CN103908228B - 一种双通道肿瘤超宽带信号提取方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双通道肿瘤超宽带信号提取方法，该方法采用的天线阵列为线型天线阵列，包括：将线型天线阵列首先置于第一处，采用各个天线交替作为收发天线测量肿瘤回波反射信号，采集多组回波信号，将所获取的多组信号作为基准信号；将线型天线阵列平移至第二处，重复步骤1的操作，采集多组回波信号，将所获取的多组信号作为检测信号；对于每组检测信号，将其与相对应的基准信号相减,得到相减信号；根据相减信号进行双通道肿瘤信息提取，并进行2次肿瘤信息成像。本发明能够在同一次检测中，提供额外的一组特征靶信号，较以前的检测方法增加了一倍的特征靶信号数量。

Description

一种双通道肿瘤超宽带信号提取方法

所属技术领域

本发明属于无线检测技术领域，涉及一种肿瘤超宽带无线检测信号提取方法。

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。超宽带微波检测乳腺肿瘤技术具有对人体伤害小，成像速度快，检测结果精度高等优点。然而，现有超宽带检测技术需要多组收发天线依次或同时工作，成像时需要滤除信号中非靶信号的干扰，其技术特点决定超宽带检测设备需具有能精确定位肿瘤信息的天线阵列以及可滤除非肿瘤靶信号的肿瘤特征信号提取技术。首先，覆盖于乳房的天线阵列制造精度要求较高，过少的收发天线对数无法完成肿瘤的精确定位；天线过多相互干扰较强，同时增加了检测技术的成本耗费，超宽带检测技术迫切需要一种高效的肿瘤信号提取算法，保证定位精度的同时减少天线阵列中天线数目。其次，单次检测无法完成非靶信号的滤除，传统的有肿瘤模型检测信号与无肿瘤模型检测信号相减以提取肿瘤特征信号的算法仅限于模拟仿真中，在实验中无法运用，故肿瘤特征靶信号的提取算法对超宽带检测技术意义重大。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够较好地滤去噪声，方便快捷地在超宽带肿瘤检测实验中提取信号的方法。本发明的技术方案如下：

一种双通道肿瘤超宽带信号提取方法，该方法采用的天线阵列为线型天线阵列，包括若干个间隔均匀分布在一条线上的天线，在信号采集的时候，天线阵列沿着与线型方向垂直的方向平移，该方法包括下列步骤：

1)将线型天线阵列首先置于第一处，采用各个天线交替作为收发天线测量肿瘤回波反射信号，采集多组回波信号，将所获取的多组信号作为基准信号；

2)将线型天线阵列平移至第二处，重复步骤1的操作，采集多组回波信号，将所获取的多组信号作为检测信号；

3)对于每组检测信号，将其与相对应的基准信号相减,得到相减信号；

4)根据相减信号进行双通道肿瘤信息提取，当对相减信号进行第一次肿瘤信息成像，将第二处作为成像天线位置时，相减信号中源于第一处的肿瘤波形被看做噪声,只有源于第二处的肿瘤波形能共焦成像；对相减信号进行第二次肿瘤信息成像，将第一处作为成像天线位置时，相减信号中源于第二处的肿瘤波形被看做噪声,只有源于第一处的肿瘤波形能共焦成像。

本发明具有双通道信号提取的特点，能够在同一次检测中，提供额外的一组特征靶信号，较以前的检测方法增加了一倍的特征靶信号数量。可有效减少天线阵列中收发天线对数，简化天线制作过程，降低设备成本。该提取算法无需无肿瘤参照模型，针对人体乳房一次检测即可提取肿瘤特征信号，较大程度提高 了检测效率。

附图说明

图1（a）线型天线阵列位于y=45mm处的示意图；

图1(b)线型天线阵列位于y＝60mm处的示意图；

图2乳房模型结构示意图；

图3（a）y=45mm处，A1发射，A6接收波形（b）y=60mm处，A1发射，A6接收波形（c）提取肿瘤特征信号波形；

图4天线位置y=60mm成像结果； 

图5天线位置y=45mm成像结果； 

图6双通道成像结果。

具体实施方式

在超宽带微波检测乳腺肿瘤实验中，将线型阵列天线覆盖于乳房模型之上。线型天线阵列如图1所示，乳房模型如图2所示。乳房模型从上至下依次为空气层、皮肤层、脂肪层和胸骨层，其中脂肪组织中包含一个肿瘤和四个腺体组织。线型天线阵列紧贴皮肤排列于乳房模型之上。天线阵列包含6个天线，并可以在y方向上随意移动。肿瘤特征靶信号提取采用天线A1～A6交替作为收发天线测量肿瘤回波反射信号，并对多组回波信号进行信号处理，提取肿瘤特征靶信号，精确定位肿瘤位置。具体实施过程如下：

