基于雷达原理的脉冲微波共焦成像检测乳腺癌
于实现，可以避免多天线间复杂的互藕问题，简化信号处理。空间扫描方式主要有两种：一种是以蝶型加载天线直接放在乳房组织上，而人体仰躺着，让天线在乳房组织上不同位置进行测量;另一种方案是让人体趴着，乳房通过一个圆洞浸泡在某种液体中，这种液体的介电常数接近脂肪组织，偶极子天线围绕乳房组织四周不同点进行测量。一般将乳房当作一个圆柱模型。
关于信号接收系统灵敏度和动态范围问题，通过Hagness等人的仿真论证，不同深度和直径的肿瘤在乳房组织中的反射信号强度(相对于激励信号)见表2。表2 不同大小、位置、深度的肿瘤反射回波强度由表2可以看出，对乳腺癌的检测而言，信号接受系统的动态范围在120 dB左右即可满足检测要求。
在乳房建模方面，前期研究采用的模型比较简单，基本上假设乳房组织介电参数分布比较均匀且各向同性，乳房外型也比较规范。采用这样的简化模型对前期的研究是必须的，但随着研究的深入以及技术实用化的要求，模型就必须逐渐向实际靠拢。在X Li等人利用二维磁共振(MRI)图像数据建立仿真乳房模型的基础上[14]，Sill等人建立了基于三维MRI图象的仿真乳房模型[15]，并利用脉冲微波共焦成像算法进行了仿真验证，仿真结果表明对于这种相对复杂接近实际的乳房模型，共焦成像也能有效检测出一定大小的肿瘤，只是信号杂波比(S/C)降低到了4.9 dB，而简单模型情况下信号杂波比(S/C)为10.3 dB，可见模型背景的复杂度加大对系统检测能力是有很大影响的。
脉冲微波共焦成像算法的基本流程如下[16]：
(1)首先，进行信号校准。目的是在接收信号中去除发射信号残余和皮肤反射信号。这是基于这样一个假设：在不同位置得到的发射信号残余和皮肤反射信号基本相同。校准信号采用的是一圈的每一个位置天线接收信号的平均值，采用的方法是将一圈的每一个位置天线接收信号减去这一圈的校准信号。
(2)积分运算。由于采用微分高斯脉冲，因此当信号过零点时积分值最大，对信号进行积分运算处理后更易于识别回波信号在时间轴上的位置。
(3)信号补偿。主要采用路程损失补偿或辐射发散补偿，其中平面扫描方式采用路径损失补偿，而圆柱扫描则采用辐射发散补偿。
(4)图像重建。图像重建采用共焦算法，将待成像的物体进行剖分成N个网格，假设有M个测量位置，假设某个网格的位置矢量为r，则在该网格的成像灰度可表示为：
I(r)=[∑Mm=1Bm(τm(r))]2
其中Bm表示第m个位置天线测量得到的反射波时域波形，它是经过(1)、(2)、(3)步骤处理过的信号波形，
在对聚焦成像算法继续进行研究的同时，也有不少研究者开始研究乳房轮廓的检测算法[17-18]，近两年已有部分成果发表。由于在对乳房进行共焦成像时需要事先对乳房进行定位，即预先知道乳房的位置外形轮廓，在此基础上才能对回波信号进行有效的校准，因此，乳房轮廓的检测算法对该技术完善和后续的实用化十分重要。
4 发展前景
总之，脉冲微波共焦成像技术检测乳腺癌目前尚处在实验室的研究阶段，没有形成临床应用的产品。但随着相关生物医学技术的发展，天线技术、相关信号获取设备技术的提高，信号处理算法的进一步发展，相关硬件技术的进步以及计算机计算能力的提高等，微波成像技术用于检测乳腺癌将有望走向临床应用。
作者：赵亦波1，李建龙2，丁亮2 作者单位：(1.广东省东莞大岭山医院，东莞 523820;2.国防科技大学电子科学与工程学院，长沙 410073)
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