CN100536762C - 一种用于近红外乳腺组织检测的探头 - Google Patents

Abstract

一种用于近红外乳腺组织检测的探头，属于乳腺组织检测技术领域，其特征在于，在所述探头内含有一个多波长近红外光源和多路用于接收由所述多波长近红外光源发出的近红外光的光电探测器，所述多波长近红外光源位于由所述的多路光电探测器构成的拓扑结构的相对侧，两者之间距离尽可能地远。同时还提供了一个实施例。本发明在小尺寸的探头内加大了多波长近红外光源与各个光电探测器之间的直线距离，可用较小尺寸的探头探测更厚的乳腺组织，每次探测的体积更大，提高了探测效率。

Description

一种用于近红外乳腺组织检测的探头

技术领域

本发明属于近红外激光、计算机、机械、电子以及图像处理在生物医学中应用的综合技术领域。

背景技术

乳腺疾病是女性的多发疾病之一，近年来发病率上升，已成为我国妇女第一位恶性肿瘤，因此乳腺组织的普查和早期诊断工作十分重要。目前大都采用Mammography或CR技术进行普查、诊断，虽然它们具有较高的检出率比，但是效率低，费用高，对人体有伤害。一般X射线、B超等影像检查需要具备一定的密度分辨率，只有在癌变出现的肿块达2mm以上才会显像，而在乳腺发生癌变时，最先发生在乳腺末端导管小叶，从非典型增生到原位癌、再到微小浸润癌等的变化过程均局限在毫米尺寸内的小叶组织间，所以通常情况下X射线、B超等影像检查不适用。

近年来利用近红外光技术开发出近红外乳腺检查仪。它利用人体血液中血红蛋白对近红外光的吸收要比周围其他组织大来成像分辨。已有的近红外光乳腺组织探测用的探头有测前向传输光的和测后向反射传输光的。这两种技术的特点不同，适用于不同场合。

后向反射亦可称为背向反射。测后向反射传输光时，光源入射点和后向反射光收集点通常位于乳腺组织的同侧。Britton Chance公布了一种近红外光乳腺组织探测用的探头的结构(《Academic Radiology》，Vol 12，No 8，August 2005)，如图1所示。多个光电探测器21分布在光源11的周围。光源发出的光经乳腺组织传输后，由探测器收集并转换成电信号供后续处理。该探头3的光源---探测器之间距离短，至多为探头直径的一半。

现有探头的结构复杂、尺寸大，光源与探测器之间距离短，探测效率低。上述用于探测后向反射光的探头均存在着一些缺陷。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的不足之处，提出一种近红外乳腺组织检测用的探头，具有结构简单、尺寸小，探测效率高等优点。

本发明的特征在于，所述探头内含有一个多波长近红外光源和多路用于接收由所述多波长近红外光源发出并穿越乳腺组织近红外光的光电探测器，所述多波长近红外光光源位于由所述的多路光电探测器构成的拓扑结构的相对侧，多波长近红外光源与所述各光电探测器之间距离尽可能地远，以探测更深处的乳腺组织。

本发明所述的光源分布在所述探测器形成的拓扑结构的相对侧，所以在不明显增加探头尺寸的情况下，本发明加大光源与探测器之间距离，使得可探测更厚的乳腺组织，每次探测的体积更大，探测效率得到提高。

附图说明：

图1已有的一种近红外乳腺组织探测用的探头结构示意图。

图2近红外光从光源传播到探测器的路径轨迹示意图。

图3本发明实施例的一种近红外乳腺组织探测用的探头结构示意图。

具体实施方式

本发明提出的一种近红外乳腺组织检测用的探头，其特征在于包括：多波长近红外光源和用于接收由光源发出穿越乳腺组织的近红外光的多路光电探测器，所述的多波长光源位于由所述的光电探测器形成的拓扑结构的相对侧，所述的光电探测器探测由所述光源发出并穿越乳腺组织的近红外光。

本发明的工作原理为：多波长光源依次发不同波长的光，发出的光入射并进入乳腺组织，在乳腺组织内传输后逸出组织，由位于组织外的光电探测器接收这些穿越乳腺组织的光。光电探测器将探测到的光信号转换成相应的电信号，并传送给后续处理单元。光源发一个波长的光时，每个探测器均获得一数据，由此形成了与光源和波长一一对应的测试数据对。后续处理单元根据所有测试数据对，分析、输出所测部位乳腺组织的光学特性。

本发明设计了一种近红外乳腺组织检测用的探头，实施例结合附图详细说明如下：

近红外光从光源传播到探测器的路径轨迹统计上呈一香蕉状，如图2所示。在该传播过程中光子历经多次吸收与散射。若光源—探测器之间距离为r，那么从组织表面到香蕉状轨迹的中部为最大平均探测深度

