毫米波探头及其人体皮肤成像实现方法

技术领域

本发明涉及的是一种毫米波领域的技术，具体涉及一种利用毫米波近场技术进行人体皮肤成像。

背景技术

现有的皮肤镜像学检测方法对检测人员经验要求高，且效率较低。由于生物组织具有介电色散特性，即在交变电场作用下生物组织的介电常数会随着电场频率的改变而发生变化。当皮肤细胞和组成的含水量不同，对毫米波的吸收和反射也不同。利用该特点，可以达到检测皮肤生物组织的目的。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种毫米波探头及其人体皮肤成像实现方法，利用皮肤电磁学特性，采用一定的毫米波探头进行激励，依据反射特性不同，可以进行分辨。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种人体皮肤成像实现方法，采用94GHz阶梯状矩形锥介质棒天线作为检测探头，采用94GHz毫米波信号源激励并测量待测皮肤，获得S参数，即工作频段内S

所述的测量，优选先对110GHz矢量网络分析仪进行矩形波导接口形式的校准，然后将矩形锥介质棒探头端接到校准端口，分别利用该探头接触已划分网格的待测皮肤，获得S参数。

所述的数据矩阵，包括：不同位置的S

所述的矩阵融合处理是指：将测得的多个不同位置的数据按照测量方位构建为频率矩阵和幅度矩阵，基于参考值将两个矩阵进行融合，得到融合矩阵Y，其中每个元素值为：

所述的融合，采用但不限于归一化加权实现。

所述的参考值为：从另一校准样本选取数据点作为参考值，频率记为f

所述的皮肤成像是指：将融合后的矩阵中各个元素归一化至[0,255]范围，即灰度；对应各个矩阵的位置，实现成像。

本发明涉及一种实现上述方法的检测探头，为94GHz矩形锥介质棒天线，具体包括：横截段、辐射尖端和匹配尖端，其中：横截段为长方体结构，横截段的两端分别采用阶梯结构过渡到辐射尖端和匹配尖端。

技术效果

本发明94GHz阶梯状矩形锥介质棒天线探头采用阶梯阻抗匹配结构，是对矩形波导探头的改进，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。本发明改进型探头，在不同样本测量时，对频率偏移信息最为敏感，在94GHz频段，分别高出传统矩形锥探头和圆形锥探头25％和212.5％。

附图说明

图1为本发明检测探头示意图；

图中：横截段1、辐射尖端2、匹配尖端3、矩形波导4；

图2为实施例频率示意图；

图3为实施例成像效果示意图；

图中：(a)为皮肤模型图，其中浅色区域为样本校准区域，中间深色部分为待检。

具体实施方式

如图1所示，为本实施例涉及的一种检测探头，为94GHz矩形锥介质棒天线，具体包括：横截段1、辐射尖端2和匹配尖端3，其中：横截段为长方体结构，横截段的两端分别采用阶梯结构5过渡到辐射尖端2和匹配尖端3。

所述的检测探头，采用介电常数为11.9高阻硅制成。

如图2所示，所述的横截段1的横截面尺寸为1mm×0.6mm。

所述的匹配尖端和辐射尖端的横截面尺寸为0.5mm×0.6mm。

所述的阶梯结构的横截面尺寸为0.75mm×0.6mm。

本实施例中矩形锥介质棒天线尺寸具体为：

本实施例基于上述检测探头的人体皮肤成像实现方法，采用94GHz矩形锥介质棒天线作为检测探头，采用94GHz毫米波信号源激励并测量待测皮肤，获得S参数，即工作频段内S

步骤1)使用矢量网络分析仪进行WR10矩形波导口的校准，具体操作及参数为：在矢量网络分析仪主机设置校准频率范围90GHz-105GHz，并设定测量点数、中频带宽后，采用OSM单端口校准方法，分别在网分端口端接波导校准件：偏移短路器(OffsetShort)、短路器(Short)、和Match(匹配器)，校准后再端接短路校准件，S

步骤2)在矢量网络分析仪端口连接阶梯状矩形锥介质棒探头，并将探头放在皮肤区域

步骤3)按照图3(b)所示的区域进行探头位置移动，每移动一个采样点，保存一次S

上述步骤分别测量校准皮肤样本和待测皮肤样本，获得两组数据。

将实测校准样本皮肤与待检测皮肤进行矩阵结果比对，将二维平面对比数据成像，具体操作及参数为：对上一步获得的矩阵处理：将测得的多个不同位置的数据按照测量方位构建为频率矩阵和幅度矩阵，基于参考值将两个矩阵进行计算，得到融合矩阵Y，其中每个元素值为：

数据成像：利用MATLAB将Y矩阵转化为图片形式，其中Y矩阵中每一个数据都能在其位置生成一个32×32像素的正方形区域，区域灰度由矩阵对应位置数据决定，最后采用高斯滤波将图片中的高频成分滤去。

经过具体实际实验，设定权重因数b＝0.4，得到Y矩阵：

得到结果图如图3(C)所示：图片中心高亮区域表示异常皮肤所在位置，因此可以确定该介质棒探头能够有效对比出皮肤的异常。

使用传统的矩形锥介质棒、圆形介质棒和本发明提出的改进型阶梯状矩形锥介质棒，对皮肤模型进行测试，分别寻找谐振点出现位置，精准测量带检测皮肤与样本皮肤的谐振点S

由上表可知，与现有技术相比，本装置比传统矩形锥探头和圆形锥探头高出25％和212.5％的探头设计，成像算法简单，成像速度快。

上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。