一种超宽带微波乳房图像成像方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于信号处理技术领域，涉及一种微波图像成像方法。
【背景技术】
[0002] 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于提高乳腺病的治疗率以及患者的远期成活率都具有决定 性意义。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。同时超宽带微波信号具有辐射功率低、目 标信息携载量大、提供毫米级定位和检测成本较低等优点，能作为早期乳腺检测的常规手 段。因此有必要开发超宽带微波乳房图像成像算法。使得成像过程更加简便，成像结果更 加准确。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种过程更加简便，能够获取足够多的信息，结果更加准确 的乳房图像成像方法。
[0004] 本发明的技术方案如下：
[0005] -种超宽带微波乳房图像成像方法，该方法采用的天线为若干个间隔均匀分布在 乳房仿体表面的天线，包括下列步骤：
[0006] 1)天线阵列中其中一个天线发射信号，其余天线接收来自乳房内部的反射信号， 设某天线接收的反射信号为原始信号y(t);
[0007] 2)向原始信号y(t)中多次加入等长度的正态分布的白噪声ni(t)，得到 yi(t)= y(t)+ni(t);其中，yi(t)为第i次加入白噪声后的信号，每加入一次白噪声，都要进行如下 的信号分解处理：
[0008] a.确定ydt)的所有局部极值点，通过三次样条函数求取yjt)的上包络UilU)和 下包络Mt)的局部均值
[0009] b.通过从加入白噪声的信号中减去局部均值即可得到新的信号hjt)= Yi (t)-Hli (t);
[0010] c.判断hjt)是否为固有模态函数（MF):判断h(t)是否满足以下两个条件：⑴ 每一个固有模态函数中，其过零点的数目要么与极值点的数目相等要么最多差一个；（2) 在Ii 1 (t)中截取到的任意的局部信号中，其极大值点形成的包络与其极小值点形成的包络 二者求平均的结果是零；如果不满足，则在原始信号y(t)中新加入一次白噪声得到新的 Y1 (t)，重复步骤a)-b)，直到分解得到的Ill (t)满足固有模态函数的条件；
[0011] d.如果满足，则Ill⑴为分解得到的第一个固有模态分量C11= Ill⑴，同时得到余 项 Til (t) = Yi(^)-Cil;
[0012] 3)按照步骤2)的信号分解方法，对步骤2)得到的余项ril(t)进行同样的信号分 解，得到第二个固有模态分量C 12以及余项rl2(t);
[0013] 4)判断rl2(t)是否呈单调趋势，如果rl2(t)是呈单调趋势，则分解停止，得 到分解结果C 11, C12以及余项r l2 (t)，否则，继续按照步骤2)的信号分解方法对rl2 (t) 进行分解，直到余项呈单调趋势分解停止，此时，得到分解结果：多个固有模态分量 CilU), Ci2 (t)，Ci3⑴，…，CijU)和余项!^(t)，其中，CijU)表示第i次加入白噪声后分解 所得的第j个固有模态分量；
[0014] 5)利用不相关随机序列的统计均值为零的原理，将各个固有模态分量Cl](t)进行 整体平均，以抵消多次加入白噪声对真实頂F的影响，最终分解结果为：
[0015] 6)计算各个固有模态分量与原始信号的相关系数，将相关系数较大的固有模态分 量提取出来进行处理，得到进行乳房成像的超宽带信号；
[0016] 7)使用共焦成像算法对对6)得到的信号进行处理并成像。
【附图说明】
[0017] 图1组织模型及天线结构示意图
[0018] 图2天线A6发All收的含有肿瘤信号及其頂Fl-頂F13及剩余项r 13图
[0019] 图3所有信号经过分解后提取肿瘤响应信号所得的肿瘤共焦成像图
【具体实施方式】
[0020] 在超宽带微波检测乳腺肿瘤实验中，将线型阵列天线覆盖于乳房模型之上。乳房 模型及线型天线阵列如图1所示。乳房模型从上至下依次为空气层、凡士林层、皮肤层、月旨 肪层和胸骨层，其中脂肪组织中包含一个肿瘤和腺体组织。线型天线阵列紧贴皮肤排列于 乳房模型之上。天线阵列包含12个天线。肿瘤特征信号提取采用天线Al~A12交替作为 收发天线测量肿瘤回波反射信号，并对多组回波信号进行信号处理，提取肿瘤特征靶信号， 精确定位肿瘤位置。为满足成像分辨率和探测深度的要求采用中心频率为5GHz、带宽为 IOGHz的一阶导高斯信号，信号波形如图2所示。具体实施过程如下：
[0021] 1.天线发射信号，其余天线接收来自乳房内部的反射信号。对成像区域的每一点 进行扫描，得到的信号由y(t)表示。向信号y(t)中多次加入等长度的正态分布的白噪声 叫⑴，艮P
[0022] Yi (t) = y(t)+ni(t) (1)
[0023] 式中，yi(t)为第i次加入白噪声后的信号。
[0024] 2.确定yi⑴的所有局部极值点，通过三次样条函数求取yi(t)的上包络U 11⑴和 下包络Mt)的局部均值
[0025] 3.通过从加入白噪声的信号中减去局部均值即可得到新的信号hjt)= Yi (t) -Hli (t)
[0026] 4.判断Ill⑴是否为固有模态函数（DIF):判断h(t)是否满足以下两个条件：（I) 每一个固有模态函数中，其过零点的数目要么与极值点的数目相等要么最多差一个；（2) 在Ii 1 (t)中截取到的任意的局部信号中，其极大值点形成的包络与其极小值点形成的包络 二者求平均的结果是零；如果不满足，则在原始信号y(t)中新加入一次白噪声得到新的 Y1 (t)，重复步骤2-3,直到分解得到的Ill