CN108618759A - 一种乳腺微波成像方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种乳腺微波成像方法及系统，利用单个微波天线以螺旋状轨迹向置于检测容器中的乳腺辐射微波信号，微波天线阵列中剩余的微波天线接收回波散射信号并将其发送至微波信号收发机；主控模块根据微波信号收发机接收的回波散射信号获得乳腺微波图像，实现乳腺的微波成像，克服现有技术中，信号的稳定性差、空间扫描密度有限，成像精度低的技术问题；提高了空间扫描密度，有效提高了成像精度，改善了微波乳腺成像的成像质量；并提升了移动式微波扫描的信号稳定性。

Description

一种乳腺微波成像方法及系统

技术领域

本发明涉及乳腺成像领域，尤其是一种乳腺微波成像方法及系统。

背景技术

目前乳腺检查主要采用人工手检辅助其它医学临床检测手段，常用的超声成像利用超声波在体内传播过程中遇到声阻抗变化的界面时的反射回波成像，但对于早期病变部位其成像对比度很低；X-CT技术是借助各部分组织对X射线的吸收不同产生不同的阴影所形成的图像，但对人体有害的射线作为信息的载体进行成像可能会导致癌变几率的增加；核磁共振是利用核磁共振现象获取分子结构、样品内部结构信息的技术，它对人体无损伤且能实现功能成像，但设备成本造价高、使用及维护费用昂贵，给患者造成较大的经济负担，且设备无法实现小型化。

由于上述检测手段的缺陷，微波成像检测手段越来越受到关注。微波检测具有安全无电离辐射，不需要对乳腺进行疼痛的挤压，对早期乳腺癌灵敏性高等特点。此外，微波成像技术和系统可以以较高的效益/成本比针对病人进行日常的检测和长期的监测，在临床应用上有广泛的前景。不仅如此，微波成像还能针对有致密型乳腺的年轻人群进行大规模乳腺癌筛查，这在X-CT摄片技术是无法做到的。

目前现有的微波成像技术主要包括两个方面，即微波层析成像和雷达成像方法。通过提高成像算法的效率、准确率，可以很大程度提高成像的效果。无论哪一种成像方法，首先由一组天线构成天线阵列紧密地围绕或包裹整个乳腺。单个天线作为发射单元依次向乳腺发射微波信号，同时其他天线元作为接收单元接收散射的回波。接着计算机算法会对记录的回波散射信号进行算法处理，并还原成二维或三维的微波图像。

在现有的微波乳腺成像技术中，微波扫描可分为固定扫描方式和移动扫描方式。例如：目前应用于临床由英国Bristol大学设计的乳腺肿瘤检测机MARIA M4，使用的是固定扫描方式。其检测系统中分布了60个堆叠式贴片天线，在系统检测过程中天线相对被测物体固定。通过系统控制不同的天线收发序列达到空间扫描的过程。此类固定扫描方式由于受限于空间大小，空间扫描密度有限，因此大大影响成像精度。又例如：目前应用于临床由美国Dartmouth学院设计的乳腺肿瘤检测机，使用的是移动扫描方式。其检测系统中使用16个单极子天线，收发机与天线使用柔性信号线与天线连接。在系统检测过程中天线相对被测物体可做垂直上下移动扫描。此类固定扫描方式由于受限于信号收发机与检测天线的连接方式，检测过程中信号线相对收发机会发生位移这将会影响到信号的稳定性。同时也受限于空间大小，水平平面内角度扫描密度较小，因此大大影响成像精度。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种乳腺微波成像方法及系统，用于提高乳腺的成像精度和稳定性。

本发明所采用的技术方案是：一种乳腺微波成像系统，包括主控模块、螺旋移动装置、微波信号收发模块和检测容器，所述螺旋移动装置用于实现螺旋移动，所述检测容器用于容纳微波耦合液和乳腺；

所述微波信号收发模块包括微波信号收发机和微波天线阵列，所述微波天线阵列包括至少2个微波天线，所述至少2个微波天线包括至少一个用于发射微波信号的微波天线和至少一个用于接收微波信号的微波天线；所述检测容器包括一开口向上的壳体，所述检测容器还包括一底面，所述底面可相对壳体旋转，所述微波天线阵列设置在所述底面上；

