SISTEMA CILINDRICO
PARA
TOMOGRAFIA
RAPIDA
DE
MICROONDAS
L.
Jo e,
E.
de
los
Reyes,
A.
Elias,
M.
Fe ando
J.
Romeu,
M.Baque o,
J.M.
Rius
Dp o.
de
Elec o isica,
E.T.S.I.Telecomunicación,
UPC
ABSTRACT
A
cylind ic
mic owa e
omog aphy
sys em
o
biomedical
applica ions
is
p esen ed.
The
sys em
ope a es
a
2.45
GHz.
The
cylind ic
geome y
is
an
al e na i e
o
plana
sys ems,
which
equi e
o a ion
a ound
he
objec .
An
expe imen al
se -up
wi h
a
econs uc ion
a ea
o
20
cm
o
diame e ,
and
a
o al
adquisi ion
and
p ocessing
ime
o
S
seconds
is
desc ibed.
INTRODUCCION
Es udios
ecien es
[1],[2]
han
mos ado
el
in e és
po encial
de
un
sis ema
ac i o
de
o mación
de
imágen
pa a
aplicaciones
biomédicas
median e
una
se~a~
de
mic oondas.
Es a
se~al
posee
unas
ca ac e ís icas
especi i-
cas
de
pene ación
y
sensibilidad
con
espec o
a
o as
o mas
de
iluminación
como
ayos
X o
ul asonidos~
En
pa icula .
pueden
se
B iles
pa a
la
econs ucción
de
pe iles
de
empe a-
u a
[3]
en
hipe e mia
y
en
p ocesos
un-
cionales
[4].
La
ecuencia
de
ope ación,
po
un
comp omiso
en e
esolución
y
a enuación,
debe
es a
comp endida
en e
2 y 6
GHz.[S].
Has a
ealizando
con i mado
del
o den
aho a
los
expe imen os
se
han
enido
a 3
GHz
sob e
ó ganos
aislados
y
han
que
puede i
consegui se
~esoluciones
de
6
mm
en
medios
de
al o
con enido
en
agua.
Las
geome ías
u ilizadas,
básicamen e
lineal
y
plana,
equie en
una
o ación
macánica
en
o no
al
obje o.
En
el
momen o
ac ual,
los
es ue zos
es án
o ien ados
a
mejo a
la
geome ía
de
iluminación
y
medida,
los
ecep o es
y
los
algo i mos
de
ocalización.
En
es a
linea,
es a
comunicación
p esen a
una
solución
cilínd ica
o iginal
y
compac a,
que
posee
en a~as
in ínsecas
al
e i a
la
o ación
mecánica,
u iliza
algo i mos
angula men e
pe iódicos
y
es a
más
adap ada
al
p oceso
de
di acción.
Es e
a iculo
hace
una
p esen ación
global
del
sis ema
de
imagen
y
es a
complemen ado
po
o os
dos
a ículos
más
especí icos
que
desc i-
ben
po
sepa ado
el
disposi i o
expe imen al
y
los
algo i mos
de
p ocesado.
ELECCION
DEL
LA
FRECUENCIA
DE
TRABAJO
La
elección
de
la
ecuencia
de
abajo
es
una
solución
de
comp omiso
en e
esolución
y
pene ación.
En
gene al,
al
aumen a
la
e-
cuencia
mejo a
la
esolución
[disminuye
la
longi ud
de
onda)
y
disminuye
la
p o undidad
de
pene ación
[aumen a
la
cons an e
de
a enuación).
El
eque imien o
de
pene ación
pa a
·
el
es udio
de
ó ganos
p o undos
aconseja
bajas
ecuencias,
mien as
que
el
c i e io
de
esolución
aconseja
ecuencias
al as.
La
elección
de
ecuencia,
puede
ambién
deci se,
que
es
una
solución
de
comp omiso
en e
esolución
y
el
iempo
de
medida.
