基于微波近场的乳腺肿瘤研究开题报告

 2021-08-08 02:08

全文总字数:1816字

1. 研究目的与意义

意义:恶性乳腺肿瘤是影响女性健康的一大因素,对乳腺肿瘤较为精准的检测是防治乳腺癌的早期手段。乳腺肿瘤的医学影像诊断技术主要有CT、核磁共振、X光和B超等,但这些技术均有诱发癌细胞或穿透力较弱等原因,并不是适合检测乳腺肿瘤的办法。因此研究和利用电磁微波探头并优化探测手段,对癌症的早期发现和普查以及提高治愈率有重要意义。

目的:正常乳腺组织和恶性肿瘤组织的介电特性存在着很大的差异,正常的乳腺组织显示的特性类似于脂肪组织,然而肿瘤的特性类似于肌肉组织,相当宽的频率范围内癌细胞与正常细胞的介电常数和电导率差异可达10倍,而水的成分是决定相对介电常数和电导率的主要因素。恶性肿瘤中水的含量比正常细胞要高得多,因此肿瘤的相对介电常数和电导率比正常组织的要高10%到20%。正常乳腺组织的介电常数和电导率可由Debye方程得到,而对于高含水量的生物组织如肿瘤和皮肤则由另一公式计算。基于这一特性,可以通过探测不同组织对高频微波反射及散射后产生的电场来检测乳腺肿瘤。HFSS是一个用于三维电磁场设计和分析的高频结构仿真软件,以有限元方法在频域范围内对电磁场进行计算。有限元理论的基本思想是先进行离散化,将连续的物体分解成小的单元,然后通过物理方程和几何方程获得单元矩阵,最后组合成总体矩阵。在引入边界条件后,使相应的线性方程组得到进一步简化,最后求解方程组,获得关于连续体的应变场信息。HFSS能进行全面的全参数化设计。从几何结构、材料特性到激励源设定、后处理,该软件提供了强大的三维建模和图像演示能力,以及高性能的设计和优化平台。以HFSS为软件平台,仿真了各种情况下的电磁场分布。本课题采用在HFSS环境中进行正常乳腺和恶性肿瘤组织的建模,两者的主要差别在于介质不同,介电常数不一致,可以通过观测电磁场分布判断肿瘤的位置和大小。

2. 国内外研究现状分析

由于乳腺肿瘤是关乎女性健康的重要问题,因此在电子科技领域国内外关于检测乳腺肿瘤的同类型研究十分丰富,综合起来主要有以下几个方面:

1、 探测肿瘤的工具及手段:

1) 电磁波探头:

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3. 研究的基本内容与计划

研究内容:在癌症的防治中,早期的检测是至关重要的。本课题通过hfss软件平台仿真各种情况下的电磁场分布,hfss有着丰富的后处理选项,可以显示电场、磁场的幅值、矢量分布,也可以输出s参数、y参数等,在该系统中,主要通过检测电场的幅值变化来检测肿瘤组织。

研究计划:

3月1日至3月13日:向指导老师请教文献的选择和高效的学习方法。完成对国内外相关微波近场研究方法文献的查找、翻译、学习和应用,确定细化各阶段的研究计划和研究方向。

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4. 研究创新点

该论题已在国内外有广泛研究讨论,但在HFSS环境下乳腺肿瘤微波近场仿真是近年来较为新兴的技术,在阅读相关文献后,我认为可以在研究电磁波的传输路径、电场强度和磁场强度方面下更多的功夫,结合我所学的专业课以及四年所学软、硬件知识,并从多角度设置数据采集,从而领会文献中所述的研究方法、理论原理、计算公式等,时刻关注国内外在此领域研究成果,时时更新所收集的数据,使本科毕业论文更加完善。

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