本文選題：太赫茲 + 介電特性��； 參考：《蘭州交通大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：太赫茲波對生物組織基本沒有傷害,并且具有較好的穿透能力。當(dāng)太赫茲射線用于監(jiān)測生物組織、分析其結(jié)構(gòu)和組成時,可以克服常用的可見光或紫外光對生物組織進行分析時信號弱、圖像模糊等問題。太赫茲頻段生物組織介電特性的研究具有重要醫(yī)學(xué)應(yīng)用價值,但很多生物組織在太赫茲波段的介電特性是未知的。本課題對描述生物組織在太赫茲頻段的介電特性的模型進行了研究,包含如下內(nèi)容:(1)簡單介紹了太赫茲的產(chǎn)生探測以及時域光譜技術(shù)等。詳細闡述了電介質(zhì)的微觀極化機制、極化的宏觀描述、生物組織弛豫和色散特性、雙德拜模型和Cole-Cole模型。(2)德拜模型能描述皮膚組織太赫茲波段的介電特性,由于非線性最小二乘法的傳統(tǒng)算法在提取德拜模型參數(shù)時,對參數(shù)初始值要求高,所得模型與原始數(shù)據(jù)偏差較大。將遺傳算法應(yīng)用于非線性最小二乘法對原始數(shù)據(jù)進行擬合,并提取參數(shù)。將遺傳算法應(yīng)用于非線性最小二乘法提取參數(shù)時無需設(shè)置初始值并且減小了文獻中模型在0.15THz-0.6THz頻段與原始數(shù)據(jù)的偏差。驗證了遺傳算法提取德拜參數(shù)的有效性和皮膚組織太赫茲波段德拜模型的正確性。(3)生物組織在低頻段的介電特性有大量的實驗數(shù)據(jù),并且四階Cole-Cole模型能描述生物組織在10Hz-100GHz頻段的介電特性。為了獲得生物組織在太赫茲波段的相對介電常數(shù)和電導(dǎo)率,在四階Cole-Cole模型基礎(chǔ)上進行修正,使修正后的模型不僅能描述生物組織在10Hz-100GHz頻段的介電特性,還能描述生物組織在太赫茲波段的介電特性。在四階Cole-Cole模型上新增了一項?ki對正常皮膚組織在10Hz-20GHz和0.15THz-1.95THz頻段的介電特性的實驗數(shù)據(jù)按照文獻方法進行處理,提取四階Cole-Cole修正模型的參數(shù)。在10Hz-100GHz頻段內(nèi)原有模型和修正模型計算值的相對誤差在5%以內(nèi),并且在太赫茲波段正常皮膚組織修正模型的相對介電常數(shù)和電導(dǎo)率的計算值與實驗數(shù)據(jù)的相對誤差基本在10%以內(nèi),結(jié)果驗證了四階Cole-Cole修正模型的正確性。將該修正模型應(yīng)用在腦組織太赫茲波段的介電特性的計算中,得到了腦白質(zhì)和腦灰質(zhì)在0.15THz-1.95THz頻段的相對介電常數(shù)和電導(dǎo)率。所提出的四階Cole-Cole修正模型可用于對其他生物組織在太赫茲波段的介電特性進行預(yù)測。
[Abstract]:Terahertz wave has little damage to biological tissue and has good penetration ability. When terahertz rays are used to monitor biological tissues and analyze their structure and composition, the problems such as weak signals and blurred images can be overcome in the analysis of biological tissues by visible or ultraviolet light. The study of dielectric properties of biological tissues in terahertz band has important medical application value, but the dielectric properties of many biological tissues in terahertz band are unknown. In this paper, a model describing the dielectric properties of biological tissues at terahertz is studied, including the following contents: 1) the generation detection and time-domain spectroscopy of terahertz are briefly introduced. The microscopic polarization mechanism of dielectric, the macroscopic description of polarization, the relaxation and dispersion characteristics of biological tissue, the double Debye model and the Cole-Cole model. 2) Debye model can describe the dielectric properties of the skin tissue in terahertz band. Because the traditional nonlinear least square algorithm requires high initial values of the Debye model parameters, the deviation between the model and the original data is large. Genetic algorithm is applied to fitting the original data by nonlinear least square method and extracting parameters. The genetic algorithm is applied to the nonlinear least square method to extract the parameters without setting the initial value and to reduce the deviation between the model and the original data in the 0.15THz-0.6THz band in the literature. The validity of genetic algorithm in extracting Debye parameters and the correctness of THz Debye model in skin tissue are verified. And the fourth order Cole-Cole model can describe the dielectric properties of biological tissues in the 10Hz-100GHz band. In order to obtain the relative dielectric constant and conductivity of biological tissue in terahertz band, the modified model is modified on the basis of fourth-order Cole-Cole model. The modified model can not only describe the dielectric properties of biological tissue in the 10Hz-100GHz band. It can also describe the dielectric properties of biological tissues in terahertz band. An experimental data of dielectric properties of normal skin tissues in 10Hz-20GHz and 0.15THz-1.95THz bands was added to the fourth-order Cole-Cole model, and the parameters of the four-order Cole-Cole modified model were extracted according to the literature method. The relative error between the original model and the modified model in the 10Hz-100GHz band is less than 5%, and the relative error between the calculated values of the modified model and the experimental data in the terahertz band is within 10%. The results show that the fourth order Cole-Cole modified model is correct. The modified model is applied to calculate the dielectric properties of brain tissue in terahertz band. The relative permittivity and conductivity of white matter and gray matter in 0.15THz-1.95THz band are obtained. The proposed four-order Cole-Cole modified model can be used to predict the dielectric properties of other biological tissues in terahertz band.
【學(xué)位授予單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：Q6-33;O441.4

