一种估计微波乳房成像的平均介电特性的方法与流程

本发明属于生物医学检测技术领域，涉及一种基于图像质量度量指标估计微波乳房成像的平均介电特性的方法。

背景技术：

乳腺肿瘤是女性发病率最高的恶性肿瘤疾病，死亡率居妇女恶性肿瘤死亡率之首。早期乳腺肿瘤的诊断无疑对提高乳腺疾病的治疗率以及患者的远期成活率都具有决定性的意义。目前常用的早期乳腺癌的检测方法包括乳腺x线摄影术、超声波影像技术、计算机断层扫描、核磁共振成像技术、热成像检测等，但诸多方法均存在一定的缺点，如对人体产生辐射伤害、成像对比度低、费用较高等。超宽带电磁波检测乳腺癌的原理在于不同生物组织对电磁波的吸收、反射及透射特性不同，使得天线发射的脉冲信号在乳腺组织中传播时所产生的电磁场能够反映恶性组织的丰富信息。共焦微波成像检测乳腺癌依赖于对患者特定乳腺的平均介电特性的准确了解。准确估计平均介电特性后，微波信号在肿瘤部位发生相干叠加，产生清晰的微波图像。相反，如果平均介电特性估计不准确，则会重建模糊、未聚焦的图像，可能会掩盖癌性病变。

焦点质量度量指标(focalqualitymetrics，fqms)是一种图像质量度量指标，用于估计整个图像的聚焦度。光电成像系统中评价微波图像的好坏的核心指标有信杂比、对比度等。信杂比是在雷达探测的基础上提出的，综合了从目标背景特性再经过传输环境到达探测器等过程中的一系列因素来计算。

本发明利用一种改进的焦点质量度量指标和图像信杂比(signal-to-clutterratio，scr)，来精确估计微波乳房成像的平均介电特性。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于图像质量度量指标估计微波乳房成像的平均介电特性的方法。本发明的技术方案如下：

一种估计微波乳房成像的平均介电特性的方法，包括下列步骤：

(1)将乳房mri源图进行拉伸，对源图乳房各组织进行离散化，并以乳房边界轮廓为基准，加入一层皮肤，制成乳房仿真模型。

(2)在乳房仿真模型中设置肿瘤位置和肿瘤半径，对各组织进行电磁参数赋值，在皮肤表面布放天线阵列，以点源代替，每一个天线依次发射信号，其他天线接受信号，将所有的接收信号利用共焦算法进行成像处理，对乳房仿真模型设置不同的介电常数值，得到对应的多张共焦图像；

(3)构建改进的焦点质量度量指标φmf：

i'＝i*m(1)

其中，i'是线性卷积后的图像，m是线性卷积核，x,y是图像尺寸，fx,y(m,n)是以(x,y)为中心的8×8的离散余弦变换(dct)子块的(m,n)处的值；

(4)确定目标函数，即图像信杂比scr：

其中，αt是肿瘤区域能量最大值，αb是除肿瘤区域外的能量最大值；

(5)根据所得到的共焦图像，计算每张图像对应的φmf和scr，得到介电常数εr-φmf和εr-scr曲线，并进行归一化处理；

(6)观察归一化处理后的曲线，得到当信杂比scr＝1时的介电常数值εr1，在εr∈[εr1-0.5,εr1+0.5]的区间范围内取φmf的最小值对应的εrmf，则此乳房仿真模型的平均介电常数为εrmf。

附图说明

图1乳房mri源图

图2乳房模型肿瘤位置和天线位置图

图3介电常数εr与φmf和scr的关系曲线

图4肿瘤成像图

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明进行说明。

(1)图1为乳房mri源图，首先将图片进行一次拉伸处理，将其拉伸为600×600像素点，使图片中的每一个像素点对应一个fdtd网格，该步骤在matlab中进行，首先读入仅包含图片本身的源图，将其转化为灰度值矩阵，再利用imresize命令对图片拉伸，对源图乳房各组织进行离散化，并以乳房边界轮廓为基准，加入一层皮肤，通常只考虑一侧乳房，截取右乳房作为仿真模型

(2)在乳房中设置肿瘤位置(43mm，23mm)和肿瘤半径3mm，对各组织进行电磁参数赋值，在皮肤表面布放天线阵列，以点源代替(如图2所示)，每一个天线依次发射信号，其他天线接受信号，将所有的接收信号利用共焦算法进行成像处理，设置介电常数值范围为5≤εr≤23，采样间隔为0.1，得到对应的181张共焦图像；

(3)根据步骤(2)得到的共焦图像，计算每张图像对应的φmf和scr，得到介电常数εr-φmf和εr-scr关系曲线，并进行归一化处理(如图3所示)；

(4)观察图3，得到当信杂比scr＝1时的介电常数值εr1＝12.2，在εr∈[11.7,12.7]的区间范围内取φmf的最小值对应的εr＝12.1，则此乳房模型的平均介电常数为12.1。

(5)如图4所示，选择εr＝12.1，用共焦成像算法对肿瘤进行仿真成像，肿瘤的成像位置为(42.5mm，20.5mm)，与预设肿瘤位置相似，所以此乳房模型的平均介电常数为12.1。

技术特征：

1.一种估计微波乳房成像的平均介电特性的方法，包括下列步骤：

(1)将乳房mri源图进行拉伸，对源图乳房各组织进行离散化，并以乳房边界轮廓为基准，加入一层皮肤，制成乳房仿真模型。

(2)在乳房仿真模型中设置肿瘤位置和肿瘤半径，对各组织进行电磁参数赋值，在皮肤表面布放天线阵列，以点源代替，每一个天线依次发射信号，其他天线接受信号，将所有的接收信号利用共焦算法进行成像处理，对乳房仿真模型设置不同的介电常数值，得到对应的多张共焦图像；

(3)构建改进的焦点质量度量指标φmf：

i'＝i*m(1)

其中，i'是线性卷积后的图像，m是线性卷积核，x,y是图像尺寸，fx,y(m,n)是以(x,y)为中心的8×8的离散余弦变换(dct)子块的(m,n)处的值；

(4)确定目标函数，即图像信杂比scr：

其中，αt是肿瘤区域能量最大值，αb是除肿瘤区域外的能量最大值；

(5)根据所得到的共焦图像，计算每张图像对应的φmf和scr，得到介电常数εr-φmf和εr-scr曲线，并进行归一化处理；

(6)观察归一化处理后的曲线，得到当信杂比scr＝1时的介电常数值εr1，在εr∈[εr1-0.5,εr1+0.5]的区间范围内取φmf的最小值对应的εrmf，则此乳房仿真模型的平均介电常数为εrmf。

技术总结
本发明涉及一种估计微波乳房成像的平均介电特性的方法，包括下列步骤：对每一张乳房MRI源图进行拉伸，对乳房各组织进行离散化，并以乳房边界轮廓为基准，加入一层皮肤，再经过插值处理，建立三维乳房模型；在三维乳房模型中设置肿瘤位置和肿瘤半径，在皮肤表面布放天线阵列，以点源代替，每一个天线依次发射信号，其他天线接受信号，将所有的接收信号利用共焦算法进行成像处理；构建改进的焦点质量度量指标；确定目标函数，即图像信杂比SCR；求解微波乳房图像SCR最大值，得到对应的乳房平均介电常数。

技术研发人员：肖夏;刘雨
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：2019.12.26
技术公布日：2020.04.28