En
e ec o
cuando
la
se~al
ecibida
disminuye,
debido
al
aumen o
de
a enuación,
su
medida
debe
ealiza se
con
un
iempo
de
in eg ación
mayo
URSI'86 6
pa a
ene
la
misma
elación
se~al
uido,
S/N.
En
la
igu a
1,
se
ep esen an
los
alo es
de
esolución
y
a enuación
pa a
dos
ejidos
ca ac e ís icos,
masculo
y
g asa,
en
unción
de
la
ecuencia
desde
1 a
10
GHz,y
en
la
abla
1
los
alo es
de
pe mi i idad
pa a
es os
ejidos
a 3 GHz.
Puede
e se
que
mien as
que
la
a enuación
pa a
ejidos
con
bajo
con enido
en
agua
[g asa)
pe manece
ela i amen e
baja,
aumen a
ápidamen e,
al
aumen a
la
ecuencia,
en
ejidos
con
al o
con enido
en
agua
[masculo).
La
longi ud
de
onda
dec ece
casi
exponencialmen e
en
ambos
ejidos
al
aumen a
la
ecuencia.
La
egión
somb eada
limi ada
po
2 y 8
GHz
ep esen a
un
ma gen
de
ecuencia
adecuado
pa a
la
omog a ia
po
mic oondas
de
ó ganos
biológicos,
en
pa icula
pa a
abdomen,
cabeza
y
o ax.
Las
conside aciones
de
esolución,
p o un-
didad
de
pene ación
y
iempo
de
adquisición,
nos
ha
lle ado
a
escoge
una
ecuencia
en
la
pa e
baja
de
la
banda,
en
pa icula
•
2.45
GHz,
que
además
posee
la
en aja
de
se
una
banda
asignada
a
aplicaciones
ISM
[Indus ial,
Scien i ic,
and
Hedical)
en
odo
el
mundo.
SENSIBILIDAD
CON
LA
TEMPERATURA
TEMOGRAFIA
DIFERENCIAL
La
empe a u a
es
un
pa áme o
cuya
a iación
es
pe cep ible
po
medio
de
la
imagine ía
ac i a
po
mic oondas.
Unas
p ime as
medidas
con
agua
y
ó ganos
aislados
[61,
han
demos ado
que
di e encias
de
empe a u a
in e io es
a 1 C
e an
obse ables.
Los
cambios
obse ados
co esponden
a
a iaciones
de
6 y a
con
la
empe a u a.
En
la
egión
de
las
mic oondas,
donde
la
dispe sión
de
es os
pa áme os
es
peque~a,
la
a iación
iene
dada
po
[7]
~
2%
/QC
-.
6
=
-
0.5%
/QC
6
(1)
En
p ocesos
uncionales,
más
que
una
ecos ucción
en
é minos
absolu os
de
un
co e
omog á ico,
in e esan
las
a iaciones
sucesi as
[di e enciales)
que
a
expe imen ando
el
ó gano.
En
es e
sen ido,
los
algo i mos
p esen ados
se
adap an
pe ec amen e
a
la
econs ucción
de
la
di e encia
de
dos
imágenes
111
Symposium Nacional del Comi é Español de
la
URSI
sucesi as
pues o
que
pueden
se
aplicadas
odas
las
hipó esis
de
un
mé odo
pe u bacional.
BALANCE
DE
POTENCIAS
Sea
la
geome ía
ci cula
ep esen ada
en
la
igu a
2,
donde
Ru
es
el
diáme o
de
la
zona
~ il;
Rg,
el
espeso
de
la
zona
de
gua da
en e
el
aplicado
y
el
cue po
a
es udia ;
W ,
la
po encia
emi ida
po
una
sonda;
W ,
la
po encia
ecibida
po
la
sonda
diame almen e
opues a;
Ae
el
á ea
de
cap ación
de
po encia
de
la
sonda.
