面向脑出血诊断的微波脑部成像仿真

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脑出血是一种严重威胁人类健康的疾患,早期诊断治疗是降低脑出血危害的有效手段。脑出血医学诊断领域迫切需要低成本、无损害、小型化、高分辨率的微波脑出血诊断设备。微波具有频率高、频带宽、信息容量大和方向性好等优点,对于脑出血检测有着得天独厚的优势。  本文从微波信号在脑组织中的传播特性出发,针对大脑电磁特性进行建模,并对成像的方案进行初步探究,设计天线并仿真完成脑出血检测的成像过程,取得如下成果:  1.提出一套初步的微波脑部成像系统方案,包括电磁特性仿真的脑部模型、硬件系统和软件系统。同时,在仿真模型中简化系统方案中的脑部实物模型、微波电路和专用软硬件平台为CST脑部仿真模型、CST集总波端口和通用PC机Matlab平台,并应用于系统仿真。  2.基于DebyeⅡ公式分析脑组织的电磁特性,构建一个半径为100mm,相对介电常数为40,电导率为0.98的脑部模型,同时在模型中植入一个半径为10mm,相对介电常数为58,电导率为1.68的血块模型作为病灶。  3.设计一款工作在1.7-4 GHz的Vivaldi天线用于收发信号。天线工作的中心频率2.85 GHz处的增益为7.781 dBi,在工作频段内的S11参数小于-8.3 dB,功率损失小于14.79%,工程上可用。  4.构建仿真系统用于模拟成像信号收发过程,基于人体头部左右半脑对称性,构建对称位置消噪法消除接收信号的系统噪声。然后利用消噪信号进行共焦成像,得到成像结果用于检测脑出血的位置,仿真成像结果表明预测血块的中心位置与模型中血块中心位置的差距小于1cm。
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