测量乳房微波频率反射的原型系统

摘要

乳房的微波成像是用于监测乳房健康的兴趣，并接近有源微波成像包括断层摄影术和基于雷达的方法。虽然文献中涉及到的微波乳房成像的工作越来越多，只有已被用于收集数据，从人类的几个原型系统。在本文中，已经在从志愿者的初始研究测量反射被用于单基地雷达成像一个原型系统进行了讨论。该系统的性能是通过检查传感器的机械定位，以及微波测量灵敏度的探讨。为了深入了解反射信号，模拟和一个简单的体模的测量的测量进行比较，并且相对于系统的灵敏度的讨论。最后，志愿者的成功扫描描述。

1.简介

微波成像已经被提出作为一种替代乳房成像方式[1]。其基本前提是，乳房中的不同组织具有不同的电磁特性，而这些差异可能被用来创建图像。微波主动成像的一般方法包括微波层析成像[2]和基于雷达的方法[3.-5]。微波断层摄影涉及测量通过乳房发送的信号，并通过匹配用从含有迭代地更新属性估计模拟模型中获得的信号的测量数据重建图像。微波断层摄影已经过测试，仿真和体模的实验测量（例如，[6]）和现实的乳房模型的模拟[7]。此外，达特茅斯学院的一个研究小组对原型系统进行了广泛的患者研究。所得到的图像显示，平均微波频率特性随乳房密度的增加而增加[8]，在微波图像中检测到的特征和已知的临床历史[之间以及协议9]。基于雷达的微波技术通过处理来自胸部的宽带或超宽带(UWB)信号的反射来生成图像。这些图像表明了显著散射物体的存在和位置。以雷达为基础的方法的测试包括模拟真实的乳房模型[3.，10，用幽灵进行测试[5，11，12]和早期临床研究[13]。到目前为止，布里斯托大学的一个研究小组已经报告了使用多静态雷达系统对病人进行成像的情况。因此，尽管越来越多的文献与微波乳房成像有关，但很少有与患者或志愿者的工作报告。这可能反映了涉及传感器设计和实现、测量硬件和开发患者界面的重大技术挑战。

在本文中，我们描述了基于一单基地雷达的方法，并已称为TSAR（组织感测自适应雷达）方法的原型系统。所述TSAR原型系统不同之处在于一个单一的天线，以便收集数据在乳房周围扫描先前报道原型系统微波成像。一个多站系统固有收集比其单站对应的详细信息。在另一方面，单传感器的方法可被设计成产生一聚焦光束从小的特征增加了反射功率。由于潜在的高衰减的乳腺组织，这是用于检测恶性较小的地区可能是有益的。此外，单站系统允许UWB传感器更宽松的要求。较大的传感器允许使用较低的频率而不会由于相互耦合的限制。放置传感器在乳房周围位置的无限数量的能力也是在适应性方面给患者用于图像重建的性能非常有吸引力的，以及。然而，这些优点是在一个更复杂的定位系统的成本和更长的重新定位时间相比电子切换天线如[13]。为了评估我们的原型系统的性能，进行了机械传感器定位，以及微波测量灵敏度和摄动的研究。这提供了对系统功能和限制的深入了解。接下来，我们比较一个简单幻影的模拟和测量结果。虽然模拟和实验工作已经在断层摄影和基于雷达的成像方面进行过，但只有少数论文直接比较模拟和幽灵的测量(例如，[6，14]）。我们的幻像表示以简化方式乳房的形状，并且由一种材料与包含不同的材料。虽然该模型的属性不同于乳腺组织的不同，影像具有在允许结果的重复性的评价性能和形状稳定性。此外，从所述体模的反射相对于所述系统的灵敏度解释。验证后，原型系统被用于从志愿者收集的反射。为了深入了解这些测量，具体志愿乳房模型的模拟比较尝试。

