[发明专利]一种基于电磁逆散射的早期乳腺癌检测医学成像方法

摘要

本发明公开一种基于电磁逆散射的早期乳腺癌检测医学成像方法，以重建生物体内部组织中可能发生病变部位的位置、形状、大小等信息。数据信息经过算法处理后，可呈现直观的三维立体图像，其优点是使医院专家能够更直观地观察病患地病情状况，降低了人为误诊的可能性。在此方案下，结合子空间优化方法，提出了一种基于差分积分方程模型的新型三维方法以实现图像重建，另外，使用奇异值分解与截断的方法，提高了迭代过程的稳定性与准确性。结果表明，所提出的方法不仅收敛性能非常好，运算速度也很快，而且能够减轻非线性，能够非常清晰地反演出病变地生物组织的位置大小与形状等信息。多次实验的测试结果验证了该方法的有效性。

主权项

1.一种基于电磁逆散射的早期乳腺癌检测医学成像方法，其特征在于包括以下：步骤(1)、将正常的乳腺细胞组织数据作为背景区域数据，建立数据库；其中乳腺细胞组织包括皮肤、脂肪等组织；其数据包括细胞组织的对比度总场对比源步骤(2)、将被探测区域进行离散化，然后根据发射装置、接收装置的位置，采用公式(1)计算相关的格林函数和(m,n)代表离散网格的中心坐标，并根据公式(2)对进行奇异值分解，由于可能病变部位的对比源的确定部分由的前W个较大的特征值σ_l决定，所以选择特征值的截断点为W，进而根据公式(3)计算出可能病变部位的对比源的确定部分为离散后的网格与接收装置之间的格林函数G(r_s,r′)的积分算子；是离散后的网格与网格之间的格林函数G(r,r′)的积分算子；G(r_s,r′)，表示一个位于空间r_s处的点源对其周围空间某一点r′所产生的场；G(r,r′)，表示一个位于空间r处的点源对其周围空间某一点r′所产生的场；其中i表示虚数，ω为电磁波的角频率，k₀为电磁波的波数，μ₀为电磁波在真空中的磁导率，δ为脉冲响应函数，u,v各自均可取x,y,z三个方向，x,y,z代表空间的三个坐标轴的方向，当u＝x,v＝x时，x_u；r代表位置r处的x方向上的坐标值，x_v；r代表位置r处的x方向上的坐标值，R_r,r′＝|x_r‑x_r′|代表两点之间的距离；其中Ψ_l为奇异值分解后的左奇异矩阵，为Ψ_l的共轭矩阵，σ_l为奇异值分解后的奇异值，Ω_l为奇异值分解后的右奇异矩阵，为Ω_l的共轭矩阵；其中表示接收装置测量得到的散射场数据，表示正常背景散射场场强,为各个离散网格的正常背景的对比源的集合,为第(m,n)个离散网格的正常背景的对比源，为第(m,n)个离散网格的对比源，为各个离散网格的对比源的集合；是X(r′)变换成对角矩阵后的形式；X(r′)为离散网格区域的介电常数∈_r的对比度函数：χ(r′)＝‑iω∈₀(∈(r′)‑∈₀)/(∈(r′)+2∈₀)，∈₀表示真空的介电常数；L为发射装置的个数；表示离散后的位于(m,n)处的入射场场强；可能病变部位的对比源由确定部分和不确定部分构成，见以下公式：步骤(3)、迭代次数p＝0,设定初始值可能病变部位的对比度和可能病变部位的对比源的不确定部分搜索方向步骤(4)、p＝p+1，根据求的梯度，进而利用共轭梯度法确定更新所需要的搜索方向，见公式(13)；最后根据公式(14)更新对比源不确定部分其中：场误差方程为：其中，状态误差方程为：其中⊙的定义为两个矩阵的乘法，表示背景的对比度，总场；步骤(5)、根据公式(15)更新步骤(6)、根据公式(8)计算出此时的目标函数，判断目标函数值是否满足一定的收敛条件，如目标函数值小于0.00000001，如果满足则停止迭代，如果不满足，则跳转至步骤(3)，将可能病变部位的对比度可能病变部位的对比源的不确定部分搜索方向作为新的初始值，继续迭代更新；步骤(7)、得到最终的可能病变部位的值就可以进行最终的成像，进而根据图像显示的情况，达到进行诊断的效果。