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计算物理 2017年第1期34卷 82-88页

作者：刘广东阜阳师范学院物理与电子工程学院阜阳236037

尝试引入因媒质不均匀而产生的折射效应,改进原有算法.共焦过程选用鲁棒的Capon波束成形(RCB)算法.乳房模型选用较为简单的三维(3-D)半球,为了更好地描述人体组织电参数的色散特性,各组织建模为多极柯尔-柯尔(Cole-Cole)媒质.在超宽带(U... 详细信息

尝试引入因媒质不均匀而产生的折射效应,改进原有算法.共焦过程选用鲁棒的Capon波束成形(RCB)算法.乳房模型选用较为简单的三维(3-D)半球,为了更好地描述人体组织电参数的色散特性,各组织建模为多极柯尔-柯尔(Cole-Cole)媒质.在超宽带(UWB)平面波激励下,利用时域有限差分(FDTD)法模拟电波传播.数值应用中,乳房植入两个半径3 mm球状肿瘤,分别应用原有微波共焦成像方法和改进方法检测乳腺肿瘤.仿真结果对比显示:改进方法在复杂度略微增加的同时,提高了计算精度.

关键词：乳腺癌微波共焦成像鲁棒的Capon波束形成时域有限差分法柯尔-柯尔媒质

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应用于微波近场成像的伪影去除方法研究

应用于微波近场成像的伪影去除方法研究

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作者：何桂演西安电子科技大学

学位级别：硕士

乳腺癌一直危害着女性的身体健康,因此乳腺癌的早期检测能让患者获得及时的治疗,这对提高患者的预后存活率极其重要。由于具有辐射小、成本低等优点,乳腺癌的微波近场成像逐渐受到人们关注,成为主要研究方向之一。微波共焦成像主要依据... 详细信息

乳腺癌一直危害着女性的身体健康,因此乳腺癌的早期检测能让患者获得及时的治疗,这对提高患者的预后存活率极其重要。由于具有辐射小、成本低等优点,乳腺癌的微波近场成像逐渐受到人们关注,成为主要研究方向之一。微波共焦成像主要依据肿瘤组织与正常组织之间电特性的差异导致的超宽带脉冲信号在不同组织间发生的散射效应。对这些散射回波信号进行分析提取可获得肿瘤的位置、形状等信息。但由于回波信号中大部分均为皮肤、脂肪等组织的杂波信号,所需的肿瘤响应被掩盖。直接对回波信号进行微波共焦成像会产生大量伪影,无法呈现出肿瘤。针对这一问题,本文通过使用多种信号处理方法从回波信号中去除伪影信号,提取出肿瘤响应,并使用微波共焦成像检验伪影去除效果。在以往的一些伪影去除研究中,模型的构建主要考虑皮肤、脂肪以及肿瘤等组织,很少考虑乳腺等组织构成的复杂组织分布。因此本文使用核磁共振成像生成的两种不同组织分布的二维仿真模型用以拟合真实情况。鉴于人体组织具有色散效应,本文论证了正常组织和肿瘤组织在不同频率下的电特性以及Cole-Cole模型,并研究超宽带脉冲信号为微波共焦成像提供的理论基础。在进行伪影去除的过程中,本文通过使用基于熵的时间窗算法确定时间窗口,并将该窗口长度应用于维纳滤波器构建滤波信号。由于最小二乘回归容易受到多重共线性影响,本文使用偏最小二乘回归进行求解得到滤波信号。对信号进行频谱分析发现肿瘤响应的频率相对较低,且伪影信号主要出现于信号早期阶段,因此本文使用小波变换对滤波信号进行降噪处理获得期望肿瘤响应。由于在单站方案的成像结果依然有部分伪影,本文通过对多站方案下的回波信号进行分组,计算各自分组的相似程度,将达到一定程度的分组信号分别进行伪影去除方法处理。在单站方案中,本文对期望肿瘤响应进行微波共焦成像并与混合伪影去除方法(Hybrid Artifact Removal,HAR)和理想去除方法对比。在30个采集位置的情况下本文提出方法与HAR方法的结果相差不大。但在12个采集位置HAR方法无法呈现肿瘤的情况下,本文提出方法成功得到肿瘤图像。在多站方案中,本文对期望肿瘤响应进行微波共焦成像并与理想去除方法对比。得益于多站方案的信号分组,本文提出方法能成功去除伪影信号并呈现出准确的肿瘤图像,与理想去除方法的成像结果对比仅有较小差距。

关键词：微波近场成像伪影去除方法微波共焦成像超宽带脉冲信号

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基于UWB-CMI方法的电力变压器绕组径向变形检测研究

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南京理工大学学报 2022年第1期46卷 55-60页

作者：宋云东苑经纬韩洪刚王冠宇郭铁刘旸国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院辽宁沈阳110006

电力变压器是电力系统的关键设备之一,变压器绕组故障将会造成变压器损坏,影响电力系统稳定运行。为了能有效诊断绕组变形故障,提出了一种基于超宽带(Ultra wide band,UWB)技术和微波共焦成像(Confocal microwave imaging,CMI)技术的绕... 详细信息