2.原型系统和程序

2.1。系统描述

沙皇原型系统如图所示1。该原型包括一个垫床，放置在一个装满菜籽油的圆柱形容器上。接受扫描的女子俯卧在床上，床上的一个洞允许她的一侧乳房伸入水箱。

圆柱形罐填充有低芥酸菜子油，以改善乳房皮肤和附着到定位臂的传感器之间的匹配。The canola oil exhibits a relative permittivity of 2.5 with a conductivity below 0.04 S/m up to 12 GHz. A laser is also mounted to the positioning arm to record the breast outline. To scan the sensor around the breast, the arm moves vertically and the entire tank rotates. Dimensions of the tank and hole as well as antenna location are provided in Figure2。在垂直扫描区域（ž) direction spans from 24 mm to 141 mm below the top of the lid. The circular opening in the lid has a diameter of 130 mm while the tip of the sensor is located 70 mm away from the center of the opening to avoid contact with the breast skin. To monitor the scan procedure, a camera is mounted on the side of the tank and transmits images to the operator.

微波测量与定制天线收集。在这项工作中所用的天线是一种平衡反足Vivaldi天线与导演（巴伐-d）[15]。这种天线具有带宽（大于- 10 dB)从2.4到18 GHz。与标准的BAVA设计相比，导向器缩小了天线的波束，从而将更多的能量聚焦到乳房上。测量采用矢量网络分析仪(VNA) (8722ES，安捷伦技术，帕洛阿尔托，美国加利福尼亚州)。天线通过一根3米长的电缆连接到VNA，引导系统帮助以可重复的方式移动电缆。电缆导向系统如图所示1。该系统在其中所连接的天线的电缆的端部校准。Measurements are taken at 1601 points over the frequency range from 50 MHz to 15 GHz with a port power of −5 dBm. As discussed in Section3.，an intermediate frequency (IF) bandwidth of 1 kHz and averaging over 3 frequency sweeps are used to reduce the system noise floor. The resulting data are transformed into the time domain after weighting with the spectrum of the differentiated Gaussian pulse given by: 在哪里用于调整脉冲的幅度，ps,。

2.2。志愿者扫描程序

我们已经用原型系统扫描了几名志愿者(研究编号21859，经卡尔加里大学联合健康研究伦理委员会批准)。我们的研究包括一个乳房的TSAR扫描，以及双乳房的磁共振(MR)扫描。在TSAR扫描期间，天线被物理移动到围绕乳房的不同高度的许多位置(图)3.)。在相同的高度收集的数据被称为行。对于一个完整的扫描，数据在多行收集。对于志愿者扫描，行的行之间的数，分离，并在一排的天线位置的数量的初始估计与所述MR图像，然后在TSAR扫描器观察乳房的数字图像之后被更新。我们的经验表明，调整设计为与MR图像TSAR的扫描方式是必要的，以补偿乳房形状和范围的变化，由于在油乳房的浮选。我们注意到，罐的旋转和臂的垂直运动用于扫描乳房周围的天线被自动和由步进电机，其由自定义软件代码来控制致动。移动传感器和收集测量的过程中用于乳房1以高达200个的天线位置扫描只需要不到30分钟。

反射波的校准是通过执行两组测量，然后使用已知物体的响应来及时定位反射波。首先，志愿者在扫描器中进行扫描，然后用空槽进行另一次扫描。为了初步校准数据，从志愿者在场时记录的信号中减去用空罐记录的信号。两个扫描使用相同的天线位置。接下来，收集放置在距离天线两个已知距离的金属板的反射信号。利用两次反射到达时间的差异来确定浸入介质的介电常数。已知的板的位置也用于识别来自天线孔径的反射信号。然后对孔径反射进行时间定位，以确定物体相对于天线末端的距离。

最后，反射信号用于创建图像。首先，通过近似目标天线上的反射来去除浸入液体和物体(例如，油/皮肤界面)之间的主要反射。对于简单的模型，如本文稍后使用的半球，使用直接的方法来逼近就足够了。在这种情况下，记录在同一行天线上的反射信号进行时移和缩放以匹配目标信号[16]。通常需要更复杂的算法来处理更复杂的场景。接下来，通过成像区域扫描焦点，使用时移和波束形成器识别来自相同物理位置的适当天线的反射分量，从而形成3D图像[16]。该模型的表面的估计的方式并入本聚焦过程[17]。

