微波近场成像检测乳腺癌及其微波热疗
林函数获得感应电流密度，然后通过矩量法和格林函数矩阵的逆过程来求解。美国和俄罗斯合作开发出另外的一套成像系统［15］。这是一个三维成像系统，32个发射天线排成一列，一个接收天线沿被测物体旋转，也可以让被测物体沿轴线旋转。算法采用矢量波恩方法，处理时间较长，大约8小时。
3.2 微波乳腺癌检测
微波成像技术已经发展多年，但是真正投入临床应用才刚刚开始，这主要得益于电磁场数值计算方法的发展和计算机硬件水平的提高。在微波频率，近场成像用于人体胸部疾病检测有三种方法：被动微波成像方法（Passive Microwave Imaging Methods）、微波与超声混合成像方法（Hybrid MicrowaveAcoustic Imaging Methods）和主动微波成像方法（Active Microwave Imaging Methods）。
被动微波成像方法：用辐射计测量胸部组织内部温度的变化。正常人体温度分布具有一定的稳定性和对称性。当人体某处产生或存在疾患时，局部血流和代谢会发生变化，导致局部温度的改变，表现为温度偏高或偏低。如美国CTI（Computerized Thermal Imaging Inc）公司的红外成像技术，由加州大学伯克利分校的Bales Scientific实验室开发生产的BCS2100乳癌诊断系统，其红外成像装置采集温度变化信息并转化为热图像，通过与正常状态下热图像的对比，判断温度变化的性质，并进一步判断机体的状态，诊断疾病。据称该仪器在常温下可感知1mm2内0.02℃的温差。该设备昂贵，美国本土50万美元。
微波与超声混合成像方法：用微波照射胸部，由于癌变组织的高导电性，肿瘤会吸收更多的能量，使其被加热。于是肿瘤膨胀产生压力波，该压力波可以被超声传感器接收。图像重建方法有两种，即CTT(computed thermoacoustic tomography) 和STT(scanning thermoacoustic tomography)。CTT方法中胸部用434MHz的波导照射，0.5μs的医用脉冲用于产生超声波，超声传感器接收压力波信号，图像重建算法同于X-ray CT。STT 方法中目标被3GHz的微波源及波导天线的短脉冲照射，超声传感器记录下脉冲通过物体后的超声波信号，由于使用聚焦传感器使图像重建算法大为简化。
主动微波成像方法：典型的微波成像方法就是解决逆散射问题，用几个微波发射器照射物体，记录下若干散射场。物体的形状和介电常数的空间分布可以通过记录的入射场及散射场而得到。在微波频率，逆散射问题的解一般很难获得，因为有很多因素都可以影响到散射场，如被测物体的维数、不连续性、各向异性等，被测的散射场与目标函数之间一般为非线性。如果测量整个身体，则难度更大。但如果仅为胸部检测，还可实现。图像重建算法包括传统成像的迭代方法和聚焦成像的时移相加算法。
就目前而言，将主动微波近场成像用于乳腺癌的检测，主要集中在三所高校，也代表了当前该领域的发展水平
美国新罕布什尔州的Dartmouth大学Thayer工程学院的Meaney等人长期致力于微波近场成像用于检测乳腺癌的研究，并已经开发出相应的医疗临床系统［6～8］。该系统工作频率为300MHz～1.1GHz，由32个收发天线组成的天线阵获得成像所需数据。计算方法采用有限元法（FEM）和边界元法（BEM）相结合，用牛顿迭代法解决非线性反射问题。测试时，被检查的妇女俯卧在带有一圆洞的检测床上，使乳房由该圆洞垂下而浸在下面的容器内。容器内盛装液体，该液体的介电特性及电导率与乳房组织的相近。天线阵也浸在液体内，这样可以避免天线与乳房间的不匹配而产生的反射，见图4。数据获取系统有32通道，每一通道与天线阵中的一个天线相连。每一天线既用于发射又用于接收，通道间的隔离度为120dB。天线阵由单极子天线组成［18］，他们能够有效地产生高质量的二维图像。整个系统数据获取时间为10～15分钟，已经有5名志愿者接受该系统检测［16］。获取的数据送到IBM RS 6000-260工作站，20分钟后可产生图像。从获得的图像可以清楚的看出病变部位的介电常数和电导率在空间的分布。
1998年，美国WisconsinMadison大学电子与计算机工程系的Hagness 及其同事介绍了一种脉冲微波共焦系统，用于乳腺癌的检测［19］。这种方法首先将主要用作军事目的的雷达用于医用电子学上，避免了复杂的非线性的反向散射场的计算，虽不能给出介电常数的具体数值，但能区别出由于介电常数的增加而使散射增加的区域。该系统首先用超宽带的脉冲照射乳房，同一天线用于反向散射场的接收。该过程被天线阵中的每一个天线重复，最后通过时移相加算法得到所有位置的相应的脉冲响应之和。该算法能保证测试区内相关信号的迭加，而