[發明專利]基于模板信號相似度的復雜體內部異物的微波檢測系統

有效

• 申請號: 201510093515.5
• 申請日: 2015-03-02
• 公開（公告）號: CN104856678B
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發明（設計）人: 吳怡之;王一帆
• 申請（專利權）人: 東華大學;昆士蘭大學
• 主分類號: A61B5/06
• 分類號: A61B5/06
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司31001
• 代理人: 翁若瑩

技術領域

本發明涉及一種基于模板信號相似度的復雜體內部異物的微波檢測系統及采用該系統的檢測方法，尤其是在無輻射、無損傷情況下方便快速地判斷復雜結構體內部是否含有異物以及判斷異物的位置和大小。屬于微波檢測技術領域。

背景技術

微波是電磁輻射的一種形式，其頻帶300MHz到300GHz之間，相應的波長為1000mm到1mm。微波波長長，能穿透到物體的內部，且具有光的特性，無阻礙時沿直線傳播，但在物體內部，不同的材料體使其發生不同性質的反射、折射、衍射或散射，使得通過探測穿過物體的微波信號改變，從而把握物體內部的特性成為可能。微波檢測尤其是對材料內部的檢測有很廣泛的應用，包括：評定材料的性能和不連續性，非金屬基體上的薄金屬覆蓋層厚度與介電常數厚板的厚度測量，塑料或陶瓷中分層氣孔疏松夾雜和其他缺陷的測定等。近年來，生物領域的微波檢測也逐漸引起關注。人體微波檢測是一個具有發展前景的領域，例如：人體組織中血塊、腫塊和腫瘤的探測。結構體內異物的介電性質與它們周圍的正常組織不同，基于微波的檢測方法利用不同組織中的介電性能差異引起的不同的電磁散射作為判別基礎。微波檢測技術的優勢在于：1)使用非電離輻射，系統安全性高，不對人體造成傷害，可以經常性使用；2)柔性天線和微型化檢測器件使得微波檢測設備的可穿戴設計具有可行性，從而保證了易用性，便攜性，適合于移動醫療，家庭、社區等場合使用。

基于微波信號的物體內部異物檢測盡管有很多優勢，但也面臨許多技術挑戰。對于某些檢測應用，物體結構復雜，異物與腦組織的介電常數差別雖然存在，但不一定顯著，基于微波的檢測尤其困難。微波檢測主要的方法可以為兩類，其一是基于成像方法，其二基于信號的分析進而進行模式識別和機器學習的診斷方法。成像方法有可分為波束成形和逆向重建方法，前者是合成孔徑雷達(Synthetic Aperture Radar，SAR)方法的一種，通過計算成像點到感測點距離從而得到信號時延，以此獲得成像點的能量，進行異物定位的方法，存在較大的誤差；逆向重建方法采用優化方法重建被測區域的節點常數，對血塊等異物位置和大小進行判斷，存在算法復雜，易受干擾等缺點。成像算法由于物體結構復雜，異物區域的介電特性，在復雜物體的探測方面面臨嚴峻的發展瓶頸。另一方面，基于微波信號分析的腦部檢測方法，將高可靠性地異物有無判斷作為主要目的，盡管目前研究團隊不多，但具有良好發展前景。

發明內容

本發明的目的是提供一種利用微波信號相似度對復雜結構體內是否存在異物進行判定的裝置。

為了達到上述目的，本發明的技術方案是提供了一種基于模板信號相似度的復雜體內部異物的微波檢測系統，其特征在于，包括：

微波測量裝置，包括固定在被測物體周圍的n個超寬帶天線Ant[i]，i＝1，2，…，n，通過射頻電路依次使n個超寬帶天線Ant[i]向被測物體發送超寬帶脈沖信號，或由相同的超寬帶天線Ant[i]接收自被測物體返回的回波信號S[i]，或由其他超寬帶天線Ant[j]接收散射信號S[i]，j＝1，2，…，n；

基準信號生成模塊，基于正常基準結構，利用與微波測量裝置匹配校準后的電磁場仿真系統，生成無異物模板微波信號S0[i]，其中，正常基準結構為被測物體的無異物結構數據；

信號相似度比較模塊，基于信號差異性和互相關性計算回波信號S[i]與無異物模板微波信號S0[i]的相似度Sim[i]，并利用信號的自相關對信號相似度進行規范化；

目標異物判斷模塊，根據相似度度量Sim[i]和預先設定的閾值判斷被測物體內是否存在異物。

優選地，所述回波信號S[i]與無異物模板微波信號S0[i]的信號相似度Sim[i]＝∑S0[i].*S[i]/α_S0α_S，式中，α_S0為和無異物模板微波信號S0[i]相關的規范化系數，α_S為和S[i]相關的規范化系數，運算.*表示信號向量的點乘運算。

優選地，所述回波信號S[i]與無異物模板微波信號S0[i]的信號相似度式中，α_S0為和無異物模板微波信號S0[i]相關的規范化系數，α_S為和S[i]相關的規范化系數。

優選地，所述基準信號生成模塊或從資料數據庫中讀入被測物體的正常斷層結構數據作為基準結構，或根據被測物體的基本屬性搜索系統數據庫中的正常匹配結構數據作為基準結構。

優選地，還包括目標異物定位判斷模塊，用于判斷異物的大小及位置，步驟包括：