电力变压器是电力系统的关键设备之一,变压器绕组故障将会造成变压器损坏,影响电力系统稳定运行。为了能有效诊断绕组变形故障,提出了一种基于超宽带(Ultra wide band,UWB)技术和微波共焦成像(Confocal microwave imaging,CMI)技术的绕组变形故障检测方法,利用UWB收发器向变压器绕组发射短脉冲,并测量其沿线性路径的多个点处的反射信号,然后对测量信号进行CMI算法处理,获得绕组的2D图像,来确定电力变压器绕组径向变形的大小和位置。另外,还设计了变压器绕组四个不同位置的变形试验来验证这种方法的有效性。试验结果表明,提出的绕组径向变形检测方法简单易懂,通过获得变压器模型的2D图像,可以方便、直观地检测变压器绕组径向变形的尺寸和位置。

关键词：变压器绕组径向变形超宽带微波共焦成像 2D图像

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颅内介质目标的近感探测关键问题研究

颅内介质目标的近感探测关键问题研究

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作者：唐正上海交通大学

学位级别：硕士

颅内介质目标的近感探测问题,是近年来生物电磁学领域研究的热点、难点问题。一方面,发展颅内电磁目标的近感探测技术,对于颅内疾病诊断等具有重要的理论意义和应用价值,因此,该技术近年来受到国内外众多学者的极大关注;另一方面,颅内... 详细信息

颅内介质目标的近感探测问题,是近年来生物电磁学领域研究的热点、难点问题。一方面,发展颅内电磁目标的近感探测技术,对于颅内疾病诊断等具有重要的理论意义和应用价值,因此,该技术近年来受到国内外众多学者的极大关注;另一方面,颅内组织常具有非线性、多尺度、多维度、以及媒质色散等特性,使得其中介质目标的电磁散射特性面临难以有效获取、计算量过大等诸多困难。针对上述问题,本文研究了颅内生物组织电磁特性的变化规律,基于对颅内结构的等效传输线模型分析了适用于近感探测的微波频段,为了实现对复杂颅内组织的电磁散射特性的有效计算,提出能够近似真实解剖学头颅结构的球形分层的电磁学模型。通过对等效分层球形结构的电磁仿真,深入分析了近感探测时,颅内结构的电磁场、异常介质的散射场分布规律。在完善对颅内结构电磁场分布规律的认识后,设计出能够敏感捕捉散射场信息的天线阵列,并深入研究了异常介质与激励源之间的电磁相互作用。为了进一步实现对异常介质在颅内结构的有效诊断,本文研究了在颅内近感探测时,微波共焦成像算法的实际应用问题。基于对激励源与颅内结构的电磁相互作用机理的认识,提出了用定向波束作近感探测激励源的成像方案,深入分析了高斯波束、拉盖尔高斯波束、电磁偶极子天线用于近感探测的微波共焦成像效果,从而实现对颅内介质目标的有效诊断。

关键词：电磁散射天线阵列微波共焦成像高斯波束

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早期乳腺肿瘤检测的超宽带成像算法研究

早期乳腺肿瘤检测的超宽带成像算法研究

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作者：王阳洋南京邮电大学

学位级别：硕士

近年来乳腺癌发病率居女性非皮肤类恶性肿瘤之首，成为常见的高死亡率疾病之一，其早期检测对快速有效的治疗和降低患者死亡率有很大助益。文中对目前常规的检测手段，如X线摄影技术、磁共振成像(MRI)、激光成像等常见技术进行了简要介... 详细信息

近年来乳腺癌发病率居女性非皮肤类恶性肿瘤之首，成为常见的高死亡率疾病之一，其早期检测对快速有效的治疗和降低患者死亡率有很大助益。文中对目前常规的检测手段，如X线摄影技术、磁共振成像(MRI)、激光成像等常见技术进行了简要介绍，说明了它们各自的优势与局限性。超宽带微波技术被认为是一种绿色的乳腺肿瘤检测方法，其对肿瘤的提取主要依赖于生物组织在超宽带微波频段下电磁特性的分布——病变组织的主要电参数会明显异于水分含量较低的健康乳腺组织，差异均大于5倍。此种检测技术相对于常规方法有成像分辨率较高、检测迅速、低辐射、复杂度低等优点。本文建立了半圆形乳房物理模型，运用完全匹配层(PML)吸收边界的时域有限差分(FDTD)算法对区域内场强分布进行了模拟，并通过得到的散射场强信息集中研究了两种成像算法。一种是共焦微波成像(CMI)算法，从仿真结果可知，此方法对半径5mm以下的位置、大小不同的肿瘤均可有效检测，证明了其可行性。接下来又讨论了乳房组织非均匀、信号脉冲宽度不同对成像效果的影响，结果表明对非均匀乳房组织模型也能成像，且成像对信号脉冲宽度范围有要求。另一种是支持向量机(SVM)算法，这是统计学基础上一种新的学习算法，通过支持向量回归(SVR)原理解决了肿瘤参数重构和预测肿瘤中心位置的问题，该方法能快速得到准确成像结果。在此基础上，改变接收天线的采样数，并对结果进行了比较，可看出接收天线采样点越多，定位的精确度越高。

关键词：时域有限差分超宽带逆散射微波共焦成像支持向量机

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