CN101366632A - 乳腺组织血氧功能成像系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种乳腺组织血氧功能成像系统，包括可见～近红外光源、接收可见～近红外光的探测器、图像采集卡、处理系统、图像显示系统，探测器内设有二个并列置放的透光波长为λ1＝600nm－800nm、λ2＝810nm－1000nm的滤光片，滤光片后分别并列放置两个透镜和接收透过滤光片的透射光的两个摄像头，二个摄像头的视频输出端口分别通过视频输出线与图像采集卡的两个视频输入端口连接，图像采集卡直接与处理系统连接，处理系统与图像显示系统相连接。本发明通过上述系统对乳腺组织血氧功能成像，能够获得乳腺组织血氧的分布状态，进而通过乳腺组织血氧的分布情况为诊断乳腺病变、病变定位和治疗提供有效依据。

Description

乳腺组织血氧功能成像系统

技术领域

本发明涉及一种乳腺组织血氧功能成像系统，利用物理的光学方法无创检测乳腺组织血、氧含量。

背景技术

人体乳腺的病变与其血、氧含量变化密切相关，因而乳腺血氧含量及变化数据(指标)是医生诊断和治疗乳腺疾病的重要依据。现有技术中的血氧检测方法用于乳腺血氧检测，仅能够获得局部组织(往往是某一点)血氧含量(与检测位置有密切关系)，但不能够获得乳腺组织血氧的分布状态，难以对诊断乳腺病变、病变定位和治疗提供有效依据。

发明内容

本发明的目的是要提供一种乳腺组织血氧功能成像系统，该系统通过乳腺组织血氧功能成像能够获得乳腺组织血氧的分布状态，进而通过乳腺组织血氧的分布情况为诊断乳腺病变、病变定位和治疗提供有效依据。

由于含氧血红蛋白(HB02)和去氧血红蛋白(Hb)对可见～近红外光谱区域600nm-800nm及810nm-1000nm两个波段范围内的光具有不同的光吸收特征，根据这种特性并在相应生物模型的基础上，本发明提出了下述技术方案：

一种乳腺组织血氧功能成像系统，包括：光源、探测器、图像采集卡、处理系统和图像显示系统；探测器的二个视频输出端口分别通过视频输出线与图像采集卡相连接，图像采集卡与处理系统直接连接，处理系统与图像显示系统相连接。

光源为可发出500nm-1500nm连续光谱的可见～近红外光源。

探测器由两个并列置放的滤光片、两个并列置放的透镜和两个并列置放的摄像头组成，两个并列置放的滤光片分别置于两个并列置放的透镜的正前方，两个并列置放的透镜分别置于两个并列置放的摄像头的正前方，两个滤光片的透光波长范围分别为λ1＝600nm-800nm、λ2＝810nm-1000nm。两个摄像头的接收波长范围均为500nm-1500nm的可见～近红外连续光谱，用于分别接收透过两个滤光片的透射光信号，并将透射光信号转换成电信号输出。

图像采集卡具有两个视频输入端口，可将探测器中两个摄像头输出的电信号分别从模拟量转换成数字量，数字量再输入到处理系统。

处理系统应用乳腺组织血氧含量计算公式将图像采集卡输入的数字量进行处理得到乳腺组织血氧功能数据。

图像显示系统将处理系统经过计算后得到的乳腺组织血氧功能数据转化成图像方式显示出来，用于医生的分析和诊断。

乳腺组织血氧功能成像过程按以下步骤进行：(1)、用连续波长为500nm-1500nm的可见～近红外光对被检侧乳腺(指人体两个乳腺中疑似患病的一个乳腺)透射，其透射光分别经过波长为λ₁＝600nm—800nm、λ₂＝810nm—1000nm的滤光片滤光，然后分别通过各自的摄像头成像在CCD平面上；而后，由各自的摄像头的模拟视频输出端口经视频线分别传送到具有两个视频输入端口的图像采集卡的输入端，再通过模数转化，得到被检侧乳腺的两幅数字化乳腺图像；(2)、按步骤(1)用连续波长的可见～近红外光(500nm-1500nm)对参照侧乳腺(指人体两个乳腺中相对于被检侧乳腺的另一个乳腺)透射，得到参照侧乳腺的两幅数字化乳腺图像；(3)、将步骤(1)、(2)得到的被检侧和参照侧乳腺共四幅图像由处理系统经过计算公式①②计算后分别得到被检侧乳腺的血含量图和氧含量图。

