毫米波检测皮肤癌的技术研究

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1、毫米波检测皮肤癌的技术研究作者姓名李庆云学校导师姓名、职称赵建勋教授领域电子与通信工程企业导师姓名、职称姬五胜教授申请学位类别工程硕士提交学位论文日期2014年12月学校代码10701学号1202121455分类TN8号2TN82密级公开西安电子科技大学硕士学位论文毫米波检测皮肤癌的技术研究作者姓名：李庆云领域：电子与通信工程学位类别：工程硕士学校导师姓名、职称：赵建勋教授企业导师姓名、职称：姬五胜教授提交日期：2014年12月ResearchofMillimeter-WaveTechniquesinSkinCancerDetectionAthesissubmittedtoXIDIANUN

2、IVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinElectronicsandCommunicationEngineeringByLiQingyunSupervisor:ZhaoJanxunJiWushengDecember2014西安电子科技大学学位论文独创性（或创新性）声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科

3、技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。本论文与资料若有不实之处，本人承担一切的法律责任。本人签名：日期：西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校学习期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅、借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，获得学位后结合毕业论文研究成果撰写的文章，署名单位为西安电子科技大学。本人签名：导师签名：日期：日期：

4、摘要摘要近年来，皮肤癌的发病率和死亡率逐年上升，已经严重危害了人类的生命健康。皮肤癌的早期检测能在很大程度上延长患者的生命。因此，皮肤癌的早期发现和确诊是提高患者治愈率的关键。目前，比较常用的物理检测手段包括：X射线、断层扫描和核医学成像等。但是它们具有检测费用昂贵、对人体有辐射伤害和检测不便等特点。本文基于生物组织的介电特性，研究毫米波检测皮肤肿瘤的可行性。由于人体正常皮肤组织和肿瘤组织的介电特性不同，对其进行毫米波照射时所产生的电磁散射不同，据此可以利用毫米波来检测皮肤癌的存在。首先，本文论证了皮肤组织和肿瘤组织的散射特性。介绍了生物组织的介电特性计算模型：Debye模型、Cole-C

5、ole模型等，介绍了不同频率下计算生物组织介电特性的公式。得出在100GHz频率下，正常皮肤和肿瘤组织的介电常数和电导率值。然后，本文设计了工作频率在100GHz下的矩形锥介质棒探头，是对矩形波导探头的改进。它是一种微型的、高分辨率的毫米波探头，具有旁瓣低、辐射功率大等优点。而且探头与皮肤的接触面积小，能检测出更小的肿瘤组织。建立了矩形锥介质棒探头模型，在基于FDTD算法的XFDTD软件上进行仿真计算。研究探头的性能，并对它进行优化设计。最后，根据人体皮肤组织结构，利用矩形锥介质棒探头，建立一套简化的分析模型，并分析计算正常皮肤和肿瘤组织的反射系数。对比了有无肿瘤组织时的反射系数，讨论了肿

6、瘤层位置和个数对反射系数幅度和相位的影响。结果表明表层肿瘤组织对检测的结果影响大，深层肿瘤组织对检测的结果影响小。本文计算了频率在102.5GHz~104GHz范围内，正常皮肤和肿瘤组织反射系数的幅度和相位。在103GHz~103.5GHz的频率范围内，肿瘤组织的反射系数幅度比正常组织大，差异为1dB。它们反射系数幅度的变化范围在-7~-9.5之间，检测效果好。和同类研究相比，本文设计的探头检测出来反射系数幅度增大，这样更加有利于检测，提高了检测的分辨率。说明本文设计的矩形锥介质棒探头有利于检测皮肤表层肿瘤。关键词：皮肤癌检测，矩形锥介质棒探头，时域有限差分算法，反射系数论文类型：应用基础

7、技术I西安电子科技大学硕士学位论文IIABSTRACTABSTRACTInrecentyears,theincidenceandmortalityratesofskincancerarerisingyearbyyear,seriouslyendangeringthelivesandhealthofpeople.Theearlydetectionofskincancercangreatlyextendthelivesofp