[發明專利]多頻全息微波腦成像系統及成像方法

有效

• 申請號: 201911021121.3
• 申請日: 2019-10-25
• 公開（公告）號: CN110960216B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 王露露
• 申請（專利權）人: 深圳技術大學
• 主分類號: A61B5/0507
• 分類號: A61B5/0507;G01S13/89;A61B5/00
• 代理公司: 北京科石知識產權代理有限公司 11595
• 代理人: 李艷霞

1.一種多頻全息微波腦成像方法，其特征在于，包括以下步驟：

設置一多頻全息微波腦成像系統，其包括主控模塊、多頻信號發生模塊、切換模塊、發射接收模塊、圖像處理模塊和顯示模塊，所述發射接收模塊包括二維微波天線陣列，二維微波天線陣列采用收發一體的微波天線；

主控模塊通過切換模塊控制發射接收模塊切換至發射狀態，并控制多頻信號發生模塊產生超寬頻微波信號，產生的超寬頻微波信號通過切換模塊由發射接收模塊中的至少三個收發一體的微波天線向待檢測區域的物體發射；

主控模塊控制發射接收模塊中至少三個收發一體的微波天線依次測量來自待檢測區域的物體的散射電場信號，并將探測到的散射電場信號傳輸至圖像處理模塊；

圖像處理模塊對接收到的散射電場信號進行處理，獲得待檢測區域的物體的二維重構圖像；

根據所有微波天線的總可見散射電場，預設頭顱的電磁數值模型；

根據頭顱的電磁數值模型得到頭顱的二維重構圖像；

判斷頭顱的二維重構圖像與待檢測區域的物體的二維重構圖像是否相同，如果相同，則待檢測區域的物體為頭顱器官，并將頭顱的二維重構圖像傳輸至圖像顯示模塊進行顯示；

所述發射超寬頻微波信號的具體過程為：

建立物體所在電磁場區域的直角坐標系，確定物體與二維微波天線陣列的距離、微波天線的位置坐標以及收發一體的微波天線的數量；

通過二維微波天線陣列中的至少三個微波天線向物體發射預設頻率段的超寬頻微波信號，超寬頻微波信號在物體內部、表面和周圍產生散射電場；

二維微波天線陣列中的至少三個微波天線依次檢測物體內部、表面和周圍產生的散射電場信號；

根據入射電場和散射電場得到總電場為：

式中，

表示單個微波天線檢測到的物體內部、表面和周圍產生的散射電場信號，表示N個微波天線發射的入射電場的疊加和，表示位于A_i(x_i,y_i,z_i)處的微波天線到待檢測區域物體的距離矢量，ω表示角頻率；

所述獲得待檢測區域的物體的二維重構圖像的具體過程為：

建立待檢測區域物體的介電常數和導電率的電磁屬性和散射電場之間的非線性觀測模型，所述非線性觀測模型包括總電場模型和散射電場模型；

利用總電場模型和散射電場模型重構待檢測區域物體的圖像；

所述總電場模型為：

式中，表示入射電場，表示從目標點到位于點A_T(x_T,y_T,z_T)的微波天線的距離矢量，表示散度運算符，表示格林函數，表示從場源點到頭顱內任一點的位置矢量；

散射電場模型為：

式中，表示散射電場，表示頭顱內任意一目標點到位于A_R(x_R,y_R,z_R)的微波天線的距離矢量，表示位置矢量；ε_b表示背景的介電常數，μ_b表示背景的磁導率，ε表示腦的介電常數，σ表示頭顱的電導率，σ_b表示背景的電導率，ω^(p)＝2πf^(p)為工作角頻率，f^(p)表示信號的發射頻率，f_min為最小工作頻率，p＝1,…,P，q＝1,…,Q，p表示頻率數，q表示視圖數，為總電場，

2.根據權利要求1所述的多頻全息微波腦成像方法，其特征在于，所述散射電場模型還表示為：

式中，R表示散射源和目標點之間的距離，表示單位矢量；

當a≈1，b≈-1時，散射電場模型簡化為：

式中，表示格林函數，