基于fdtd的微波脑中风检测算法研究

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1、基于FDTD的微波脑中风检测算法研究第一章绪论1.1研究背景和意义数据显示，近年来，脑中风的发病率和死亡率逐年攀升，统计表明，我国每年死于脑血管病的患者约130万，脑中风已经成为我国居民的第一位死亡原因[1]。在我国，脑中风的危害性远大于恶性肿瘤和心脏病、高血压等其他疾病，但脑中风受到的重视程度远远低于它们。目前我国的脑中风发病率是120-180人每10万人口，每年因中风死亡人的数超过150万，存活的脑中风患者达700万人，相当于一个大城市的常住人口。数据显示，中国每年新发中风病人超过200万。中风病人若及早抢救，大多能救回一命，可存活下来的人有3/4会留下偏瘫、失语等不同程度的功能障

2、碍，严重人们的影响生活质量。我国是脑中风高发国家，据统计，全国每年有200-250万新发中风患者，其中11％是中青年，年龄最小的甚至只有十几岁，而且还有继续年轻化的趋势。我国每年用于中风的社会经济负担（医院、医师、康复、药剂、间接消费等）高达几百亿元。随着人口的老龄化进程，脑中风已成为严重威胁人们生命健康的疾病之一。中风的死亡率也有随年龄增长而上升的趋势，有研究证明，如果能够使用早期的有效检测，中风数可以减少三分二[3]。脑是高级神经中枢，对血液供应的高度依赖，对缺血缺氧的高度敏感，对缺氧缺血的耐受时间的极度短暂，一旦造成组织损伤与功能的损害，则难于再恢复，治疗时间上的紧迫，给临床治疗

3、带来了极大的难度。尽管近些年来，现代医学对中风的研究不断深入，取得了大量成果，各种药物和治疗手段也在不断的增加和完善，但对于中风的急性期救治，仍然是一个薄弱的环节，仍缺少有效及时的检测手段。现有的治疗手段大多是在中风病发后康复训练阶段，对中风产生的后遗症则无可奈何。...........1.2常见的脑中风检测手法现有的脑中风检测手段有X射线摄影技术、核磁共振（MRI）、正电子发射型计算机断层显像（PET）等。X射线摄影技术自1970年开始迅猛发展，至今已相对成熟。该技术利用的是X射线的穿透性和荧光性[5]。由X射线仪向机体发射X射线，X射线穿过机体的不同部位时，因为组织之间密度的差异导

4、致对X射线的吸收量不同，从而在荧光屏上显示出深浅，黑白不同的图像，进而检测到病灶的存在。因为传统的X射线成像是将具有三维立体解剖结构摄影成二维平面图像，所以影像容易重叠，密度分辨率不高。在此基础上人们又发展了计算机断层摄影术，即CT成像技术。CT成像同样利用的是组织密度不同对X射线的吸收不同的原理进行成像。但是CT成像是将X射线仪放置在一个圆形轨道上，对患者进行连续的照射，利用接收到的信号重构人体组织的三维图像。因此CT技术能更加直观且准确的诊断病灶[5]。该技术对异常组织能准确定位并可以判定血块性质。尤其是在引入数字化技术后，其质量及可靠性得到了进一步提高。但是人们已经逐渐认识到这种

5、技术的固有局限性，最重要的是，X射线对早期血块的检出率低，这说明密度对其灵敏度与特异性有明显影响，对于一些人并不适合，且此技术存在辐射并会使受检者的健康受到一定程度的损害。..........第二章脑中风微波检测基础微波检测依赖于脑部各个组织介电常数、电导率的差异而造成微波散射信号的差异，因此，我们需要介绍一下脑部的八种主要组织器官的结构和分布。微波技术应用于脑中风检测的挑战主要在两个方面：1）拥有8种不同的介电常数的脑部组织，复杂的物理结构，形成了一个复杂的分散介质模型；2）与正常脑组织相比，脑部的介电常数对比度不够高，这使得从血液中的散射信号太微弱。所有这些方面，对于之前微波检测的

6、方法，特别是基于微波层析成像技术，很难应用于脑卒中检测。2.1脑部的复杂结构人脑它是中枢神经系统的最高级部分，主要包含在头骨内部，脑占头盖内腔的大部分。约占成年人体重的2%，即1.2～1.6公斤。脑的重量男性比女性稍大，并与体重无关。脑含有约140亿个神经细胞约占脑细胞十分之一，剩余的九成称为胶质细胞。胶质细胞有为神经细胞提供营养，形成髓鞘增进传导速度，等多种功能。大脑（brain）包括端脑和间脑，端脑包括左右大脑半球。端脑是脊椎动物脑的高级神经系统的主要部分，由左右两半球组成，在人类为脑的最大部分，是控制运动、产生感觉及实现高级脑功能的高级神经中枢。端脑由约140亿个细胞构成，重约1

7、.4千克，大脑皮层厚度约为3毫米左右，总面积约为2200平方厘米，据估计脑细胞每天要死亡约10万个（越不用脑，脑细胞死亡越多）。人脑中的主要成分是血液，血液占到80%，大脑介质虽只占人体体重的2%，但耗氧量达全身耗氧量的25%，血流量占心脏输出血量的15%，一天内流经脑的血液为2000升。因为有80%是水，所以它就有些像豆腐。但是它不是方的，而是圆的；也不是白的而是淡粉色的。左右大脑半球有各自的称为侧脑室的腔隙。侧脑室与间脑的第三脑室，以及小脑