CN102824163B - 一种用于早期乳腺肿瘤超宽带微波检测的天线阵列 - Google Patents
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Abstract
本发明属于生物医学检测技术领域，涉及一种用于早期乳腺肿瘤超宽带微波检测的天线阵列，设发射天线的个数为n个，则接收天线的个数为n+1个，其中的n个发射天线和n个接收天线采用等间隔呈“口”字型排布，并在阵列的中心放置1个接收天线。本发明提供的天线阵列尺寸较小，易于硬件集成，并在阵列结构中对发射天线和接收天线数目和位置进行最佳搭配。
Description
所属技术领域
本发明属于生物医学检测技术领域，涉及一种用于早期乳腺肿瘤超宽带微波检测的天线阵列。
背景技术
乳腺肿瘤是女性发病率最高的恶性肿瘤疾病，死亡率居妇女恶性肿瘤死亡率之首。早期乳腺肿瘤的诊断无疑对于提高乳腺病的治疗率以及患者的远期成活率都具有决定性意义。目前常用的早期乳腺癌的检测方法包括乳腺X线摄影术、超声波影像技术、计算机断层扫描、核磁共振成像技术、热成像检测等，但诸多方法均存在一定的缺点，如对人体产生辐射伤害、成像对比度低、费用较高等。超快带电磁波检测乳腺癌的原理在于不同生物组织对电磁波的吸收、反射及投射特性不同，使得天线发射的脉冲信号在乳腺组织中传播时所产生的电磁场能够反映恶性组织的丰富信息。同时超宽带微波信号具有辐射功率低、目标信息携载量大、提供毫米级定位和检测成本较低等优点，能作为早期乳腺检测的常规手段。而天线阵列的结构对于检测结果如探测深度、最小检测肿瘤尺寸均有重要影响，因此研究检测系统的天线阵列结构具有至关重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够实现不同深度、不同位置的肿瘤目标的检测，提高超宽带微波早期乳腺肿瘤探测系统的检测性能的天线阵列。
本发明的技术方案如下：
一种用于早期乳腺肿瘤超宽带微波检测的天线阵列，设发射天线的个数为n个，则接收天线的个数为n+1个，其中的n个发射天线和n个接收天线采用等间隔呈“口”字型排布，并在阵列的中心放置1个接收天线。
作为优选实施方式，所述的n为8；所述的天线阵列的尺寸为60mm×60mm，相邻天线之间的间隔为15mm。
本发明提供的天线阵列尺寸较小，易于硬件集成，并在阵列结构中对发射天线和接收天线数目和位置进行最佳搭配。
附图说明
图1天线阵列结构图单位（mm）。
图2中心频率5GHz的一阶导高斯信号
图3三维乳房组织的几何模型单位：（mm）。
图4肿瘤直径3mm,肿瘤位置(35,60,30)的X-Z和Y-Z方向切片图。
图5肿瘤直径3mm,肿瘤位置(35,60,30)的X-Y和Y-Z方向切片图。
图6肿瘤直径6mm,肿瘤位置(35,60,30)的X-Z和Y-Z方向切片图。
图7肿瘤直径6mm,肿瘤位置(35,60,30)的X-Y和Y-Z方向切片图。
图8肿瘤直径3mm,肿瘤位置(40,40,40)的X-Z和Y-Z方向切片图。
图9肿瘤直径3mm,肿瘤位置(40,40,40)的X-Y和Y-Z方向切片图。
具体实施方式
本发明的天线阵列采用收发天线分离的结构，易于硬件实现。图1所示为超宽带微波早期乳腺肿瘤检测系统的天线阵列结构图。经过优化最终阵列中采用8个发射天线、9个接收天线。为了满足微波探测信号对整个乳房组织实现探测，其中8个发射天线和8个接收天线采用等间隔呈“口”字型排布，同时在阵列中心放置接收天线。整个探测过程中为满足成像分辨率和探测深度的要求，采用中心频率为5GHz、带宽为10GHz的一阶导高斯信号，信号波形如图2所示。8个发射天线依次发射微波探测信号，由于乳房各组织电学特性的差异，电磁波在乳房传输时产生的反向散射信号经9个接收天线接收。产生的72路接收信号被用于后续的成像算法完成乳房组织的重构。
采用图1所示8发9收的天线阵列结构用于超宽带微波早期乳腺肿瘤的探测。采用一阶高斯信号作为探测源。8个发射天线依次发射探测信号，来自于乳房各组织反向散射信号被9个接收天线获取。最终所得的72路接收信号采用三维共焦成像算法进行乳房组织重构。通过改变肿瘤的尺寸和位置来验证天线阵列结构对成像结果的影响。给出三组不同的肿瘤参数，重构图像均能实现肿瘤的检测。结果表明该天线阵列结构有易于超宽带微波系统实现早期乳腺肿瘤检测。
为验证天线阵列结构对超宽带微波检测系统的影响，采用图3所示的乳房组织模型进行探测。模型尺寸设定为80mm×80mm×80mm。天线阵列排布在皮肤层上，为接近真实探测环境，依次设立空气层1、皮肤层2、脂肪层3、肋骨层5，其中腺体4和肿瘤6存在于脂肪层中，天线阵列分布于皮肤层。分别完成了三种不同情况的乳腺肿瘤参数的仿真。第一种情况是肿瘤直径3mm，位置坐标（35,60,30），第二种情况是肿瘤直径6mm，位置坐标（35,60,30），第三种情况是肿瘤直径3mm,位置坐标为（40,40,40）。图4～图9分别为三种情况的乳房重构图像的轴方向的切片图。图像中均能实现肿瘤的检测。
Claims (3)
1.一种用于早期乳腺肿瘤超宽带微波检测的天线阵列，其特征在于，设发射天线的个数为n个，则接收天线的个数为n+1个，其中的n个发射天线和n个接收天线采用交错等间隔呈“口”字型排布，并在阵列的中心放置1个接收天线。
2.根据权利要求1所述的天线阵列，其特征在于，所述的n为8。
3.根据权利要求1所述的天线阵列，其特征在于，所述的天线阵列的尺寸为60mm×60mm，相邻天线之间的间隔为15mm。
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