3.系统性能及验证

如从第描述明显2中，TSAR测量系统是相当复杂的。该系统的许多方面可以改变测量质量，这反过来将影响到重建图像的质量。我们考虑3种不同类型的效果：（1）定位性能，（2）在微波测量灵敏度，和（3）的扰动。在本节中，这些不同的方面进行评估或为了定义整个系统的性能验证。

3.1。定位性能

传感器的正确定位在两个方面至关重要。首先，测量的重复性需要良好的机械精度。如章节所述2，每次扫描都用扫描时收集到的参照测量值进行校准，参照测量值具有完全相同的模式，但志愿者或患者不在场(空罐)。该操作消除了测量信号中环境的不利影响(例如，来自水槽的反射)。因此，需要良好的定位重复性，以保证在两次扫描之间复制出不需要的效果。其次，由于信号是根据天线位置进行空间聚焦的，因此需要良好的机械精度来进行正确的图像重建。因此，在扫描中，期望的天线位置和实际的天线位置需要很好的一致性。定位精度和精度关系到机械的发挥和实现正确位移的能力;这两个参数都将被计算。

两个独立的轴用于将传感器带入位置，即方位角(角度)(坦克旋转)和仰角(mm)(手臂运动)。规范的°，mm为位移公差与机械发挥的最大0.1度和0.1 mm已为每个轴定义。在最坏的情况下，这些对应的误差不超过0.6毫米。

为了验证这些要求，特定的运动序列实现和预期位置与实际位置的测量进行比较。对于仰角轴，该位置与安装在移动臂的数字测径器测量。方位位置的评估是通过测量在旋转槽的外边缘的位移来实现。Given the very large external diameter of the tank (520 mm), small angular displacements translate into large displacements at its outer edge. Note that the external diameter also includes a lip placed around the tank to collect excess oil, which contributes to the large difference when compared to the inside diameter given in Figure2。该技术允许我们确定方位角运动是否通过或失败的规格，但没有数值提取。

对于仰角轴，验证表明位移误差是容限之内具有最大的mm和的平均值 mm. On the other hand, the mechanical play of the elevation axis is, in general, very close to the maximum allowed value and exceeded the limit in one of the test iterations. Therefore, an automated compensation of the mechanical play is implemented in the software used to control the TSAR prototype, showing significant improvement. The measured mechanical play results with and without software compensation are shown in Table1。

所有方位的测试顺利通过规范的要求。然而，具有0.25的分辨率运动°创建一个一致的位移误差，其累积并产生较大的定位误差。此行为自然发生由于步进电机的固有角分辨率。此行为是由允许与0.5°的最小分辨率位移避免。

3.2。微波测量灵敏度

由于乳房内部组织的反射被认为是非常微弱的，良好的测量灵敏度是该系统的一个关键方面。如章节所述2在美国，校正后的数据来自连续两次扫描的相减:一次是志愿者在场，另一次是空水槽。因此，灵敏度可以定义为减法运算后能够恢复的最小信号。为了评估微波测量系统的灵敏度，用宽带负载标准(Agilent 85052D)代替天线，并减去两个测量的反射信号。差异越小，灵敏度越高。

灵敏度直接由VNA接收机的测量噪声本底的影响。IF带宽的减少和平均多个测量可以显著提高噪音水平。最小的IF带宽具有大量平均化将是理想的灵敏度。然而，这些措施大大提高了测量时间不切实际的值。对于TSAR最大扫描时间被设置为30分钟200次测量。占机械位移时，每个位置的微波测量必须在8秒，总共专用于射频测量26.6分钟来实现。An IF bandwidth of 1000 Hz with averaging of 3 signals shows the best sensitivity among the combinations that fit the time criteria. Figure4示出了与这些设置和连接的宽带负载达到的灵敏度。A sensitivity below −90 dB is achieved over almost the entire frequency band. The phase variation is below 0.2° with exception of the upper limit of the frequency band. This result can be considered as the best sensitivity that the system can achieve as the two measurements considered are collected in an ideal scenario in which no time elapsed and nothing moved between measurements.