Pa a
hace
un
es udio
de
la
sensibilidad
necesa ia
del
sis ema
es
p eciso
si ua se
en
el
caso
más
des a o able,
y
ello
signi ica:
a)
Supone
como
medio
de
in es igación
el
agua
cuya
a enuación
es
igual
o
mayo
que
la
de
los
ejidos
biológicos.
bJ
De ini
el
olumen
y
a iación
de
em-
pe a u a
mínimos
a
de ec a ,
que
ija emos
en
un
cubo
de
a is a
A/2
y
un
inc emen o
de
empe a u a
de
1°C,
desde
35°C
a
36°C.
e)
Supone
la
célula
elemen al
en
el
cen-
o
del
cilind o,
si uación
más
des a o -
able
en
cuan o
a
a enuación.
d)
P e e
un
espeso
de
la
zona
de
gua da
impo an e,
del
o den
de
4,5A
(6.25
cm).
e)
Supone
p opagación
según
onda
es é ica
( ealmen e
se á
una
si uación
in e media
en e
cilínd ica
y
es é ica).
La
po encia
ecibida
.
en
o a,
de
ca ac e ís icas
emiso a,
y
si uado
en
la
se á:
la
sonda
idén icas
de
ec-
a
la
posición
opues a,
W
n e:l-e:O -2cx
(Rq+R)Ae
2
e )
W
<aR_e:_
o R
e:¡-e:o
Ae
e
-2n go
CR
+Rll
2
(.2!...--
--=2
8
e:o
R g
donde
R=
R/A,
Rg
Rg/A
,
Ae
Ae /A
2
Valo es
de
disei' o:
a
2.45
GHZ
e:i.
E:(35°C)
•
74,11-j6.90¡
0,0931;
A•
1,42
cm;
a en
•
1,79
dB/cm.
e:(36°C)
•
73,80-j6.70;
go
•
0,0908;
A•
cm;
a en
•
1,73
dB/cm.
¡e:
1
~~
0
=
0,0050
R • 7 ,
2A
( 2R • 2 O cm J A e • 2 A
2
W
W
=-
141,9
dBm
(2)
go
•
·
e:o•
1,43
Si
W
•
30
dBm
y
ponemos
unas
pé didas
po
e ec os
a ios
de
10
dB,
se
ob iene:
W
=
121
, 9
dBm
(3)
Si
!:J.
• 6 KHZ, F • 4 dB
Wn
K(F-1JToB
-134,4
dBm,
con
lo
que:
S
N=
12,5
dB
(4)
7
Pa a
el
caso
de
N
64
sondas,
aunque
es ic amen e
se
end ía
una
zona
ú il
de
lOA,
en
la
p ác ica,
debido
al
e ec o
amo iguado
de
las
pé didas
en
agua,
la
zona
de
abajo
cub e
co ec amen e
el
diáme o
p e is o
de
14,4
A •
20
cm.
PRINCIPIO
DE
FUNCIONAMIENTO
En
la
igu a
3
se
ep esen a
el
sis ema
expe imen al.
El
obje o
a
econs ui
se
sume ge
en
el
ecipien e
~ilind ico
odeado
po
el
a ay
ci cula .
La
inme sión
en
agua
es
con-
enien e
pa a
mejo a
la
adap ación
al
ó gano
y
e i a
las
e lexiones
pa ási as
del
en o no.
El
a ay
consis e
en
una
bocina
ci cula ,
sec o ial
plano-E,
alimen ada
po
64
guias,
cada
una
de
ellas
abajando
secuencialmen e
en
emisión
y
en
ecepción,
con oladas
po
dos
conjun os
de
mul iplexo es
de
RF.
Una
doble
modulación
BF
pe mi e
ma ca
al
emiso
y
al
ecep o
y
mejo a
la
sensibilidad
median e
una
de ección
cohe en e
BF.
La
cadena
de
emisión
comp ende
un
oscila-
do
a
2.45
GHz
seguido
de
un
ampli icado
de
1
Wa io.