$Z_0^{\max }\≈\sqrt{2}r/4$

根据待探测乳腺组织厚度d和

与r的关系估算光源—探测器之间距离r。探测器探测到的光信号主要反映了在香蕉状区域内乳腺组织的光学特性，即可探测的区域为整个香蕉状区域。中国成年女性乳腺厚度d一般为2～3cm，故以香蕉状区域的底部作为可探测最大深度，根据Monte Carto模拟仿真结果，取r＝3.5cm。

本发明实施例探头采用多光源多探测器方式，图3所示。所述的近红外光源11选用Epitex公司生产的可发射730nm、805nm和850nm的三波长发光二极管L4*730/4*805/4*850-40Q96-I，以OPT101作为所述第一个光电探测器21、第二个光电探测器22、第三个光电探测器23、第四个光电探测器24、第五个光电探测器25与第六个光电探测器26。

在与所述光源11的中心距离3.5cm处设置一用于可探测最大深度的所述第一个探测器21。在所述第一个探测器21和所述光源11之间设置另一所述第二个探测器22，所述第二个探测器22与所述光源11的中心距离2.5cm。在以所述光源11为中心，半径3.5cm的圆周上再设置所述第三个探测器23和所述第五个探测器25。所述第三个探测器23与所述第一个探测器21相距1cm，所述第五个探测器25与所述第三个探测器23相距1cm。所述第三个探测器23位于所述第一个探测器21与所述第五个探测器25之间。再在以所述光源11为中心半径2.5cm的圆周上设置所述第四个探测器24和所述第六个探测器26。所述第四个探测器24位于所述光源与所述第三个探测器23的连线上，所述第六个探测器26位于所述光源与所述第五个探测器25的连线上。

所述的多路近红外光源11位于探头3的外侧，在多路所述光电探测器第一个光电探测器21、第二个光电探测器22、第三个光电探测器23、第四个光电探测器24、第五个光电探测器25与第六个光电探测器26形成的拓扑之外。测试时，首先单片机控制所述的光源11发波长λ₁光，所述的多路光电探测器21、22、……将收集到的光信号转换成电信号后，将电信号传送给后续处理单元，从而得到由所述光源11发波长λ₁光时和所述光电探测器第一个光电探测器21、第二个光电探测器22、第三个光电探测器23、第四个光电探测器24、第五个光电探测器25与第六个光电探测器26之间相对应的测试数据对R_λ1：(11，21)、(11，22)、(11，23)、(11，24)、(11，25)、(11，26)。接着单片机控制所述的光源11发波长λ₂光，同样地得到所述光源11发波长λ₂光时的测试数据对R_λ2；控制所述的光源11发波长λ₃光，得到测试数据对R_λ3。最终得到由所述光源11和所述第一个光电探测器21、第二个光电探测器22、第三个光电探测器23、第四个光电探测器24、第五个光电探测器25与第六个光电探测器26之间相对应的测试数据对R：R_λ1、R_λ2、R_λ3。由数据对R和近红外光在乳腺组织中传播的特性计算得到所测乳腺组织的有关特性。

Claims (3)

1、一种用于近红外乳腺组织检测的探头，其特征在于所述探头内含有一个多波长近红外光源和多路用于接收由所述多波长近红外光源发出并穿越乳腺组织近红外光的光电探测器，所述多波长近红外光光源位于由所述的多路光电探测器构成的拓扑结构的相对侧，多波长近红外光源与所述各光电探测器之间距离尽可能地远，近红外光从光源传播到探测器的路径轨迹统计上呈一香蕉状，在该传播过程中光子历经多次吸收与散射；若光源—探测器之间距离为r，那么从组织表面到香蕉状轨迹的中部为最大平均探测深度

$Z_0^{\max }\≈\sqrt{2}r/4$

根据待探测乳腺组织厚度d和

与r的关系估算光源—探测器之间距离r。

2、根据权利要求1所述的一种用于近红外乳腺组织检测的探头，其特征在于，所述拓扑结构含有：6个光电探测器，分别用第五个光电探测器(25)、第三个光电探测器(23)、第一个光电探测器(21)、第六个光电探测器(26)、第四个光电探测器(24)、第二个光电探测器(22)表示，其中：第五个光电探测器(25)、第三个光电探测器(23)、第一个光电探测器(21)相邻的彼此之间直线距离是1cm，而所述的第五个光电探测器(25)、第三个光电探测器(23)、第一个光电探测器(21)各自与所述多波长近红外光源(11)之间的直线距离是3.5cm，所述第六个光电探测器(26)位于所述第五个光电探测器(25)与该多波长近红外光源(11)形成的连线上，第四个光电探测器(24)位于所述第三个光电探测器(23)与该多波长近红外光源(11)形成的连线上，第二个光电探测器(22)位于所述第一个光电探测器(21)与该多波长近红外光源(11)形成的连线上，所述的第六个光电探测器(26)、第四个光电探测器(24)、第二个光电探测器(22)各自与所述的多波长近红外光源(11)之间的直线距离是2.5cm。

3、根据权利要求1所述的一种用于近红外乳腺组织检测的探头，其特征在于，所述的多波长近红外光源(11)是一个能够发射730nm、805nm以及850nm三个波长光的发光二极管。

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