反射测量相对于时间的稳定性也会影响灵敏度。在志愿者扫描和校准扫描期间测量的信号之间有30分钟的间隔。为了评估这个时间延迟对灵敏度的影响，我们收集了200个连续的宽带负载测量值，进行了两次连续的迭代，复制了与志愿者扫描相同的时间框架。在前面的例子中，系统没有移动。数字5shows the 200 corresponding sensitivity curves, which sit mostly below −80 dB except for the extremes of the frequency band. The corresponding phase variation is below 0.5° with an increase towards the end of the spectrum. The correlation between the phase variation and the sensitivity is obvious from Figure5。总的来说，我们观察到，由于VNA固有的漂移，30分钟的时间跨度之间的测量降低微波测量灵敏度大约10分贝。

3.3。微波测量微扰抗扰性

的扰动被定义为任何现象（内部或外部），这将引起所述测量的信号干扰不可预测的，从而影响测量灵敏度。一些扰动源被识别并减轻其影响的解决方案进行说明。

第一个扰动是由电缆响应的变化引起的。当天线移动到不同的位置时，电缆形状的改变主要影响其相位响应。为了减少对灵敏度的负面影响，如图所示的引导系统1已经实现了。该系统有助于确保当天线被定位和重新定位在某个位置时，电缆位置是可重复的。相同的电缆位置转换成类似的电响应，可以在校准过程中去除。该技术的性能如图所示6，显示灵敏度计算时，系统移动通过两次完整的沙皇扫描(200个位置)与宽带负载连接，而不是天线。与相应的静态灵敏度进行比较时(图)5)，我们只观察到相位变化的轻微增加，这转化为相当有限的灵敏度退化。通过从第二次扫描中取200个测量值和一个选择的测量值之间的差值，在没有任何电缆补偿的情况下生成一组额外的结果。这样，电缆的位置是不同的每一个测量在给定的一对。在这种情况下，灵敏度在- 70db左右，所以我们估计电缆引导系统提高了大约10db的灵敏度。

其他扰动与天线探测到的信号有关。来自乳房的反射是令人感兴趣的，而来自其他物体或来源的反射可以在校准过程中减去，只要它们在两次测量之间是稳定的。然而，任何无法在校准过程中去除的不可预测信号都被认为是扰动，需要最小化。将有害信号源分为三类:(a)实验室环境反射(房间、设备、人员等)、(b)浸液运动、(c)一般电磁烟雾。采用了不同的机制来减轻这些扰动。首先，利用VNA中实现的时间门控很容易地消除了实验室环境反射(a)。测量数据的门控范围在0到3.6 ns之间，以消除来自测量槽外部的反射。浸泡液的运动(b)是由槽本身的运动引起的，但最主要的是由于动臂的位移引起槽容积的波动。随着容积的变化，液位也会发生变化，并产生不能复制的反射，因为这些反射也会受到乳房体积本身的影响。为了尽量减少这种效果，坦克盖的设计增加了额外的材料周围的孔，通过胸部延伸(图7)。这样可以使在天线孔径附近的液面恒定，同时允许在其中辐射是一个数量级较少的天线后面液面波动。该附加的区域由填充有HR10吸收剂（爱默生康明和微波产品，伦道夫，MA，USA）的聚碳酸酯外壳。

