TWI563971B - 微波成像裝置與方法 - Google Patents

Description

微波成像裝置與方法

本發明是有關於一種成像技術，且特別是有關於一種微波成像裝置與方法。

隨著醫學科學的進步，目前醫學影像檢查較常使用的成像裝置包括：X光(X-ray)成像裝置、數位式成像裝置以及核磁共振成像裝置。其中，X光成影裝置所產生的檢測影像會有10~20%的偽陰性(false negative)，因此病患往往必須透過數位式成像裝置或是核磁共振成像裝置來進行更進一步的檢查。然而，數位式成像裝置與核磁共振成像裝置的硬體成本較為昂貴，因此其應用在病理診療上的檢測費用也較為昂貴，進而造成患者的負擔。因此，如何因應現今醫療技術降低成像裝置的硬體成本，以藉此降低患者的負擔，已是成像裝置在發展上的一必要課題。

本發明提供一種微波成像裝置與方法，可降低微波成像裝置的硬體成本，進而有助於降低微波成像裝置應用在病理診療上的檢測費用。

本發明的微波成像裝置，包括掃描電路、接收電路與影像產生器。掃描電路朝向目標物發射出位在多個掃描頻段的多個電磁波。其中，所述多個掃描頻段與目標物中的多個生物組織一對一對應。接收電路接收穿透目標物的電磁波，並依據所接收的電磁波產生多個能量值。影像產生器利用所述多個能量值查詢多個灰階對照表以產生多個灰階值，並依據所述多個灰階值產生對應所述多個生物組織的檢測影像。

本發明的微波成像方法，適用於微波成像裝置，並包括下列步驟。透過微波成像裝置中的發射天線陣列，朝向目標物發射出位在多個掃描頻段的多個電磁波，其中所述多個掃描頻段與目標物中的多個生物組織一對一對應。透過微波成像裝置中的接收天線陣列，接收穿透目標物的所述多個電磁波。依據所接收的電磁波產生多個能量值。利用所述多個能量值查詢多個灰階對照表以產生多個灰階值，並依據所述多個灰階值產生對應所述多個生物組織的檢測影像。

基於上述，本發明是利用電磁波掃描目標物，並利用穿透目標物之電磁波的能量值來產生檢測影像的灰階值。藉此，將可降低微波成像裝置的硬體成本，進而有助於降低微波成像裝置應用在病理診療上的檢測費用，從而有助於降低患者的負擔。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1為依據本發明一實施例之微波成像裝置的示意圖。如圖1所示，微波成像裝置100可用以產生目標物101(例如，人體)之內部結構的影像，以作為醫生診斷疾病的依據。具體而言，微波成像裝置100包括掃描電路110、接收電路120與影像產生器130。此外，掃描電路110包括發射器111與發射天線陣列112。接收電路120包括接收器121與接收天線陣列122。影像產生器130包括計算單元131與繪圖單元132。

圖2為依據本發明一實施例之微波成像方法的流程圖，以下將同時參照圖1與圖2來說明微波成像裝置的操作。如步驟S210所示，掃描電路110可朝向目標物101發射出位在多個掃描頻段的多個電磁波。舉例來說，發射器111可傳送多個驅動訊號至發射天線陣列112，以致使發射天線陣列112發射出所述多個電磁波。此外，所述多個電磁波會沿著發射天線陣列112的傳播路徑穿透目標物101。換言之，所述多個電磁波會沿著傳播路徑進入目標物101，進而穿透目標物101內的生物組織。

另一方面，如步驟S220與步驟S230所示，接收電路120會接收穿透目標物101的所述多個電磁波，並依據所接收的所述多個電磁波產生多個能量值。舉例來說，接收電路120可透過接收天線陣列122來接收穿透目標物101的所述多個電磁波。其中，發射天線陣列112與接收天線陣列122各自包括多個天線元件。例如，發射天線陣列112包括天線元件A11~A13，且接收天線陣列122包括天線元件A21~A23。因此，微波成像裝置100具有多輸入多輸出(Multiple-Input Multiple-Output，簡稱MIMO)的傳輸機制。此外，接收器121可依據接收天線陣列122所接收到的所述多個電磁波計算出所述多個能量值。其中，所述多個能量值可例如是多個接收訊號強度指標(Received Signal-Strength Indicator，簡稱RSSI)值。

