[发明专利]基于微波介质谐振器的乳腺组织特性探针

说明书

本发明公开了一种基于微波介质谐振器的乳腺组织特性探针，包括一介质谐振器和金属底板，所述介质谐振器放置于金属底板上，所述金属底板上还设有一耦合输入针和耦合输出针，所述耦合输入针和耦合输出针分别置于介质谐振器的相对侧，耦合输入针和耦合输出针与介质谐振器之间均设有间距，耦合输入针和耦合输出针与金属底板之间设有同轴绝缘块隔离,利用介质谐振器的谐振特性在近区场对乳腺组织的微波特性进行测量，从介质谐振器的频率响应曲线对乳腺组织进行定性评估。介质谐振器工作在辐射性强、电磁场开放式的模式，如方形的TE^y_11d模和圆形的HE_11d 模,介质谐振器的谐振特性由它的频率响应曲线描述,主要特征包括谐振频率、峰值损耗值和品质因数,这些特征值由相应微波测量硬件测出。

技术领域

本发明涉及一种测量探针，特别涉及一种基于微波介质谐振器的乳腺组织特性探针。

背景技术

在微波波段，乳腺组织的电特性可以用介电常数e和电导率s来表征。在一个给定的频率f下，其电特性也可以复介电常数e*来描述， 而且：

，

其中e为复介电常数的实部，s/（2pf）为虚部。为了方便，复介电常数e*可继续用为复相对介电常数e_r*来表示， 即：

其中e₀=8.854´10^-12 F/m为真空介电常数。复相对介电常数e_r*有实部和虚部， 即：

；

其中e_r‘称为相对介电常数，e_r”为相对损耗因子。

在微波频率，正常的乳腺组织与病变的乳腺组织尤其是癌症组织的电特性有着很高的对比度，其相对介电常数（e_r‘）的对比度可以达到1：10， 甚至1：15，电导率（s）的对比度可以达到1：15， 甚至1：20。比如在2.5千兆赫兹，正常乳腺组织的相对介电常数和电导率分别为4和0.1，而癌症乳腺组织的正常乳腺组织的相对介电常数和电导率分别为60和2（参考文献Phys. Med. Biol. ,Vol.52，2007，p6093–6115，以及IEEE Microwave andWireless Components Letters, Vol. 17, 2007，p822-824），正常与癌症组织的相对介电常数对比度和电导率对比度分别为1：15和1：20，所以有效的微波检测可以定性地确定乳腺组织的特性。

乳腺组织的微波特性可以采用不同的方法测量，比如微带，波导，共面波导等，但最普遍的方法是采用同轴探针（参考文献IEEE Transactions on Microwave Theory andTechniques, Vol. 51， 2003，pp1194-1205，以及US5227730, 1993）。

同轴探针是非谐振式的测量方式，一般在利用2至3种具有已知特性的物质校正之后方可使用，可测物质的介电常数范围在1至80之间。但是，由于这种探针的精确度对校正物质参数极其敏感，每次使用之前需要校正， 对实际使用带来不便。

同轴探针由内导体，绝缘体和外导体组成。其特性阻抗为：

。

其中a为内导体的外半径，b为外导体的内半径，e_rc为绝缘体的相对介电常数。一般来说，同轴探针的特性阻抗设计为50欧姆，相同于微波源的内阻。同轴探针便于制作，但是它的检测深度只局限同轴探针开口孔径的一半范围内，由于开口孔径一般为小于5毫米，所以它的检测深度小于2.5毫米， 不能满足原位测量的要求。

另外，对于乳腺组织病变与正常性质的断定，只需宽频带测量，在一个选择的频率点上或一个小的频率段内测量便可对乳腺组织特性进行确认、性质评估。