最后，电磁烟雾(c)是由实验室周围和外部世界的电气设备产生的。为了增加电磁抗干扰性，吸收器与屏蔽材料一起放置在测量槽周围的战略位置。

数字8示出了原型TSAR的典型灵敏度，当先前提到的技术是在适当位置，该天线被安装和浸没液体存在。相较于图6，a significant decrease in magnitude sensitivity is noted, resulting in sensitivity between −50 and −60 dB, while phase variation increases slightly. The very large peaks in the phase variation happen at resonances where the phase changes drastically while being difficult to resolve by the VNA due to the weakness of the reflected signal. Overall, a sensitivity reduction of 30 dB is observed. As the reflection coefficients of the broadband matched load and antenna are around −30 and −10 dB, respectively, the phase variation intrinsically has greater impact on the sensitivity with the antenna attached. However, since the BAVA-D ringing is extremely small, the increase in reflection is mostly located in the antenna structure, as shown by the time domain representation in Figure9。The antenna structure ends at approximately 1.5 ns in time and only the components of the signal beyond this point are significant for imaging purposes. We use a Tukey window, shown in Figure9，以评估天线结构完成后信号的灵敏度。如图所示9，the sensitivity sits overall between −70 to −80 dB. The lower frequencies are ignored since the antenna does not radiate well below 2 GHz. Based on these values, we assess that 10 dB are lost in sensitivity when the antenna is attached instead of the load (i.e., compared to Figure6)。

Overall, the TSAR prototype may be expected to have reflection sensitivity between −70 to −80 dB. The VNA itself demonstrates a sensitivity level of −90 dB and is therefore more than capable of measuring signals greater than the reflection sensitivity. Moreover, numerous technical challenges arise when consistent performance needs to be maintained while scanning around a cylindrical volume. The TSAR system has demonstrated excellent mechanical accuracy and repeatability, and the modifications to the prototype system aimed at ensuring measurement sensitivity appear to enhance performance. This has resulted in a prototype system that demonstrates acceptable performance for our application.

4.半球形乳房模型

原型系统的基本性能已经被检验，然而，通过比较模拟和测量的结果来验证来自测试对象的反映也是有趣的。首先，本研究使用的半球形乳房模型被描述。反射数据将根据前面介绍的性能指标进行分析。并讨论了用模拟数据和实测数据生成的图像。

用于这项工作的模型具有相对简单的形状和组成，并详细描述在[18]。模型由一个圆柱形截面(直径10厘米)连接到一个半径5厘米的半球形截面上。在乳头的半球上有一系列的环，试图模仿乳头的形状。模型采用相对介电常数为15的低损耗介质材料。这个幻像包含一个圆柱形的包裹体，由一个直径7.9毫米、长度19.4毫米的特氟隆棒组成。包裹体位于半球区域，距离模型中心25毫米的径向距离。将模型置于扫描仪中，使用BAVA-D天线进行测量。对模型进行全面扫描时，将天线扫描到相隔1厘米的7行(垂直位置)和每行20个位置。为了校准的目的，对空罐进行第二次扫描。天线的位置与扫描幻像时所使用的相同。 The reflections recorded with an empty tank are subtracted from those recorded with the model present. Reflections collected at the row of antennas located at the center of the inclusion are shown in Figure10。预计主要反射来自油/幻像界面，并且在一行测量中显示非常相似。来自包含的响应在距离该物体较近的天线2ns后也很明显。

接着，仿真为了进一步深入了解所测量的数据进行的。详细仿真模型包括被预计将影响反射信号的系统的各方面。具体地，模型包括乳房假体的复制品，一个巴伐-d天线，所述箱的顶部，和浸没液体（图11)。仿真是使用执行SEMCAD（SPEAG，苏黎世，瑞士），其使用时域有限差分（FDTD）解算器，并且与UWB脉冲中所描述的天线被激励（1)。乳腺假体检测结果如图所示12对于天线一行（也位于在体模夹杂物的水平）。类似于图10，主导反射被从油/幻接口预期和被示出为用于模拟的一行非常相似。

为了研究主要反射与测量数据和模拟数据之间的相似性，我们使用Tukey窗口来隔离第一次反射(平均范围为0.83 ns，相对于每个信号的最大绝对响应位置)。图中所示数据的这些窗口反射之间的相关性10和12是平均0.99。对于用于扫描幻象140个天线位置，模拟和测量显示与0.014标准偏差0.98平均相关。

