基於超寬頻微波成像的乳腺腫瘤影像技術機理研究

《基於超寬頻微波成像的乳腺腫瘤影像技術機理研究》是依託天津大學，由肖夏擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於超寬頻微波成像的乳腺腫瘤影像技術機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：肖夏
• 依託單位：天津大學

項目摘要

乳腺腫瘤是女性發病率最高的惡性腫瘤疾病，早期診斷無疑對治癒率和成活率都具有決定性意義。本項目將對國際學術界近期提出的乳腺腫瘤超寬頻微波診測方法從機理上進行深入研究。此技術具有定位準確、圖像清晰、免於X射線輻照、無疼痛、費用低等突出優點。本項目將根據乳房內部複雜結構和電磁色散特性進行合理建模，研究色散條件下的乳腺腫瘤超寬頻微波探測模型。引入時頻分析、全相位譜分析、奇點展開法提取目標回波特徵極點等手段，從幅度、頻率、損耗、相位等參量變化特點來明確各乳腺組織對微波傳輸的影響，提取回波中的腫瘤信息。發展和最佳化反演成像算法，獲得乳房重構圖像能夠對皮下50 mm深度範圍內，尺寸小到3 mm的早期腫瘤進行正確而直觀的顯示。研究成果將促進超寬頻微波目標檢測、天線設計與小型化、信號處理與成像算法等方面的技術進步，亦將推動此技術在醫療界對早期乳腺腫瘤診查的套用。

結題摘要

安全準確的乳腺癌早期診斷對於腫瘤早期發現和延長患者的生命至關重要。新興的超寬頻微波成像技術具有定位精準、圖像清晰、對人體安全、無疼痛、成像解析度高、便宜以及能夠具有較深的探測深度等諸多優勢。本課題重點研究了超寬頻微波技術套用於早期乳腺癌檢測的成像關鍵問題。 本項目完成了基於磁共振（MRI）醫學影像導出了適用於時域有限差分（FDTD）仿真的二維、三維乳房模型的建模。研究模型考慮了皮膚、乳腺組織、腺體以及色散特性對電磁波傳播的影響，採用時域有限差分方法模擬了電磁波在乳房組織中的傳播特性。提出了一種通過對天線陣列進行設計的方法提取無腫瘤模型對應的參考基準信號，從而獲得腫瘤特徵信號的方法。開發了一種基於集成經驗模態分解方法（EEMD）對腫瘤特徵信號直接提取的方法。並與日本廣島大學合作，對該直接提取腫瘤回響信號進行了成功的實驗驗證。該方法大大節省了檢測時間以及檢測成本，使得超寬頻微波檢測早期乳腺腫瘤方法更加適合於臨床套用。採用三維共焦成像算法實現了乳腺腫瘤的檢測。分別採用了加權向量範數約束波束形成算法以及雙約束波束形成算法用於乳腺腫瘤的成像，提高成像算法的魯棒性。可以實現對皮膚下50mm深度範圍內，腫瘤尺寸小到2mm的正確定位檢測和直觀的圖像顯示。採用矩陣束方法實現不同大小不同介電特性的乳腺腫瘤特徵極點的提取。通過提取的腫瘤特徵極點完成了特徵極點原子庫的建立，採用匹配追蹤算法完成了基於特徵原子庫的腫瘤散射波形的重構，通過最大似然估計判別法實現了不同類別的乳腺腫瘤的鑑別。設計製作了一款超寬頻小型天線用於腫瘤檢測系統。該天線工作頻帶範圍為2.5 GHz到9 GHz，具有良好的超寬頻特性。 總體上，本項目順利完成了研究內容，實現了研究目標，獲得了預期的科研成果。完成了青年研究骨幹的培養計畫，促進了國內外科研合作與交流。研究成果促進了超寬頻微波目標檢測方面的技術進步，推動了此技術在醫療界對早期乳腺腫瘤診查的套用。