來；而對于一些單個零星存在的iData值很高的網(wǎng)格，則會被當(dāng)作"虛警點"而濾掉。多個三維軌跡曲面相交后，實際存在腫瘤的網(wǎng)格相對應(yīng)的三維數(shù)組元素值，將等于或略小于掃描次數(shù)的2倍；遠(yuǎn)離腫瘤、沒有軌跡經(jīng)過的網(wǎng)格所對應(yīng)的三維數(shù)組元素值，將遠(yuǎn)小于掃描次數(shù)，或接近于零；與腫瘤周圍網(wǎng)格相對應(yīng)的三維數(shù)組元素值，則將介于上述兩者之間。成像結(jié)果圖8和圖9給出了所示模型的成像結(jié)果，圖8是三維區(qū)域內(nèi)的成像效果，圖9(a)是Z二31，X-Y平面的成像效果，(b)是(a)的局部放大。模型中的腫瘤位于(41,53,19)，頂徑為6mm，天線陣共旋轉(zhuǎn)、上下移動了40次，即掃描次數(shù)為40。成像效果與實際模型中的腫瘤位置基本一致，這說明采用有限元共焦成像法對UWB近場檢測到的乳腺腫瘤進行成像是可行的，且此方案具有發(fā)現(xiàn)頂徑小于10mm的早期乳腺腫瘤的能力。權(quán)利要求1.一種微波近場醫(yī)學(xué)體檢測方法，其特征在于用有限元共焦成像法通過時域差分法提取直達(dá)波和散射波之間的相關(guān)性信息，對成像區(qū)域進行有限元分割，然后計算每個天線到每個網(wǎng)格的時延，得到符合三維軌跡曲面方程的網(wǎng)格組，根據(jù)多個軌跡相交后網(wǎng)格組的疊加情況，確定婦女乳腺早期腫瘤所在的位置。2、如權(quán)利要求l所述的一種微波近場醫(yī)學(xué)體檢測方法，其具體步驟是A、參數(shù)及成像區(qū)域的初始設(shè)定因人而宜地設(shè)定監(jiān)測乳房半徑R;掃描次數(shù)N和網(wǎng)格數(shù)gNum;B、收發(fā)天線位置的改變使用一個發(fā)射天線和兩個接收天線，天線陣可以軸心旋轉(zhuǎn)或上下移動，以便在不同位置處獲得直達(dá)波和散射波的回波差拍信號，并依此結(jié)果建立軌跡方程；C、通過回波差拍中頻信號獲取時延采用時域差分法對接收天線收到的直射信號和散射信號進行處理，得到疊加差拍后輸出的中頻信號，分析零頻附近的兩處頻率瞬變點，得到其中所包含的關(guān)于腫瘤位置等的信息；D、對每個有限元單元進行掃描依據(jù)被劃分成的gNumXgNumXgNmn/2個網(wǎng)格后，計算出每個網(wǎng)格的中心點位置，由發(fā)射天線和接收天線的位置，推算出信號在皮膚層一乳房組織分界面的折射點，并分別得出信號在皮膚層和乳房組織中的傳播距離；再根據(jù)不同介質(zhì)中電磁波的傳播速度，分別計算出直達(dá)波的傳播時間以及信號經(jīng)腫瘤散射前、后的傳播時間；比較所求得的直射波與散射波之間的時間差，以及實際系統(tǒng)中獲得的回波差拍信號的時延At，判斷是否滿足腫瘤分布的三維軌跡曲面方程；E、多色彩成像通過成像算法采用不同成像色彩來標(biāo)識乳腺腫瘤的存在與否。全文摘要一種微波近場醫(yī)學(xué)體檢測方法，其特征在于用有限元共焦成像法通過時域差分法提取直達(dá)波和散射波之間的相關(guān)性信息，對成像區(qū)域進行有限元分割，然后計算每個天線到每個網(wǎng)格的時延，得到符合三維軌跡曲面方程的網(wǎng)格組，根據(jù)多個軌跡相交后網(wǎng)格組的疊加情況，確定婦女乳腺早期腫瘤所在的位置。根據(jù)以上技術(shù)方案提出的這種微波近場醫(yī)學(xué)體檢方法，與現(xiàn)在普遍使用的X光、CT或核磁共振技術(shù)而言，不僅能可靠地確定婦女早期乳腺腫瘤的三維空間位置，而且對人體的傷害小很多。文檔編號A61B5/06GK101234022SQ20061014753公開日2008年8月6日申請日期2006年12月19日優(yōu)先權(quán)日2006年12月19日發(fā)明者萌姚申請人:華東師范大學(xué)