接下来，我们检查和再次使用Tukey窗占主导地位的反映后发生分离的反射比较从仿真和测量模型稍后时间响应。数字13显示结果的天线位于最接近包含，而图14显示天线在相同位置的结果，但没有任何包含在乳房模型。我们注意到，在包含包含的情况下，模拟数据和测量数据很好地一致，因为时域和频域的结果是相似的。当包含物存在时，反射约达到- 40db，这是很容易检测到的，给定我们的测量系统的灵敏度。不包括目前(图14），下部反射在稍后时间响应指出。On average, the reflected signal without an inclusion present is 7 dB lower for the measured data and 11 dB lower for the simulated data. The signals magnitudes in Figure14 (b)在系统的灵敏度范围内，模拟和测量结果非常相似。这表明，这些较小的响应中，有一部分确实是反射信号的组成部分，很可能来自于诸如来自石油和模型之间界面的晚时响应等微妙的来源。因此，沙皇原型系统证明了准确记录这些由较大反射信号引起的精细细节的能力。

最后，利用模拟数据和实测数据进行图像生成。对有和没有包含的幻影进行成像，测量数据的结果如图所示15。模拟数据得到了类似的结果，但没有显示图像，因为结果看起来与图中非常相似15。包裹体易于检测和定位，包裹体的最大响应位于离模型中心23mm处。定位误差可能是由于无法及时准确地定位反射信号，以及成像过程的离散性。将包含的最大响应与无包含图像中相同位置的响应进行比较。对实测数据来说，有包含情况下的响应比无包含情况下的响应大14.1 dB，说明通过聚焦算法降低共反射和相干求和都能提高包含响应。对于模拟数据，比率是47.4 dB，说明模拟反射之间较高的相似性，以及测量和模拟之间的内在差异。

总体而言，乳房模型的调查显示仿真和测量之间良好的一致性，这验证了我们测量的精度。由包含该响应被容易地测量给定我们的系统的灵敏度，和图像清晰检测和定位的包容。

5.与志愿者进行初步测量

与半球形模型的工作提供了TSAR原型的仿真和测量的数据之间的相似性进行评估。这些结果表明，一个现实的乳房模型的模拟可以提供一种手段来解释从人类志愿者测定反射，作为主导反射被预期可用于测量和模拟类似。

使用TSAR和MR扫描对志愿者研究进行了详细分析。用TSAR原型对志愿者进行扫描，扫描模式如图所示2(注意垂直轴的原点与盖子的底部重合)和测量参数在章节中讨论2。磁共振图像收集与1.5特斯拉西门子索纳塔磁共振扫描仪和乳腺线圈。扫描序列为t1加权(梯度回声与变异型SP/OSP)。在这样的序列下，脂肪被抑制，腺体组织在图像中有更高的像素强度。像素大小为0.4297 mm×0.4297 mm×1.2 mm，为该志愿者采集了112张图像。

为了比较模拟数据和测量数据，磁共振图像被转换成适合SEMAD使用的模型。将MR图像中的像素强度映射到电磁属性值涉及几种近似，创建乳房模型的步骤如下[10]与乳房内部表示具有16个组织。在模拟中所使用的实际的模型的横截面示于图16。MR和TSAR扫描都与俯卧位志愿者，然而比较两个系统时，在乳房的程度和形状不同收集。关键的区别是，乳房也浮在用作TSAR扫描器浸没液体的油。为了弥补这种效应，在体素大小ž方向(图16) is reduced from 0.4297 to 0.36 mm. To approximate the locations at which the measurements are collected, the nipple is used as a landmark and we assume that, at the antenna row closest to the top of the tank, the breast is centered in the scanner. Specifically, the location of the row of antennas closest to the nipple is determined from digital images collected during the TSAR scan. This information is used to position the antennas in simulation, and the scan pattern described in Table2被复制。从乳房模型反射被使用脉冲在模拟（1)。

