生物组织的微波毫米波电特性研究

发布时间：2017-09-16 14:15

  本文关键词：生物组织的微波毫米波电特性研究

  更多相关文章： 共面波导 部分电容法 去嵌入 介电常数

【摘要】：癌症是如今威胁人类健康的一种高发病率的疾病,近百年来人类一直与癌症进行着斗争,近些年来对于癌症的预防和治疗越来越受到人类的关注。传统的癌症治疗方法如化疗和放疗会对人体造成较高的危害和产生高昂的治疗成本,微波成像和微波治疗作为一种较新的检测和治疗癌症的方法,具有精度高、穿透强、对人体伤害小等优点。生物组织的电特性参数是微波成像和微波治疗研究的基础。科研工作者针对不同类型的病症,根据肿瘤组织和正常组织的电特性参数差异,设计了适合不同特定情况的癌症早期检测和癌症治疗的微波毫米波系统方案。因此,得到微波频率的不同组织的电特性参数就显得尤为重要。本课题设计了一种以共面波导为基础的测量夹具系统,该系统对于测量生物组织准确便捷,测试频率范围为1-5GHz,通过HFSS软件进行测量夹具系统的仿真模拟,使用仿真数据进行参数提取的验证。还基于该测量夹具提出了使用单夹具进行仪器去嵌入的方法,并通过Matlab软件进行数据处理。本课题根据仿真模型加工了一套测试系统,通过矢量网络分析仪进行测量,测量得到的待测物的介电常数实部的误差|△ε/ε≤5%,测量损耗的误差|tanδ|≤0.05。通过测量得到了几种不同的生物组织的介电特性参数,为设计针对微波检测和治疗癌症的电路系统做出了理论基础。本文的主要研究工作有：1.对国内外的介电常数测量方法及发展进行综述。本设计使用共面波导测量夹具,并对共面波导结构进行了相应的理论分析,通过分析不同结构的共面波导得出相应的计算公式,通过这些理论公式推导出相对介电常数的求解方法。2.针对使用共面波导测量夹具测量生物组织提出了一种单夹具去嵌入方法,并且通过电磁仿真软件HFSS和Matlab计算程序对该方法进行验证。3.加工测试装置并搭建测试平台,对不同的生物组织样本进行实测,通过矢量网络分析仪和计算机程序处理分析原始数据,得到了所需求解的待测物的相对介电常数,并且对数据进行了处理和分析。
【关键词】：共面波导 部分电容法 去嵌入 介电常数
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R310
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 研究背景与意义10-11
• 1.2 不同测量方法的对比11-15
• 1.2.1 谐振法12-13
• 1.2.2 传输/反射法13-15
• 1.3 本文的结构安排15-16
• 第二章 基本理论与方法16-42
• 2.1 本文的研究目标和基本理论16-24
• 2.1.1 传输线理论16-18
• 2.1.2. 微波网络矩阵18-24
• 2.2 共面波导的理论计算分析24-30
• 2.2.1 共面波导的结构24-25
• 2.2.2 开场和屏蔽共面波导结构模型的保角变换分析25-30
• 2.3 共面波导的多种结构分析30-40
• 2.3.1 普通共面波导结构30-32
• 2.3.2 下屏蔽共面波导结构32-34
• 2.3.3 全屏蔽共面波导结构34-36
• 2.3.4 填充多层介质的全屏蔽共面波导结构36-40
• 2.4 共面波导夹具求解等效介电常数实部的方法40-41
• 2.5 本章小结41-42
• 第三章 参数提取的方法42-50
• 3.1 单夹具去嵌方法42-45
• 3.1.1 去嵌原理介绍42-43
• 3.1.2 去嵌方法43-45
• 3.2 参数提取的方法45-48
• 3.2.1 传播常数的提取45
• 3.2.2 等效介电常数的提取45-46
• 3.2.3 待测物层的介电常数提取46-48
• 3.3 本章小结48-50
• 第四章 仿真分析和结果50-63
• 4.1 仿真参数设定50-52
• 4.2 仿真数据分析52-55
• 4.3 仿真结果处理55-62
• 4.3.1 仿真模拟蓝宝石材料的样品55-56
• 4.3.2 电路仿真结果仿真模拟陶瓷材料的样品56-57
• 4.3.3 仿真模拟脂肪的样品57-58
• 4.3.4 仿真模拟玻璃的样品58-59
• 4.3.5 仿真模拟肝脏的样品59-60
• 4.3.6 仿真模拟肌肉的样品60-61
• 4.3.7 仿真模拟聚四氟乙烯的样品61-62
• 4.4 本章小结62-63
• 第五章 测试系统与测试结果63-79
• 5.1 测试系统分析63-65
• 5.1.1 测试系统63
• 5.1.2 测量夹具的制作63-65
• 5.2 测试流程65
• 5.3 测试结果及分析65-78
• 5.3.1 试标准样品陶瓷(e_r=6.5)65-67
• 5.3.2 试标准样品陶瓷(e_r=9.5)67-68
• 5.3.3 测试猪的肝脏组织样品68-70
• 5.3.4 测试鸡的肌肉组织样品70-72
• 5.3.5 测试猪的脂肪组织样品72-73
• 5.3.6 测试猪的肌肉组织样品73-75
• 5.3.7 测试猪的皮层组织样品75-76
• 5.3.8 测试猪的肾脏组织样品76-78
• 5.3.9 对比测试温度对实验结果的影响78
• 5.4 本章总结78-79
• 第六章 结论79-81
• 6.1 全文工作总结79-80
• 6.2 后续工作展望80-81
• 致谢81-82
• 参考文献82-87
• 攻读硕士学位期间取得的成果87

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