毫米波检测皮肤癌的技术研究

发布时间：2017-11-28 18:32

  本文关键词：毫米波检测皮肤癌的技术研究

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【摘要】：近年来,皮肤癌的发病率和死亡率逐年上升,已经严重危害了人类的生命健康。皮肤癌的早期检测能在很大程度上延长患者的生命。因此,皮肤癌的早期发现和确诊是提高患者治愈率的关键。目前,比较常用的物理检测手段包括:X射线、断层扫描和核医学成像等。但是它们具有检测费用昂贵、对人体有辐射伤害和检测不便等特点。本文基于生物组织的介电特性,研究毫米波检测皮肤肿瘤的可行性。由于人体正常皮肤组织和肿瘤组织的介电特性不同,对其进行毫米波照射时所产生的电磁散射不同,据此可以利用毫米波来检测皮肤癌的存在。首先,本文论证了皮肤组织和肿瘤组织的散射特性。介绍了生物组织的介电特性计算模型:Debye模型、Cole-Cole模型等,介绍了不同频率下计算生物组织介电特性的公式。得出在100GHz频率下,正常皮肤和肿瘤组织的介电常数和电导率值。然后,本文设计了工作频率在100GHz下的矩形锥介质棒探头,是对矩形波导探头的改进。它是一种微型的、高分辨率的毫米波探头,具有旁瓣低、辐射功率大等优点。而且探头与皮肤的接触面积小,能检测出更小的肿瘤组织。建立了矩形锥介质棒探头模型,在基于FDTD算法的XFDTD软件上进行仿真计算。研究探头的性能,并对它进行优化设计。最后,根据人体皮肤组织结构,利用矩形锥介质棒探头,建立一套简化的分析模型,并分析计算正常皮肤和肿瘤组织的反射系数。对比了有无肿瘤组织时的反射系数,讨论了肿瘤层位置和个数对反射系数幅度和相位的影响。结果表明表层肿瘤组织对检测的结果影响大,深层肿瘤组织对检测的结果影响小。本文计算了频率在102.5GHz~104GHz范围内,正常皮肤和肿瘤组织反射系数的幅度和相位。在103GHz~103.5GHz的频率范围内,肿瘤组织的反射系数幅度比正常组织大,差异为1dB。它们反射系数幅度的变化范围在-7~-9.5之间,检测效果好。和同类研究相比,本文设计的探头检测出来反射系数幅度增大,这样更加有利于检测,提高了检测的分辨率。说明本文设计的矩形锥介质棒探头有利于检测皮肤表层肿瘤。
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：R739.5

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本文编号：1234957