血含量： $I_b(x,y)=\log \frac{H_1(x,y)+H_2(x,y)}{J_1(x,y)+J_2(x,y)}$ ①

氧含量： $I_o(x,y)=\frac{H_1(x,y)\×J_2(x,y)}{H_2(x,y)\×J_1(x,y)}$ ②

式中：

I_b(x，y)表示被检侧乳腺血含量图上(x，y)处的血含量；

I_o(x，y)表示被检侧乳腺氧含量图上(x，y)处的氧含量；

H₁(x，y)表示可见～近红外光透射被检侧乳腺并通过波长为λ₁的滤光片后对应于红外扫描图像上(x，y)处CCD探测到的光强；

H₂(x，y)表示可见～近红外光透射被检侧乳腺并通过波长为λ₂的滤光片后对应于红外扫描图像上(x，y)处CCD探测到的光强；

J₁(x，y)表示可见～近红外光透射参照侧乳腺并通过波长为λ₁的滤光片后对应于红外扫描图像上(x，y)处CCD探测到的光强；

J₂(x，y)表示可见～近红外光透射参照侧乳腺并通过波长为λ₂的滤光片后对应于红外扫描图像上(x，y)处CCD探测到的光强。

本发明通过上述方法对乳腺组织血氧功能成像，能够获得乳腺组织血氧的分布状态，进而通过乳腺组织血氧的分布情况为诊断乳腺病变、病变定位和治疗提供有效依据。

附图说明

图1为本发明的乳腺组织血氧功能成像系统结构示意图；

图2为本发明应用实例中被检侧乳腺经波长为λ1的滤光片后的红外扫描图；

图3为本发明应用实例中被检侧乳腺经波长为λ2的滤光片后的红外扫描图；

图4为本发明应用实例中参照侧乳腺经波长为λ1的滤光片后的红外扫描图；

图5为本发明应用实例中参照侧乳腺经波长为λ2的滤光片后的红外扫描图；

图6为本发明应用实例中得到的血含量图；

图7为本发明应用实例中得到的氧含量图。

具体实施方式

结合附图对本发明作进一步的描述。

如图1所示，本发明包括：光源1、探测器、图像采集卡、处理系统和图像显示系统；探测器的二个视频输出端口(6，10)分别通过视频输出线与图像采集卡的视频两个输入端口(11，12)相连接，图像采集卡与处理系统直接连接，处理系统与图像显示系统相连接。光源为可发出500nm-1500nm连续光谱的可见～近红外光源；探测器由两个并列置放的滤光片(3，7)、两个并列置放的透镜(4，8)和两个并列置放的摄像头(5，9)组成，两个并列置放的滤光片分别置于两个并列置放的透镜的正前方，两个并列置放的透镜分别置于两个并列置放的摄像头的正前方，两个滤光片的透光波长范围分别为λ₁＝600nm-800nm、λ₂＝810nm-1000nm，两个摄像头的接收波长范围均为500nm-1500nm的可见～近红外连续光谱，用于分别接收透过两个滤光片的透射光信号，并将透射光信号转换成电信号输出；图像采集卡具有两个视频输入端口，可将探测器中两个摄像头输出的电信号分别从模拟量转换成数字量，数字量再输入到处理系统；处理系统应用乳腺组织血氧含量计算公式将图像采集卡输入的数字量进行分析和处理得到乳腺组织血氧功能数据；图像显示系统将处理系统经过计算后得到的乳腺组织血氧功能数据转化成图像方式显示在出来，用于医生的分析和诊断。