所述微波信号收发模块设置在螺旋移动装置上，所述主控模块的输出端与螺旋移动装置的输入端连接，所述主控模块与微波信号收发机连接，所述微波信号收发机与微波天线连接。

进一步地，所述底面与壳体之间设置有密封装置。

进一步地，所述底面设置有与微波天线的数目一致的第一通孔，所述微波天线插入第一通孔中且微波天线与第一通孔之间设置有密封件；

进一步地，所述微波信号收发机为矢量网络分析仪。

进一步地，所述螺旋移动装置包括固定部和螺旋移动部，所述壳体与固定部连接，所述微波信号收发模块设置在螺旋移动部上。

进一步地，所述微波天线阵列包括8个微波天线。

进一步地，所述8个微波天线沿着底面边缘均匀分布。

进一步地，所述主控模块为计算机。

本发明所采用的另一技术方案是：一种乳腺微波成像方法，应用于所述的乳腺微波成像系统，包括以下步骤：

主控模块控制螺旋移动装置带动微波信号收发模块进行螺旋轨迹移动；

所述主控模块控制微波信号收发机产生微波信号至单个微波天线，所述单个微波天线以螺旋状轨迹向置于检测容器中的乳腺辐射微波信号；

微波天线阵列中剩余的微波天线接收回波散射信号并将其发送至微波信号收发机；

所述主控模块根据微波信号收发机接收的回波散射信号获得乳腺微波图像。

进一步地，所述乳腺微波成像方法还包括：

所述主控模块控制微波信号收发机更换向乳腺辐射微波信号的单个微波天线，且所述微波天线阵列中剩余的微波天线接收回波散射信号。

本发明的有益效果是：

本发明中一种乳腺微波成像系统，通过将微波信号收发模块设置在可以螺旋移动的螺旋移动装置上，实现对乳腺的螺旋扫描，克服现有技术中，信号的稳定性差、空间扫描密度有限，成像精度低的技术问题；提高了系统的空间扫描密度，有效提高了成像精度改善了微波乳腺成像的成像质量；并提升了移动式微波扫描的信号稳定性。

本发明的另一有益效果是：

本发明中一种乳腺微波成像方法，利用单个微波天线以螺旋状轨迹向置于检测容器中的乳腺辐射微波信号，微波天线阵列中剩余的微波天线接收回波散射信号并将其发送至微波信号收发机；主控模块根据微波信号收发机接收的回波散射信号获得乳腺微波图像，实现乳腺的微波成像，克服现有技术中，信号的稳定性差、空间扫描密度有限，成像精度低的技术问题；提高了空间扫描密度，有效提高了成像精度，改善了微波乳腺成像的成像质量；并提升了移动式微波扫描的信号稳定性。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

图1是本发明中一种乳腺微波成像系统的一具体实施例结构示意图；

图2是本发明中一种乳腺微波成像系统的微波信号收发模块的一具体实施例结构示意图；

图3是本发明中一种乳腺微波成像系统的检测容器的一具体实施例剖视图；

图4是本发明中一种乳腺微波成像系统中单个微波天线的空间扫描轨迹曲线示意图；

其中，1-壳体；2-底面；3-密封装置；4-密封件；5-微波信号收发机；6-微波天线；7-结构架；8-微波信号线；9-主控模块；10-电缆信号线；11-螺旋移动装置；111-螺旋移动部；112-固定部；12-支架；13-第一通孔，14-安装板；15-微波信号收发模块底面。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

一种乳腺微波成像系统，参考图1至图3，图1是本发明中一种乳腺微波成像系统的一具体实施例结构示意图；图2是本发明中一种乳腺微波成像系统的微波信号收发模块的一具体实施例结构示意图；图3是本发明中一种乳腺微波成像系统的检测容器的一具体实施例剖视图；乳腺微波成像系统包括主控模块9、螺旋移动装置11、微波信号收发模块和检测容器，螺旋移动装置11用于实现螺旋移动，检测容器用于容纳微波耦合液和乳腺；微波信号收发模块包括微波信号收发机5和微波天线阵列，微波天线阵列包括至少2个微波天线6，其中，至少一个微波天线6用于发射微波信号，至少一个微波天线6用于接收微波信号；检测容器包括一开口向上的壳体1，检测容器还包括一底面2，底面2可相对壳体1旋转，底面2可以绕检测容器的中心轴自由旋转；底面2与壳体1之间设置有密封装置3，底面2设置有与微波天线6的数目一致的第一通孔13，微波天线6插入第一通孔13中且微波天线6与第一通孔13之间设置有密封件4；微波信号收发模块固定设置在螺旋移动装置11上且随之螺旋移动，主控模块9的输出端与螺旋移动装置的输入端连接，主控模块9与微波信号收发机5连接，微波信号收发模机5与微波天线6连接。