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 李旭;;魔力太赫茲 神奇“先鋒隊”——訪首都師范大學(xué)太赫茲波譜與成像實驗室[J];中國發(fā)明與專利;2012年04期

2 ;第六屆超快現(xiàn)象與太赫茲波國際研討會[J];科技導(dǎo)報;2012年14期

3 Bradley Ferguson,張希成;太赫茲科學(xué)與技術(shù)研究回顧[J];物理;2003年05期

4 張蕾,徐新龍,汪力,李福利;太赫茲射線成像的進展概況[J];首都師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2005年01期

5 周澤魁;張同軍;張光新;;太赫茲波科學(xué)與技術(shù)[J];自動化儀表;2006年03期

6 李玉林;陳華;汪力;彭慰先;;太赫茲波的產(chǎn)生、傳播和探測[J];現(xiàn)代物理知識;2006年03期

7 江世亮;邱德青;王禹;;太赫茲:又一場“前沿革命”——該技術(shù)“空白領(lǐng)域”漸成熱門,將極大地改變?nèi)祟惿頪J];世界科學(xué);2006年10期

8 戴建明;謝旭;張希成;;利用空氣來探測脈沖太赫茲波[J];物理;2007年03期

9 王琳;陳鶴鳴;;太赫茲輻射源與波導(dǎo)耦合研究新進展[J];光電子技術(shù);2007年04期

10 張剛;;淺談太赫茲波技術(shù)及其應(yīng)用[J];科技廣場;2007年11期

相關(guān)會議論文 前10條

1 張存林;牧凱軍;;太赫茲波譜與成像[A];第八屆全國光學(xué)前沿問題討論會論文集[C];2009年

2 張敏;權(quán)潤愛;阮雙琛;梁華偉;蘇紅;;連續(xù)太赫茲波在產(chǎn)品分布檢測中的應(yīng)用[A];2009年全國微波毫米波會議論文集（下冊）[C];2009年

3 戴厚梅;劉勁松;;空氣中產(chǎn)生太赫茲波過程的研究進展[A];第十三屆全國紅外加熱暨紅外醫(yī)學(xué)發(fā)展研討會論文及論文摘要集[C];2011年

4 李喜來;徐軍;曹付允;朱桂芳;侯洵;;太赫茲波軍事應(yīng)用研究[A];中國光學(xué)學(xué)會2006年學(xué)術(shù)大會論文摘要集[C];2006年

5 張存林;趙國忠;;太赫茲波的應(yīng)用[A];中國光學(xué)學(xué)會2006年學(xué)術(shù)大會論文摘要集[C];2006年

6 張存林;趙國忠;沈京玲;張巖;;太赫茲波譜與成像[A];第七屆全國光學(xué)前沿問題討論會論文摘要集[C];2007年

7 范文慧;;太赫茲波譜成像技術(shù)與應(yīng)用[A];第十屆全國光電技術(shù)學(xué)術(shù)交流會論文集[C];2012年

8 趙國忠;梁衛(wèi)華;張存林;楊國楨;;太赫茲波傳播特性及成像研究[A];第七屆全國光學(xué)前沿問題討論會論文摘要集[C];2007年

9 郭瀾濤;牧凱軍;左劍;張振偉;張存林;;爆炸物的太赫茲超寬帶光譜研究[A];中國光學(xué)學(xué)會2011年學(xué)術(shù)大會摘要集[C];2011年