Debido
a
la
limi ación
de
la
densidad
de
po encia
inciden e
po
debajo
de
lmW/cm ,
en
la
cadena
de
ecepción
se
u iliza
un
ampli icado
de
bajo
uido
seguido
de
un
de ec o
cohe en e
ase-cuad a u a
[8]
.
El
p ocesado
digi al
pa a
la
ob ención
de
la
imagen
se
ealiza
en
un
mini-o denado
de
32
bi s
y
se
ep esen a
en
un
moni o
colo
de
al a
esolución.
DISCUSION Y
RESULTADOS
El
sis ema
pe mi e
la
econs ucción
de
co es
omog á icos
absolu os
y
di e enciales
(imagen
ob enida
como
di e encia
de
dos
econ-
s ucciones
sucesi as)
lo
cual
es
de
g an
u ilidad
en
p ocesos
uncionales
como
es
el
caso
de
a iaciones
de
empe a u a.
Pa a
es a
aplicación
y
con
las
po encias
y
dimensiones
u ilizadas
puede
ob ene se
una
esolución
en
empe a u a
mejo
que
1°C
pa a
un
cubo
de
6mm
de
lado
con
un
iempo
de
medida
d~l
o den
de
un
segundo.
El
iempo
o al
de
p ocesado
es
del
o den
de
S
segundos
pa a
una
imagen
de
64*64
pun os.
CONCLUSIONES
En
la
abla
II
se
p esen an
de
mane a
esumida
las
ca ác e is icas
más
impo an es
del
sis ema.
Los
esul ados
p elimina es
mues an
la
po encialidad
de
un
sis ema
cilínd ico
de
med-
ida
po
sus
ca ac e ís icas
en ol en es
y
sen-
sibilidad
de
con as e.
La
busqueda
de
algo i -
mos
de
econs ucción
sin
la
hipó esis
de
Bo n,
así
como
la
de
líquidos
que
p esen en
una
buena
adap ación
a
los
ejidos
biológicos
y
meno es
pé didas
que
el
agua,
cons i uyen
las
ac uales
lineas
de
in es igación.
AGRADECIMIENTOS
Es e
abajo
ha
sido
sub encionado
po
la
CAICYT
(1165-84),
el
Fondo
de
In es igación
Sani a ia
de
la
Segu idad
Social
(FISS,
84/2112),
y
la
acción
in eg ada
Hispano-
F ancesa
(18/133).
REFERENCIAS
(1]
G.
Pe onne ,
Ch.
Picho ,
J.Ch.
Bolomey,
L.
Jo e,
A.
Izadnegahda ,
C.
Szeles,
Y.
Michel,
1
,¡
!l
ji
ll
h
i!
1'
¡!
1'
.¡
!i
~
~
:
i!
:~
'1'
..
: ;
J . L
Gue quin-Ke n,
"A
Mic owa e
Di ac ion
Tomog aphy
sys em
o
.
Biomedical
Applica ions",
13 h
EMC
Nue enbe g,
Sep .
1983,
pp.
529-533.
[2)
Ch.
Picho ,
L.
Jo e,
G.
Pe onne ,
J.Ch.
Bolomey,
"Ac i e
Mic owa e
Imaging
o
Inhomo-
geneous
Bodies",
IEEE,
T ans.An .P op.,
ol.
AP-33,
n 4 1
Ap il
1985
1
pp.
416-425.
[3]
J.Ch.
Bolomey,
L.
Jo e,
G.
Pe onne ,
"On
he
~ossible
Use
o
Ac i e
Mic owa e
Imaging
o
Remo e
The mal
Sensing",
IEEE,
T ans.
Mic owa e
Theo y
Tech.,
ol.
MTT-31,
n
9,
Sep .
1983'
pp777-781.
[4]
L.E.
La sen,
J.H.