本发明中一种乳腺微波成像系统，利用检测容器容纳微波耦合液和乳腺，并通过将微波信号收发模块设置在可以螺旋移动的螺旋移动装置上，实现对乳腺的螺旋扫描，由于微波信号收发模块跟随螺旋移动装置同步运动，克服现有技术中，信号的稳定性差、空间扫描密度有限，成像精度低的技术问题；提高了系统的空间扫描密度，有效提高了成像精度改善了微波乳腺成像的成像质量；并提升了移动式微波扫描的信号稳定性。

作为技术方案的进一步改进，本实施例中，主控模块为计算机，实现对螺旋移动装置的控制以及微波信号收发装置的信号收发控制。参考图2和图3，密封装置3和/或密封件4为密封圈。微波信号收发机5为矢量网络分析仪，矢量网络分析仪器是一种电磁波能量的测试设备。它既能测量单端口网络或两端口网络的各种参数幅值，又能测相位，矢量网络分析仪能用史密斯圆图显示测试数据。另外，本实施例中，微波天线阵列包括8个微波天线6，实现多次微波扫描，提高图像精度；本实施例中，底面为圆形，8个微波天线沿着底面圆周均匀分布，对应的，底面2上设置有8个第一通孔13以让8个微波天线6插入。事实上，微波天线6安装在安装板14上，方便多个微波天线6快速插入多个第一通孔13中。安装板14通过结构架7与微波信号收发模块底面15固定连接，微波信号收发机5放置在微波信号收发模块底面15上，微波信号收发机5通过微波信号线8与微波天线6连接。

作为技术方案的进一步改进，参考图1，螺旋移动装置11包括固定部112和螺旋移动部111，壳体1通过支架12与固定部112连接，微波信号收发模块设置在螺旋移动部111上。另外，螺旋移动装置11还包括控制螺旋移动部111运动的控制模块，主控模块9的输出端与控制模块的输入端连接以控制螺旋移动装置11的工作与否。主控模块9的输出端通过电缆信号线10与螺旋移动装置11的输入端连接，主控模块9通过电缆信号线与微波信号收发机5连接。

本发明通过多个微波天线在垂直方向上进行螺旋移动扫描，提高了水平平面上的角度扫描密度，也提高了垂直方向上的扫描密度。因此大大提升同时成像精度。此外，微波信号收发机、微波天线阵列和微波信号线同时固定在螺旋移动旋部上，扫描过程中各器件相对静止，因此大大提升信号稳定性。

基于上述乳腺微波成像系统，本发明还提供一种乳腺微波成像方法，包括以下步骤：

主控模块控制螺旋移动装置带动微波信号收发模块进行螺旋轨迹移动；

主控模块控制微波信号收发机产生微波信号至单个微波天线，单个微波天线以螺旋状轨迹向置于检测容器中的乳腺辐射微波信号；

微波天线阵列中剩余的微波天线接收回波散射信号并将其发送至微波信号收发机；

主控模块根据微波信号收发机接收的回波散射信号获得乳腺微波图像。

本发明中一种乳腺微波成像方法，利用单个微波天线以螺旋状轨迹向置于检测容器中的乳腺辐射微波信号，微波天线阵列中剩余的微波天线接收回波散射信号并将其发送至微波信号收发机；主控模块根据微波信号收发机接收的回波散射信号获得乳腺微波图像，实现乳腺的微波成像，克服现有技术中，信号的稳定性差、空间扫描密度有限，成像精度低的技术问题；提高了空间扫描密度，有效提高了成像精度，改善了微波乳腺成像的成像质量；并提升了移动式微波扫描的信号稳定性。

