乳腺癌检测的三维时域微波断层成像方法

应用泛函分析和变分法,改进拉格朗日(Lagrange)乘子算法为一种三维时域微波断层成像方法,用于检测早期乳腺癌。该方法首先以最小二乘准则构造目标函数,将反演问题表示为约束最小化问题;接着应用罚函数法转化为无约束最小化问题;然后基于变分计算导出闭式的拉格朗日函数关于相对介电常数和电导率的Fréchet导数;最后借助梯度算法和时域有限差分(FDTD)法迭代求解。为了对抗噪声污染和逆问题的病态特性,采用了一阶的吉洪诺夫(Tikhonov)正则化方法。利用FDTD和PRP共轭梯度(CG)法,对三维半球乳房模型进行了仿真计算,仿真结果显示了方法的可行性。

一种快速微波断层成像方法的研究

为便于微波断层成像技术的应用普及,针对乳腺肿瘤二维微波断层成像在个人计算机上的实现,提出了一种二次成像的快速方法。该方法首先采用一个粗网快速成像确定出目标图像位置,然后再使用在目标区域局部加密后的精细网,进行二次精确成像。基于仿真和实验数据的成像结果表明,与传统的采用全局精细网一次成像方法相比,这种二次成像方法可以大大降低成像计算的复杂度,节省80%左右的成像时间,同时可以获得等价的目标成像质量。

基于交替隐式有限差分法的快速早期乳腺癌时域微波断层成像

采用时域微波断层成像技术进行早期乳腺癌检测能够准确地获得乳房的电参数分布,具有明确的物理解释和医学诊断价值.临床应用讲究即时性,为了提高检测的速度,本文将交替隐式有限差分法应用到乳腺癌检测中,基于正反演时间步进成像算法进行成像分析,结果显示在保证精度的前提下,采用交替隐式有限差分法的成像时间可缩短为传统时域有限差分法的23%,提高了微波断层成像技术的临床可应用性.

微波断层成像全局优化重建方法

本文提出了一种类似于禁忌搜索 (TABU search)、但不设禁忌列表 (TABU list)的全局优化方法重建微波断层图像。微波断层成像是将微波作为入射波照射介质目标物 ,根据目标物周围接收器检测到的散射数据重建目标物截面的复介电率图像。它属于非线性、非适应性的逆散射问题 ,因而难于求其解。本文应用矩量法将积分方程转化为矩阵方程 ,根据最小二乘准则 ,视重建过程为最小化目标函数的过程迭代求解。简单模型的数值模拟结果证明了这种方法的可行性和有效性。

基于体等效原理的金属散射体微波断层成像

探讨了有耗介质中金属散射体断层成像的迭代算法.其基本思想是从体等效原理出发,得到矩阵方程形式的反演方程.正问题中利用有限元(FEM)方法并参考局部形状函数法(LSF)的思想,利用极化横磁波(TM)照射被测物体,得到正问题的解.在求解逆问题时,为了消除方程的病态,得到逆问题的真实解或其稳定近似解,采用了Tikhonov正则化方法对求解过程进行约束和控制.为了能对金属散射体成像,借鉴了局部形状函数法(LSF)思想.实验结果证明此方法可以对单根或者多根金属散射体准确成像.

一种金属腔体中微波断层成像的最优分层非均一背景

针对基于金属腔体的微波断层成像系统,提出了一种最优分层非均一背景的设计方法.该方法使用一种新的微波断层成像积分算子评价方法和模拟退火法等最优化方法.首先,介绍了一种基于有限元法的微波断层成像积分算子计算方法.然后,提出一种新的微波断层成像积分算子度量,该度量可以综合评价整个积分算子奇异值谱,并通过一组仿真研究证明该度量与反演结果的误差具有相关性;该度量用一个数值综合评价一个积分算子,可以方便地应用于最优化算法中;利用模拟退火法选择圆形金属腔体中分层非均一背景的每一层介质的相对介电常数,从而获得一个最优分层非均一背景.最后,对尺寸小于半波长的圆柱目标和"凹"字形复杂目标进行仿真研究,仿真结果证明该最优分层非均一背景可以提高微波断层成像算法的收敛速度,提高反演结果的准确性.

金属圆柱腔体中使用非均一背景增强微波断层成像

针对基于圆柱金属腔体的微波断层成像系统,提出了一种利用非均一背景增强系统获取目标信息能力的方法.该方法通过在腔体内放置已知物体构成非均一背景,这样不但能利用背景的先验信息,而且可以增加等效辐射源对目标进行探测.首先,利用矩量法计算圆柱金属腔体内非均一背景的格林函数和离散积分算子,并对离散积分算子进行奇异值谱和条件数分析,在理论上证明该方法的可行性;然后,利用基于有限元的对比源逆成像法对均一背景、有耗非均一背景和无耗非均一背景三种情况进行仿真研究;最后对仿真结果进行了误差分析和比较.仿真结果表明,该方法可以提高反演收敛速度和结果准确度,有耗非均一背景略优于无耗非均一背景.该方法可以在不改变硬件系统和算法的情况下得到更准确的反演结果,可应用于医学成像与工业无损探测.

生物组织微波热声断层成像超声传感器线性扫描定位系统的设计

目的:设计应用于生物组织微波热声断层成像中的超声传感器扫描定位系统。方法:应用单片计算机技术及绝对位置编码器对超声传感器进行定位。结果:在系统扫描范围内实现20μm直线定位精度。结论:在诊断显像研究中,本系统定位精度可使超声传感器定位误差对图像重构的影响忽略不计,满足系统设计要求。

ADI-FDTD方法在乳腺癌检测正向计算中的应用

传统的时域有限差分(Finite-Difference Time-Domain,FDTD)算法受到稳定性条件的制约,时间步长受限于空间网格的尺寸.医学应用讲究即时性,为提高成像的速度,文中采用无条件稳定的交替隐式时域有限差分(Alternating-Direction Implicit Finite-Difference Time-Domain,ADI-FDTD)算法替代传统的FDTD算法进行正向计算,通过实验得出采用ADI-FDTD算法在保证精度的前提下,计算时间可缩短为FDTD算法的四分之一,为乳腺癌微波即时成像提供了可能.

加入噪声的早期乳腺癌检测时域逆散射算法性能分析

为了提高微波断层成像的效率,提出了一种基于ADI-FDTD方法的快速时域逆散射新算法。为进一步研究该算法的适用性,文中首次在测量场中加入噪声来检测算法的性能。针对乳腺癌检测这一热点问题,采用二维乳房模型进行了测试,分别采用了高斯分布噪声模型和均匀分布噪声模型来进行仿真模拟,实验结果显示该算法的抗噪声性能良好。