As a supplement to X-ray mammography, microwave imaging is a new and promising technique for breast cancer detection. Through solving the nonlinear inverse scattering problem, microwave tomography (MT) creates images from measured signals using antennas. In this paper, we describe a developed MT system and an iterative Gauss-Newton algorithm. At each iteration, this algorithm determines the updated values by solving the set of normal equations using Tikhonov regularization. Some examples of successful image reconstruction are presented.
Journal of electromagnetic engineering and science
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제15권4호
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pp.250-257
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2015
This paper presents an experimental measurement system for 3-6 GHz microwave tomography (MT) of the breast. The measurement system is constructed as a minimal test bed to verify key components such as the sensing antennas, radio frequency (RF) transceiver, sensing mechanism, and image reconstruction method for our advanced MT system detecting breast cancer at an early stage. The test bed has eight RF channels operating at 3 to 6 GHz for high spatial resolution and a two-axis scanning mechanism for three-dimensional measurement. The measurement results from the test bed are shown and discussed.
전자파를 사용한 유방암 진단을 위한 전자파 노출장치는 RF 송수신 장치와 여러 개의 안테나로 구성된다. 전자파 노출장치를 통해 얻어진 피시험체의 전자파 특성 데이터는 역산란 해석 알고리즘을 통해 유전율과 도전율을 계산 할 수 있다. 본 논문에서는 시험체 내부에 대한 유전율 및 도전율 정보의 분석을 통해 유방암 세포의 유무를 판단하거나, 유방암 세포의 분포에 대한 정보를 쉽게 분석 수 있도록 전자파 기반 유방암 진단 소프트웨어를 개발하였다. 개발된 소프트웨어는 얻어진 유전율과 도전율 정보를 2D 혹은 3D의 컬러 영상으로 가시화 할 수 있는 기능을 제공해 줌으로써 사용자들이 암세포의 유무를 쉽게 판단할 수 있다. 또한 제안한 소프트웨어에서는 정밀한 토모그램 영상의 분석을 위해 영상의 단면뿐만 아니라 특정 영역 위치와 크기 정보를 표시해주는 기능을 제공한다.
Journal of electromagnetic engineering and science
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제12권1호
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pp.107-114
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2012
Microwave imaging (MI) is one of the most promising and attractive new techniques for earlier breast cancer detection. Microwave tomography (MT) realizes configuration of a multistatic multiple-input multiple-output system and reconstructs dielectric properties of the breast by solving a nonlinear inversion scattering problem. In this paper, we describe ETRI 3D MT system with 3D MI reconstruction program and demonstrate its robustness through some examples of the image reconstruction.
Journal of electromagnetic engineering and science
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제14권4호
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pp.332-335
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2014
This paper investigates the phase singularity problem in microwave image reconstruction utilizing unwrapped phase data. The measured phases of the electric fields in most microwave measurement systems are wrapped. Thus, a certain phase unwrapping process is necessary for reconstruction of the image of a high contrast object. This unwrapping, however, is difficult in the presence of scattering nulls on/near the unwrapping path. At the null point, the phase value will be rendered, resulting in a poor image reconstruction. In this paper, we investigate the phase singularity arising from electromagnetic scattering nulls in microwave breast tomographic imaging. We then propose a transformation technique for the measured electric fields that avoids phase singularity.
A tomography system using microwave multi-channel transceiver was fabricated and measured. The tomography system is applicable to detection of breast cancers in a human body. This system is configured by microwave muiti-channel transceivers, a illumination chamber housing monopole antennas and coupling liquid, and image reconstruction algorithm solving inverse scattering problem.
Kim, Ki-Chai;Cho, Byung-Doo;Kim, Tae-Hong;Lee, Jong-Moon;Jeon, Soon-Ik;Pack, Jeong-Ki
Journal of electromagnetic engineering and science
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제10권4호
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pp.199-205
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2010
This paper presents a tumor detection system for breast cancer that utilizes two-dimensional (2D) image reconstruction with microwave tomographic imaging. The breast cancer detection system under development consists of 16 transmit/receive antennas, and the microwave tomography system operates at 900 MHz. To solve a 2D inverse scattering problem, the method of moments (MoM) is employed for forward problem solving, and the simplex method employed as an optimization algorithm. The results of the reconstructed image show that the method accurately shows the position of a breast tumor.
Various active microwave imaging techniques have been developed for cancer detection for past several decades. Both the microwave tomography and the UWB radar techniques, constituting functional microwave imaging systems, use the electrical property contrast between normal tissues and malignancies to detect the latter in an early development stage. Even though promising simulation results have been reported, the understanding of the functional microwave imaging diagnostics has been relied heavily on the complicated numerical results. We present a computationally efficient and physically instructive analytical electromagnetic wave channel models developed for functional microwave imaging system in order to detect especially the breast tumors as early as possible. The channel model covers the propagation factors that have been examined in the previous 2-D models, such as the radial spreading, path loss, partial reflection and transmission of the backscattered electromagnetic waves from the tumor cell. The effects of the system noise and the noise from the inhomogeneity of the tissue to the reconstruction algorithm are modeled as well. The characteristics of the reconstructed images of the tumor using the proposed model are compared with those from the confocal microwave imaging.
A consideration for image improvement under the Born approximation in the microwave diffraction tomography is suggested by using a projection function. The limiting factors in the degrading reconstructed image due to Born approximation are identified in terms of projection function and its modification is suggested to improve the degraded image based upon the Born approximation. In order to verify the proposed method, the reconstructed images are shown by computer simulation from the back-scattered data of angular and frequency diversity for squared dielectric cylinder with a various relative dielectric constant. From simulation results, it was shown that the proposed method can lead to a fairly good improved image for a severe degraded one irrespective of homogeneous and inhomogeneous dielectric object. In the future, the analysis on the limitation of this method should be considered and performed by means of more quantitative method.
본 논문에서는 MT(Microwave Tomography)를 사용한 유방암 진단용 영상 재구성 알고리즘에 관하여 연구하였다. 사용된 유방암 진단용 시스템은 16개의 송수신 안테나로 구성되어 있으며, 신호 파형은 900 MHz 정현파를 사용하였다. 2차원 역산란 문제를 풀기 위하여 포워드 계산 방법으로 2차원 시간 영역 유한 차분법과 최척화 알고리즘으로 LMA(Levenberg-Marquardt Algorithm)를 이용하였다. 실제 유방암 환자의 MRI(Magnetic Resonance Imaging)로부터 얻은 수치 팬텀을 활용하여 영상 복원을 한 결과 유방암의 위치를 정확히 탐지함을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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