生物医学宽带天线设计分析与MRI图像重建技术

### 生物医学宽带天线设计分析与MRI图像重建技术 在生物医学领域，宽带天线的设计与分析以及MRI图像的重建技术都有着至关重要的作用。下面将分别介绍生物医学宽带天线的相关研究以及基于生成对抗网络的MRI图像重建方法。 #### 生物医学宽带天线的研究 - **相关工作** - **Yang的研究**：设计了工作在2.4 GHz频段的单馈宽带可植入接收装置。通过融合两种模式提升阻抗数据交换能力，一种是中心微带天线的主要模式，另一种由外圈实现。仿真得到的阻抗信息交换范围在 -10 dB 时为 2.24 - 2.59 GHz，天线峰值增益为 -20.8 dB，主要向体外方向辐射。对相对介电常数和植入深度的影响进行了讨论，细胞敏感性研究显示了天线的鲁棒性。 - **Sinan的研究**：乳腺癌影响众多女性，早期检测至关重要。传统检测方法如乳腺钼靶、X射线和超声存在一定局限性，微波成像检测乳腺癌是更优选择。在HFSS 15.v中使用有限元法（FEM）展示了具有不同介电常数和电导率的3D胸部结构，设计了工作在2.45 GHz的微带贴片接收装置，通过在微带贴片上开口和改变接地平面来提高成像分辨率。对不同天线结构进行研究，结果表明第四种天线结构对胸部肿瘤的检测效果最佳。 - **Sukhija的研究**：提出了带有曲折开口的U形微带贴片天线，工作在2.45 GHz用于生物医学。对比了有无曲折开口的两种设计，有曲折开口的天线表现出色，信息交换能力充足、损耗低，适合生物医学应用。天线尺寸小，接地平面范围仅占整体天线尺寸的15%。实验和仿真结果吻合良好，该天线可用于远程健康监测系统。 - **天线设计** - 目标是设计工作在ISM频段（覆盖2.45 GHz）的宽带接收天线。推荐的天线是带有小棒的微带贴片接收天线，小棒半径为0.17 mm，在微带贴片天线（MPA）外印刷一个圆。基板采用Rogers RT/duriod（相对介电常数∈r = 2.2，损耗角正切tanδ = 0.0023），厚度为1.6 mm。以可植入焦点天线为坐标系原点，使用50同轴测试直接馈电。天线的具体参数如下表所示： | 参数 | 尺寸 (mm) | | ---- | ---- | | LS | 88 | | WS | 76 | | LP | 48 | | WP | 36 | | LG | 88 | | HS | 1.6 | | PH | 1.6 | | PR | 0.17 | | SS | 0.6 | - **结果与讨论** - 使用HFSS 15.v（采用有限元法）仿真天线S11随频率的变化，谐振频率为2.45 GHz，回波损耗为 -34.04 dB，可用于生物医学ISM频段应用。 - 选择E和H两个主平面展示天线辐射结构。H平面（x - z平面）的辐射结构有两个凸起，增益在仿真频段内较稳定，在2.4 GHz时峰值为6.8 dB，插入天线可进一步提高增益。 以下是生物医学宽带天线设计的流程图： ```mermaid graph LR A[相关研究] --> B[天线设计] B --> C[结果与讨论] C --> D[结论] ``` #### 基于生成对抗网络的MRI图像重建 - **引言** - 磁共振成像（MRI）广泛用于扫描成像，能提供出色的对比度和身体结构与功能信息，但扫描速度较慢。因为数据样本不能直接在图像中采集，而是在特定区域按顺序采集，且高质量图像需要多达512行数据。患者的移动和生理运动也会导致扫描速度变慢，MRI数据在k空间中按顺序采集，k空间由Nyquist -