1)将线型天线阵列排布于皮肤与空气层的交界面处如图2所示，天线阵列首先移动至y=45mm处，如图1（a）所示。天线A1发射超宽带信号时，天线A2～A6接收肿瘤回波信号。A2发射时，A1、A3、A4、A5、A6作为接收天线。依此类推，完成整个检测过程，共计30组信号。将天线于y=45mm处获取的30组信号作为基准信号。

2)将线型天线阵列沿y方向移动至y=60mm处，如图1（b）所示。重复步骤1的检测操作，得到30组含有肿瘤位置信息的回波信号。

3)将天线阵列于y=60mm处的30组信号与位于y=45mm的30组信号对应相减，即可消除皮肤层，肋骨层的反射干扰信号。可以进行单通道的肿瘤特征信号提取，提取的肿瘤信息如图3（c）中方框2所示，此时的肿瘤信息对应的检测天线位置为y=60mm处。

4)进行第二个通道的肿瘤特征信号提取，以y=60mm处的30组检测信号作为基准信号，其中包含皮肤层，肋骨层的反射信号。将y=45mm处的30组检测信号作为肿瘤的定位信号。在图3中如方框1所示，又确定一组肿瘤的信息。此时的肿瘤信息对应的检测天线位置为y=45mm处。

5)使用两个通道下提取的肿瘤特征信号进行成像处理，可精确定位肿瘤位置。较单通道信号提取算法，节约了一半的检测信息量，较大程度提高了检测效率，降低天线密集度。

为验证超宽带微波检测系统中的肿瘤特征靶信号双通道提取方法的高效性，采用图2所示的乳房模型进行信号提取实验。模型尺寸设定为90mm×90mm×90mm，天线阵列紧贴皮肤排列。直径为5mm的肿瘤位于（45,45,45）位置处。图3（a）、图3（b）为天线阵列位于y=45mm和y=60mm处的A1发射，A6接收的基准信号和肿瘤位置信号，两者相减后得到图3（c）中的肿瘤特征信号。图3（c）中对两个峰值进行了标识，当设定成像算法中成像天线位置为y=60mm时，标识2中的峰值为该天线位置对应的肿瘤特征信息， 而标识1中的峰值不为y=60mm时的肿瘤信息，成为干扰信息，被摒除掉。相反，当设定成像算法中成像天线位置为y=45mm时，标识1中的峰值为该天线位置对应的肿瘤特征信息，而标识2中的峰值不为y=45mm时的肿瘤信息，成为干扰信息，被摒除掉。首先按y=60mm为天线位置使用成像算法对30组信号进行成像处理，成像结果如图4所示，图4中虽可准确显示肿瘤位置，但上部出现干扰严重的亮点。然后按y=45mm为天线位置进行成像，成像结果如图5所示，图5中肿瘤位置上方出现干扰。将两组成像结果叠加再次成像，结果如图6所示，干扰相对肿瘤减弱，突出了肿瘤信息，优化了成像效果。实现了超宽带肿瘤检测的特征靶信息双通道提取。

Claims (1)

1.一种双通道肿瘤超宽带信号提取方法，该方法采用的天线阵列为线型天线阵列，包括若干个间隔均匀分布在一条线上的天线，在信号采集的时候，天线阵列沿着与线型方向垂直的方向平移，该方法包括下列步骤：

1)将线型天线阵列首先置于第一处，采用各个天线交替作为收发天线测量肿瘤回波反射信号，采集多组回波信号，将所获取的多组信号作为基准信号；

2)将线型天线阵列平移至第二处，重复步骤1)的操作，采集多组回波信号，将所获取的多组信号作为检测信号；

3)对于每组检测信号，将其与相对应的基准信号相减,得到相减信号；

4)根据相减信号进行双通道肿瘤信息提取，当对相减信号进行第一次肿瘤信息成像，将第二处作为成像天线位置时，相减信号中源于第一处的肿瘤波形被看做噪声,只有源于第二处的肿瘤波形能共焦成像；对相减信号进行第二次肿瘤信息成像，将第一处作为成像天线位置时，相减信号中源于第二处的肿瘤波形被看做噪声,只有源于第一处的肿瘤波形能共焦成像。