微波近场下早期乳腺癌成像平台研究.pdf

乳腺癌(Breast Tumor)是严重危害女性健康的常见恶性肿瘤，其早期诊断对提高治疗的成功率和患者的远期存活率具有非常重要的意义，而早期乳腺肿瘤成像技术已成为当前国内外医疗影像界研究的一个焦点。微波频段下正常乳房组织和恶性肿瘤组织的介电常数和导电率差异甚大，这一特性奠定了微波近场检测乳腺肿瘤的物理基础。以微波雷达技术为基础的微波近场乳腺肿瘤检测具有电磁信号辐射能量低、目标信息携载量大等优点，能提供毫米级、高分辨率的目标定位精度。为安全、快速、准确地检测早期乳腺肿瘤提供了技术上的可能。 本文的研究内容是上海市重大科技攻关重点基础项目——“乳腺癌超短脉冲(微波)近场成像方法和早期乳腺癌诊断方法研究(03JC14026)”的一部分，以微波近场下乳腺肿瘤的成像平台研究为主线，深入探讨了近场环境下近场环境下早期乳腺肿瘤成像的方法，以及针对微波近场下乳腺肿瘤的医学影像存储系统的设计和实现。 本文在医学影像存储系统概念的基础上，提出了微波近场下乳腺癌成像平台系统的设计，并详细的介绍了该系统平台的设计与实现，包括系统的架构，软件平台中模块的结构和功能，以及数据库的设计；并阐述了作为一个医学影像存储系统，微波近场下早期乳腺癌成像平台所具备的各项实用功能。在这些系统架构的基础上，本文还指出了信号分析以及成像在这个特殊的检测系统中的重要地位。 在此基础上，文中给出了平台系统中信号分析工具的实现方法，使用户能够使用系统功能对输入的离散数字信号实施傅立叶变换、滤波器以及小波变换等信号分析操作，并从系统采集信号中提取了成像所需的关键的时延信息。 在提取的时延信息的基础上，本文提出了微波近场环境下，适合早期乳腺肿瘤检测的有限元共焦成像算法。成像结果表明，基于半球状模型的早期乳腺肿瘤微波近场检测方案，可以对乳房组织中顶径小于10mm的乳腺肿瘤进行有效探测。在有限元共焦成像算法的基础上，本文基于肿瘤组织的密度不同和病情发展的严重性高低，提出了“色彩分级成像”的改进算法；针对医学成像系统高速度、高精度定位的要求，提出了“网格逐层细分”的改进算法；根据实际乳腺肿瘤发病机理，提出了“跟踪搜索”的改进算法以解决乳房中可能存在多个肿瘤的诊断检测情况。本文所研究的成像平台系统，还可以与医院使用的大型PACS系统进行整合，实现病人信息和数据的共享，进一步实现医务诊断的电子化。此外，文中所研究的成像方法还可以推广到其它皮下肿瘤的诊断应用，如皮肤癌、淋巴癌的检测，微波近场检测方法亦可成为人体生物组织中电磁特性不同的医学体目标的成像新方法。