10 孟增睿;張偉斌;;太赫茲光譜探測技術(shù)在安全領(lǐng)域的研究進展[A];第二屆全國危險物質(zhì)與安全應(yīng)急技術(shù)研討會論文集[C];2013年

相關(guān)重要報紙文章 前10條

1 本報記者 袁志勇;張巖：借太赫茲波“穿墻透視”[N];科技日報;2013年

2 本報記者　江世亮 邱德青 實習(xí)生 王禹;太赫茲：又一場“前沿革命”[N];文匯報;2006年

3 記者 任海軍;有設(shè)備會“透視”可“分辨”爆炸物[N];新華每日電訊;2010年

4 常麗君;太赫茲脈沖可提高砷化鎵電子密度[N];科技日報;2011年

5 本報記者　 繆琴;神奇“太赫茲”改變你生活[N];成都日報;2006年

6 常麗君;科學(xué)家開發(fā)出石墨烯太赫茲設(shè)備樣機[N];科技日報;2012年

7 ;英“遠程透視眼”能看穿衣服,但不看“隱私”[N];新華每日電訊;2008年

8 實習(xí)記者 唐燾逸;反暴恐利器：國內(nèi)首臺太赫茲安檢儀發(fā)布[N];中國航空報;2014年

9 劉霞;集成太赫茲收發(fā)器在美問世[N];科技日報;2010年

10 本報記者 侯鐵中;太赫茲研究的中國高度[N];科技日報;2014年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 王偉濤;新型太赫茲參量源研究[D];山東大學(xué);2015年

2 張彪;太赫茲雷達成像算法研究[D];電子科技大學(xué);2015年

3 黃海漩;基于二元光學(xué)矢量理論的太赫茲亞波長功能器件研究[D];深圳大學(xué);2015年

4 李輝;基于連續(xù)太赫茲波檢測人體呼吸運動的研究[D];第四軍醫(yī)大學(xué);2015年

5 茍君;基于氧化釩輻射熱計的室溫太赫茲探測器研究[D];電子科技大學(xué);2014年

6 賴偉恩;太赫茲時域光譜與新穎太赫茲薄膜器件的研究[D];電子科技大學(xué);2015年

7 陳琦;幾種新型微波無源器件及太赫茲濾波器的研究[D];電子科技大學(xué);2014年

8 王蓉蓉;大氣水凝物中THz波和紅外波的輻射傳輸特性[D];西安電子科技大學(xué);2015年

9 劉建軍;太赫茲時域光譜技術(shù)在轉(zhuǎn)基因物質(zhì)檢測上的識別方法研究[D];西安電子科技大學(xué);2015年

10 谷建強;太赫茲奇異介質(zhì)研究[D];天津大學(xué);2010年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 馬欣然;木材的太赫茲波光譜特性及參數(shù)提取算法研究[D];東北林業(yè)大學(xué);2015年

2 唐關(guān)琦;大能量納秒太赫茲參量源研究[D];山東大學(xué);2015年

3 李進;基于太赫茲時域光譜技術(shù)的水蒸汽傳輸特性研究[D];西南科技大學(xué);2015年

4 王磊;亞波長金屬微結(jié)構(gòu)對太赫茲波偏振調(diào)制作用的研究[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

5 吳三統(tǒng);基于單片集成二極管技術(shù)的太赫茲倍頻鏈路研究[D];電子科技大學(xué);2014年

6 孫振龍;太赫茲快速成像系統(tǒng)的研究[D];南京大學(xué);2014年

7 樊霖;太赫茲探測器讀出電路設(shè)計[D];電子科技大學(xué);2015年

8 謝佳林;基于鉭酸鋰晶體的熱釋電太赫茲探測系統(tǒng)的設(shè)計[D];電子科技大學(xué);2015年

9 孫琳琳;太赫茲波段基于HEMT人工微結(jié)構(gòu)的制備與基礎(chǔ)研究[D];電子科技大學(xué);2015年

10 丁杰;基于表面微結(jié)構(gòu)的太赫茲吸收層研究[D];電子科技大學(xué);2015年

，

本文編號：1916069