参见图1，光源1对被检侧乳腺2用连续波长的500nm～1500nm可见～近红外光透射，由于乳腺组织对通过其中的可见～近红外光谱呈现不同的吸收特性，对于被检侧乳腺上一点R(x，y)，其中连续光谱的透射光经两个光路分别通过波长为λ₁、λ₂的滤光片(3、7)，而仅有满足含氧血红蛋白(Hb0₂)和去氧血红蛋白(Hb)吸收峰处的波长通过；然后经两个透镜(4、8)聚焦后分别通过摄像头(5、9)成像在各自CCD平面上的(x，y)处，保证了对于乳腺组织上的同一点成像在两个CCD上的同一位置。而后，两组模拟信号分别经由视频输出端口Video Out6、Video Out10通过视频传输线传送到视频采集卡的AV1口11、AV2口12，再由采集卡通过模数转化成数字量输入到处理系统，由处理系统进行分析处理后得到两幅数字化乳腺图像H₁(x，y)、H₂(x，y)(简称H₁和H₂)。对于参照侧乳腺，按上述方法同样也可以得到两幅数字化乳腺图像J₁(x，y)、J₂(x，y)(简称J₁和J₂)。由处理系统对四幅图像H₁、H₂、J₁、J₂经过计算公式①②计算得到乳腺组织血氧功能数据，然后由图像显示系统将其转化成图像方式显示出来得到血含量图13和氧含量图14。

上述摄像头中的CCD是将透射乳腺后的光信号转换成模拟电信号，图像采集卡再将CCD输出的模拟电信号从模拟量转换成数字量，即红外扫描乳腺影像中的灰度值对应于连续光透射乳腺后探测器探测到的光强信号。在血含量图和氧含量图中，分别经过计算公式①②得到血含量值和氧含量值是用伪彩色的方法显示的，即将血含量值和氧含量值按照一定规律分成若干个(如256个)区间值，每个区间值对应于一种不同的颜色(如256个不同的颜色)，结果是：血含量和氧含量的二维分布是以伪彩色的方式显示的---即得到血含量和氧含量的功能图像。通过对应血含量和氧含量的功能图像，可方便地获得被检侧乳腺任一点的血含量和氧含量，医生可根据血含量和氧含量的值为判断乳腺疾病提供依据。

应用实例：

有一病人疑为乳癌，按本发明采集被检侧、参照侧乳腺图像(见图2、3、4、5)后，经过处理得到血含量图(见图6)和氧含量图(见图7)，从血含量图6和氧含量图7中查看乳腺可疑部位平均血含量值为-0.74777，平均氧含量值为0.575174，符合“高血低氧”特征，从而确诊为乳癌。

Claims (6)

1.一种乳腺组织血氧功能成像系统，包括：光源、探测器、图像采集卡、处理系统和图像显示系统，其特征在于：探测器的二个视频输出端口分别通过视频输出线与图像采集卡相连接，图像采集卡与处理系统直接连接，处理系统与图像显示系统相连接。

2.根据权利要求1所述的乳腺组织血氧功能成像系统，其特征在于：光源为发出500nm-1500nm连续光谱的可见～近红外光源。

3.根据权利要求1所述的乳腺组织血氧功能成像系统，其特征在于：探测器由两个并列置放的滤光片、两个并列置放的透镜和两个并列置放的摄像头组成，两个并列置放的滤光片分别置于两个并列置放的透镜的正前方，两个并列置放的透镜分别置于两个并列置放的摄像头的正前方，两个滤光片的透光波长范围分别为λ1＝600nm-800nm、λ2＝810nm-1000nm，两个摄像头的接收波长范围均为500nm-1500nm的可见～近红外连续光谱。

4.根据权利要求1所述的乳腺组织血氧功能成像系统，其特征在于：图像采集卡具有两个视频输入端口，将探测器中两个摄像头输出的电信号分别从模拟量转换成数字量，数字量再输入到处理系统。

5.根据权利要求1所述的乳腺组织血氧功能成像系统，其特征在于：处理系统应用乳腺组织血氧含量计算公式将图像采集卡输入的数字量进行处理得到乳腺组织血氧功能数据。

6.根据权利要求1所述的乳腺组织血氧功能成像系统，其特征在于：图像显示系统将处理系统经过计算后得到的乳腺组织血氧功能数据转化成图像方式显示出来上。

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