将志愿者的测量数据与特定志愿者模型的模拟数据进行比较。数字17示出了从压缩乳房的模拟和相应的实验测量归一化的反射。数字17结果表明，模拟皮肤为2.14 mm层，而MR图像中皮肤的近似厚度在1.5 mm到3.0 mm之间，信号与可能产生的差异是合理一致的。通过计算测量信号和模拟信号之间的相关性，可以在大部分天线位置上观察到类似的结果。120个信号中有116个信号的相关性为0.9或更好，这表明天线在乳房周围扫描时，测量到的皮肤反射与模拟皮肤反射之间的相似性。异常值可能来自于模型中皮肤厚度与志愿者实际皮肤厚度有显著差异的区域。因此，沙皇原型能够测量志愿者的反射，比较测量和模拟表明，测量的反射是合理的。然而，由于模型和志愿者之间存在许多差异(例如，乳房形状不同于MR和TSAR，天线位置近似)，因此没有考虑后期反射的详细分析。这使得对较小的后期反射进行比较具有极大的挑战性。

6。结论

在本文中，对乳房的单基地雷达成像一个原型系统进行说明。这个系统扫描，以便收集数据在乳房周围单个UWB天线，因此从原型系统多基地基于雷达的成像和断层扫描不同。本文首先侧重于评估系统的性能，因为这是深入了解原型的能力和局限性的关键。例如，传感器影响系统的性能，所以精确度和传感器定位的重复性的运动进行评估，显示出最小的误差。微波测定灵敏度被定义为两个反射测量之间的差异，并且用于检查的测量，系统的运动和柔性电缆之间的时间延迟的影响。在与宽带负载附接显示测量值差即时间延迟和运动做劣化的敏感性。By controlling cable positioning, improving measurement environment repeatability and applying techniques such as time-gating the reflections, the microwave measurement sensitivity during the TSAR scan is assessed to be between −70 and −80 dB. In addition, the metrics examined appear to be informative and may be used to evaluate performance of monostatic radar-based imaging systems.

一旦系统性能评估，仿真和测量的一个简单幻影比较。虽然有许多关于微波成像系统的模拟和测量工作的报道，但直接比较这些结果的报道很少。早、晚时间的反射信号均从一个简单的幻影显示出很好的一致性。此外，将来自均匀幽灵的反射与来自含有包裹体的幽灵的反射进行比较，表明考虑到系统的灵敏度，包裹体的响应很容易检测出来。此外，测量幽灵较弱的后期反射与模拟结果相关，为测量精度带来信心。结果图像表明，包含很容易检测和本地化。

最后，对一个志愿者的扫描进行了描述和分析。为了解释反射，创建了一个特定于志愿者的乳房模型。考虑到志愿者和模型之间已知的差异，模拟和测量中的早期反射非常一致。这为测量到的信号与来自乳腺组织的反射信号相对应提供了信心。

由于传感器位移期间诱导志愿者运动或由潜在的紊流乳房运动测量扰动本文并没有考虑。给定的扫描时间（30分钟）的长度，患者运动的预期。但是，考虑到生物医学微波成像系统（亚厘米级）的分辨率，小运动预计不会显著影响图像质量。为了便于比较，乳腺MRI检查可能需要长达40分钟，同时实现毫米级的图像分辨率。同样重要的是，观察，对于这两种方式的患者躺在与在乳房线圈或测量箱盖胸壁静止俯卧位置。在这种结构中，病人呼吸期间发生的运动只有在乳房上的位置的影响有限作为乳房不显著相对移动胸壁。基于到目前为止（12）扫描的志愿者，没有显著乳房运动已被记录在每个天线位置的数字图像之间观察到。天线位移期间或在VNA乳房运动扫不能视觉评估。然而，测得的信号和模拟对方使用患者特定模型之间的良好的相关性暗示VNA扫描期间移动最小。

未来的工作包括改进来自志愿者和患者的模拟反射和测量反射之间的一致性，特别是后期反应。例如，乳房的激光表面测量可用于更准确地变形基于磁共振的乳房模型。结合微波测量灵敏度的知识，模拟真实的乳房模型可以用来洞察在包含多种组织分布的乳房中不同位置的一系列肿瘤的能力。

致谢

作者要感谢Richard Frayne博士对这项研究的支持。这项工作得到了加拿大自然科学和工程研究理事会和阿尔伯塔传统医学研究基金会的支持。

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