值得一提的是，目標物的生物組織是電磁波的傳導介質，且不同的生物組織具有不同的電氣特性。因此，掃描電路110可發射出位在多個掃描頻段的多個電磁波，且每一掃描頻段對應一種生物組織，以藉此同時針對目標物中的多種生物組織進行掃描。此外，當電磁波在目標物內部傳遞時，電磁波的能量會產生衰減，且衰減量是相關於目標物之生物組織的電氣特性。

具體而言，目標物之生物組織的電氣特性可透過導電率(conductivity)與介電常數(dielectric constant)來加以界定。此外，生物組織針對不同頻率的電磁波具有不同的導電率與介電常數。再者，就相同的生物組織而言，健康組織與惡性組織也分別具有不同的導電率與介電常數。換言之，電磁波針對健康組織與惡性組織的衰減程度是不相同，因此可透過電磁波的衰減量檢測出目標物中的惡性組織。

舉例來說，針對人體的乳房組織而言，正常乳房組織與異常乳房組織的導電率與介電常數針對10GHz的電磁波具有較大的差異性。換言之，當10GHz的電磁波在人體的乳房組織傳遞時，電磁波因應正常乳房組織所產生的衰減量將明顯不同於其因應異常乳房組織所產生的衰減量。因此，在一實施例中，掃描電路110所掃描的生物組織可例如是包括乳房組織，且對應乳房組織的掃描頻段可例如是10GHz。藉此，微波成像裝置100將可利用位在10GHz的電磁波掃描出人體中的正常乳房組織與異常乳房腫瘤。

此外，針對人體的神經組織而言，正常神經組織與異常神經組織的導電率與介電常數可針對26GHz的電磁波具有較大的差異性。因此，在一實施例中，掃描電路110所掃描的生物組織更包括神經組織，且對應神經組織的掃描頻段可例如是26GHz。換言之，微波成像裝置100可利用位在26GHz的電磁波掃描出目標物中的正常神經組織與異常神經組織。

針對接收電路120所產生的能量值，如步驟S240所示，影像產生器130可利用所述多個能量值查詢多個灰階對照表以產生多個灰階值，並依據所述多個灰階值產生對應所述多個生物組織的檢測影像。就步驟S240的細部步驟來看，如步驟S241所示，計算單元131可依據所述多個電磁波所涵蓋的所述多個掃描頻段選取出相應的多個灰階對照表。舉例來說，計算單元131可依據10GHz的掃描頻段選取對應乳房組織的灰階對照表，且計算單元131可依據26GHz的掃描頻段選取對應神經組織的灰階對照表。

如步驟S242與步驟S243所示，計算單元131可依據所述多個能量值計算出多個衰減量，並可依據所計算出的衰減量查詢所述多個灰階對照表以產生多個灰階值。此外，如步驟S244所示，繪圖單元132可依據所述多個灰階值產生對應所述多個生物組織的檢測影像。舉例來說，人體的乳房組織為所述多個生物組織中的一特定生物組織，且所述特定生物組織對應所述多個掃描頻段的一特定掃描頻段(例如，10GHz)。掃描電路110可透過位在特定掃描頻段(例如，10GHz)的電磁波掃描人體中的特定生物組織(例如，乳房組織)。計算單元131可依據位在特定掃描頻段(例如，10GHz)之電磁波的能量值，計算出位在特定掃描頻段的電磁波在人體內部傳遞時的衰減y4測影像中具有第一灰階值的畫素則用以表示健康組織(例如，正常乳房組織)，且具有第二灰階值的畫素則用以表示惡性組織(例如，異常乳房組織)。

綜上所述，本發明是利用電磁波掃描目標物，並利用穿透目標物之電磁波的能量值來產生檢測影像的灰階值，同時利用電磁波的衰減量，以了解相關目標物之生物組織的電氣特性。藉此，將可降低微波成像裝置的硬體成本，進而有助於降低微波成像裝置應用在病理診療上的檢測費用，從而有助於降低患者的負擔。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧微波成像裝置

110‧‧‧掃描電路

120‧‧‧接收電路

130‧‧‧影像產生器

111‧‧‧發射器

112‧‧‧發射天線陣列

121‧‧‧接收器

122‧‧‧接收天線陣列

131‧‧‧計算單元

132‧‧‧繪圖單元

101‧‧‧目標物

A11~A13、A21~A23‧‧‧天線元件

S210~S240、S241~S244‧‧‧圖2中的各步驟

圖1為依據本發明一實施例之微波成像裝置的示意圖。 圖2為依據本發明一實施例之微波成像方法的流程圖。

100‧‧‧微波成像裝置

110‧‧‧掃描電路

120‧‧‧接收電路

130‧‧‧影像產生器

111‧‧‧發射器

112‧‧‧發射天線陣列

121‧‧‧接收器

122‧‧‧接收天線陣列

131‧‧‧計算單元

132‧‧‧繪圖單元

101‧‧‧目標物

A11~A13、A21~A23‧‧‧天線元件

Claims (16)