进一步地，乳腺微波成像方法还包括：

主控模块控制微波信号收发机更换向乳腺辐射微波信号的单个微波天线，且微波天线阵列中剩余的微波天线接收回波散射信号。改变辐射微波信号的微波天线后进行扫描，实现对乳腺的网络扫描。例如，乳腺微波成像系统包括8个微波天线，分别是T1、T2、T3、……T8，第一次扫描时，利用微波天线T1进行微波信号辐射，微波天线T2-T8负责接收回波散射信号；第二次扫描时，更换至微波天线T2负责微波信号辐射，微波天线T1、T3-T8负责接收回波散射信号，依此类推，总共进行8次扫描，以完成对乳腺的网络扫描，主控模块再根据这8次扫描所获得回波散射信号处理获得乳腺的微波图像。

具体的乳腺微波图像获取过程如下：

1.在检测容器中倒入微波耦合液，并把乳腺或被检测体(乳腺体模)放置在微波耦合液中。

2.主控模块控制螺旋移动装置带动微波信号收发装置以螺旋线轨迹移动。(单个天线的空间扫描轨迹曲线如图4所示)。

3.螺旋移动装置在移动过程中，主控模块控制矢量网络分析仪的某个端口发射微波信号。微波信号通过电缆信号线传导到单个微波天线上，并通过微波天线辐射到检测容器的空间中，微波信号透过或碰到乳腺或检测体(乳腺体模)反射到其他微波天线上，其他微波天线接收到回波散射信号通过电缆信号线传到矢量网络分析仪的其余信号端口，矢量网络分析仪记录回波散射信号完成单次扫描。主控模块通过控制不同矢量网络分析仪端口信号的收发完成网络扫描。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种乳腺微波成像系统，其特征在于，包括主控模块、螺旋移动装置、微波信号收发模块和检测容器，所述螺旋移动装置用于实现螺旋移动，所述检测容器用于容纳微波耦合液和乳腺；

所述微波信号收发模块包括微波信号收发机和微波天线阵列，所述微波天线阵列包括至少2个微波天线，所述至少2个微波天线包括至少一个用于发射微波信号的微波天线和至少一个用于接收微波信号的微波天线；所述检测容器包括一开口向上的壳体，所述检测容器还包括一底面，所述底面可相对壳体旋转，所述微波天线阵列设置在所述底面上；

所述微波信号收发模块设置在螺旋移动装置上，所述主控模块的输出端与螺旋移动装置的输入端连接，所述主控模块与微波信号收发机连接，所述微波信号收发机与微波天线连接。

2.根据权利要求1所述的乳腺微波成像系统，其特征在于，所述底面与壳体之间设置有密封装置。

3.根据权利要求1所述的乳腺微波成像系统，其特征在于，所述底面设置有与微波天线的数目一致的第一通孔，所述微波天线插入第一通孔中且微波天线与第一通孔之间设置有密封件。

4.根据权利要求1所述的乳腺微波成像系统，其特征在于，所述微波信号收发机为矢量网络分析仪。

5.根据权利要求1所述的乳腺微波成像系统，其特征在于，所述螺旋移动装置包括固定部和螺旋移动部，所述壳体与固定部连接，所述微波信号收发模块设置在螺旋移动部上。

6.根据权利要求1至5任一项所述的乳腺微波成像系统，其特征在于，所述微波天线阵列包括8个微波天线。

7.根据权利要求6所述的乳腺微波成像系统，其特征在于，所述8个微波天线沿着底面边缘均匀分布。

8.根据权利要求1至5任一项所述的乳腺微波成像系统，其特征在于，所述主控模块为计算机。

9.一种乳腺微波成像方法，应用于权利要求1至8任一项所述的乳腺微波成像系统，其特征在于，包括以下步骤：

主控模块控制螺旋移动装置带动微波信号收发模块进行螺旋轨迹移动；

所述主控模块控制微波信号收发机产生微波信号至单个微波天线，所述单个微波天线以螺旋状轨迹向置于检测容器中的乳腺辐射微波信号；

微波天线阵列中剩余的微波天线接收回波散射信号并将其发送至微波信号收发机；

所述主控模块根据微波信号收发机接收的回波散射信号获得乳腺微波图像。

10.根据权利要求9所述的乳腺微波成像方法，其特征在于，所述乳腺微波成像方法还包括：

所述主控模块控制微波信号收发机更换向乳腺辐射微波信号的单个微波天线，且所述微波天线阵列中剩余的微波天线接收回波散射信号。