Jacobi,
"Mic owa e
o e
p omise
as
imaging
modali y",
Diagnos ic
Imag-
ing,
No .
1982
,
pp
42-47
.
[
5]
J.c.
Lin,
"F equency
Op imiza ion
...
.
.....
S
o N
""'
<(..-+
o
zo
O.-+
S
o
N
'-
~
H
~
;:::¡
.....
z
¡.¡
E-<
,e(
GHZ
Figu a
l.
A enuación
y
esolución
en
medios
biológicos.
lemen al
Figu a
2.
Balance
de
po encias.
Figu a
3.
Esquema
de
bloques
del
sis ema
o
8
Mic owa e
Imaging
o
Biological
Tissues",
P oc
.
IEEE,
ol
73
1 n
2,
Feb ua y
1985,
pp
374-375.
[6]
J.Ch
Bolomey,
G.
Pe onne ,
Ch.
Picho ,
L.
Jo e,
M.E.
Gau he i,
"L
image ie
mic oonde
ac i e
en
genie
biomedical",
Capi ulo
de
lib o
"L
Appo
de
la
Physique
pou
l
aide
au
diag-
nos ic",
Edi ions
de
la
Socie é
de
Physique,
Pa is
1984.
[7]
F.T.
Ulaby,
R.P.
Jedliclca,
"Mic owa e
Dielec ic
P ope ies
o
Plan
Ma e ials",
IEEE
ans.
on
Geoscience
and
Remo e
Sensing,
Vol.
GE-22,
n 4 1
July
1984,pp.406-415.
[8]
L.
Jo e,
M.
Fe ando,
E.
de
los
Reyes,
A.
Ca dama,
J.Ch
.
Bolomey,
Ch.
Picho ,
"Cylind i-
cal
Nea -Field
Mic owa e
Imaging
Sys em".
Mele-
con
85,
ol.III
Mad id
Oc .
1985
1
pp
131-134.
Tabla
I.
Cons an e
dieléc ica
de
medios
biológicos
(F=3GHz) •
0
s/m
IJ
1•
eq
•
IJ~~
Agua a
25°c
76.7
2.01
o -
G asa
55
0.13
24.5
152.5
Hueso 8
0.22
69.5
171.1
Músculo
46
2
30.7
179.9
(
*SuposiciOn
E
~
E )
1
Tabla
II.
Ca ac é is icas
del
sis ema.
G~
Ci cula
,
di
&me o:
25
Cll
la
ecuencia:
banda
2.45
GHZ
Gene ado
ancho
de
banda
:
10
densidad
po encia
<
500~w
/cm'
Aplicado
nQ
de
di ecciones
de
iluminaci6n
M : 64
..
8
Q
nQ
de
pun os
.,
Re ina
:0:
: 64
.,
de
medida
N
Q
..
elocidad
i
adquisic16n
1/1
:
1000
<
pun
/
seq
~
Recep o
sensibilidad
: -130
dBm
Ul
ma gen
din!mico:
80 dB
ac o
de
uido:
3
dB
ancho
de
banda
: 10
KHZ
Du ación
de
la
(M
X N)T < 10
seg
adquisici6n
PRESENTACION
CORTES
TOMOGRAFICOS
DIAM
20
cm
"'
8
CALCULO:
PROCEDIMIENTOS
ESPECTRALES
(ITERAC)
u
u
::>
"'
PARAMETRO:
PERMITIVIDAD
COMPLEJA
(e: ,o)
<
Ul
"'
o
u
RESOLUCION
A/2 ( 7
mm
.
en
agua
a 2
.45
GHz)
::!
ESPACIAL: •
"'
Q
(loC)
RESOLUCION
DIFERENCIAL: =
1%
~
.,
<
Ng
DE
OPERACIONES:
=
2N
M'
•
5.10s
(N
• M =
64)
~
Ul
DURACION
DE
LA
10
RECONSTRUCCION
: <
seg
(HP-
9050)