1. 一種微波成像裝置，包括：一掃描電路，朝向一目標物發射出位在多個掃描頻段的多個電磁波，其中該些掃描頻段與該目標物中的多個生物組織一對一對應；一接收電路，接收穿透該目標物的該些電磁波，並依據所接收的該些電磁波產生多個能量值；以及一影像產生器，利用該些能量值查詢多個灰階對照表以產生多個灰階值，並依據該些灰階值產生對應該些生物組織的一檢測影像，其中該影像產生器包括：一計算單元，依據該些能量值計算出多個衰減量，並依據該些衰減量查詢該些灰階對照表以產生該些灰階值：以及一繪圖單元，依據該些灰階值產生該檢測影像。
2. 如申請專利範圍第1項所述的微波成像裝置，其中該掃描電路包括：一發射天線陣列；以及一發射器，傳送多個驅動訊號至該發射天線陣列，以致使該發射天線陣列發射出該些電磁波。
3. 如申請專利範圍第2項所述的微波成像裝置，其中該接收電路包括：一接收天線陣列，接收穿透該目標物的該些電磁波；以及一接收器，依據該接收天線陣列所接收的該些電磁波計算出 該些能量值。
4. 如申請專利範圍第3項所述的微波成像裝置，其中該發射天線陣列與該接收天線陣列各自包括多個天線元件，以致使該微波成像裝置具有多輸入多輸出的傳輸機制。
5. 如申請專利範圍第1項所述的微波成像裝置，其中該計算單元依據該些電磁波所涵蓋的該些掃描頻段選取出該些灰階對照表。
6. 如申請專利範圍第1項所述的微波成像裝置，其中該些能量值分別為一接收訊號強度指標值。
7. 如申請專利範圍第1項所述的微波成像裝置，其中該目標物為一人體，該些生物組織包括一乳房組織，且對應該乳房組織的該掃描頻段為10GHz。
8. 如申請專利範圍第7項所述的微波成像裝置，其中該些生物組織更包括一神經組織，且對應該神經組織的該掃描頻段為26GHz。
9. 一種微波成像方法，適用於一微波成像裝置，並包括：透過該微波成像裝置中的一發射天線陣列，朝向一目標物發射出位在多個掃描頻段的多個電磁波，其中該些掃描頻段與該目標物中的多個生物組織一對一對應；透過該微波成像裝置中的一接收天線陣列，接收穿透該目標物的該些電磁波；依據所接收的該些電磁波產生多個能量值；以及 利用該些能量值查詢多個灰階對照表以產生多個灰階值，並依據該些灰階值產生對應該些生物組織的一檢測影像其中利用該些能量值查詢該些灰階對照表以產生該些灰階值，並依據該些灰階值產生對應該些生物組織的該檢測影像的步驟包括：依據該些能量值計算出多個衰減量；依據該些衰減量查詢該些灰階對照表以產生該些灰階值；以及依據該些灰階值產生該檢測影像。
10. 如申請專利範圍第9項所述的微波成像方法，其中利用該些能量值查詢該些灰階對照表以產生該些灰階值，並依據該些灰階值產生對應該些生物組織的該檢測影像的步驟更包括：依據該些電磁波所涵蓋的該些掃描頻段選取出該些灰階對照表。
11. 如申請專利範圍第10項所述的微波成像方法，其中該些能量值分別為一接收訊號強度指標值。
12. 如申請專利範圍第9項所述的微波成像方法，更包括：透過該微波成像裝置中的一發射器，傳送多個驅動訊號至該發射天線陣列，以致使該發射天線陣列發射出該些電磁波。
13. 如申請專利範圍第9項所述的微波成像方法，更包括：透過該微波成像裝置中的一接收器，計算出該些能量值。
14. 如申請專利範圍第9項所述的微波成像方法，其中該發射天線陣列與該接收天線陣列各自包括多個天線元件，以致使該微波成像裝置具有多輸入多輸出的傳輸機制。
15. 如申請專利範圍第9項所述的微波成像方法，其中該目標物為一人體，該些生物組織包括一乳房組織，且對應該乳房組織的該掃描頻段為10GHz。
16. 如申請專利範圍第15項所述的微波成像方法，其中該些生物組織更包括一神經組織，且對應該神經組織的該掃描頻段為26GHz。