CN102585814A - 组织类型识别方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于鉴别被怀疑由癌前期或癌症活动引起生理改变的组织的装置，所述装置包括：一个探头；一个第一电磁发生器装置；以及一个第二电磁发生器，接收装置；至少一个电极装置；以及比较器装置；其中，所述探头中使用LED。

Description

组织类型识别方法与装置

技术领域

本发明涉及鉴别包含显示癌前期或癌变期、病变组织及过渡期改变的不同组织类型的装置，以及该装置使用的装置。

背景技术

不同组织类型的鉴别是通过一组组织的物理性质的测定达到的。本发明具体涉及不同类型组织的鉴别，其中包括表皮以及能够用诸如内窥镜之类在体内直接检查的组织。中国专利申请94118208.8是本申请的在先申请，在此全部引入并作参考。上述申请中的组织类型识别装置主要用于子宫颈癌的检查，所述装置中包括多种LED，对最终的监测效果具有重要意义，本发明的装置在LED中使用了新颖的发光材料，提高了宫颈癌监测的准确率。

显示癌前期或癌变组织的早期检查对于医药治疗是重要的。当前采用的检查技术具有不准确性及易受术者误诊的缺点，并且是费时的。这方面的极好例证便是用于子宫颈癌的Pap涂片。能用于检查进行性癌变的X线诊断会导致有害的放射幅射。

Pap涂片检验产生阳性结果之后通常要用提供子宫颈的放大视图的阴道镜目视检查。由一位熟练的医师评估子宫颈的可疑部位，然后对观察到的组织作出主观的判断。在子宫颈癌中有许多种组织，其中有些在目视与组织特征上显示相似的外观，这便使得临床诊断非常困难并容易误诊。

类似的主观判断在检查及治疗其它部位的肿瘤前期及活动期也扮演了重要的角度，诸如皮肤黑色瘤。

已经对鉴别癌变组织与非癌变组织的物理特征的测定方法与设备的研制作出过努力。已经采用了皮肤或组织的电测定。但这种电测定本身并不提供有效诊断所需的信息。

现有技术中的装置具有若干缺点。尤其是，各种装置通常都是为一种特定的癌配置的，并且通常是在相同的条件下向医师提供的。从而，这些设备不能有效地用于多种组织与癌症，诸如宫颈、皮肤、结肠等，并且不能方便地定位在发现这些癌症的位置上。

发明内容

本发明的一个目的为提供一种用于组织类型识别的方法与装置，它能够用在人体内或周围的各部位上，并且能快速地生成组织类型的客观鉴别，包含是否有癌前期及癌症活动存在。

根据本发明的一个方面，公开了一种用于鉴别包含显示癌前期或癌症活动改变的组织在内的不同组织类型的方法与装置，所述装置包括一端成形为对向所述组织的一个探头，以及至少两条电磁幅射的通路，导向所述一端的所述通路中的至少一条布置成在一个第一方向上将所述电磁幅射传输到所述一端，以及所述通路中的至少一条导离所述一端并布置成在一个第二方向上将所述电磁幅射传输出所述一端；连接在所述至少一条所述第一方向通路上的一个第一电磁发生器装置在一个第一或与第一波长相关的波长上沿所述至少一条第一方向通路发送所述电磁幅射，以及连接在所述至少一条第一方向通路上的一个第二电磁发生器装置在一个第二波长上沿所述至少一条第一方向通路发送所述电磁幅射，所述第二波长是与所述第一波长不同的；连接在所述至少一条第二方向通路上的接收装置接收所述组织反向散射的所述第一与第二波长的所述幅射；至少一个电极装置，用于将电信号作用在所述组织上，以及电测量装置，用于测量所述组织产生的电反应；以及比较装置，将测出的电信号与测出的接收的幅射进行比较，并将它们与已知值进行比较，借此鉴别组织类型。

需要指出的是“波长”一词是与电磁幅射源、结合使用的，这中幅射源的频谱带宽是有限的。

根据本发明的另一方面，公开了一种鉴别怀疑是癌前期或癌症活动后果的生理改变的组织的方法，所述方法包括下述步骤：

用第一波长的电磁幅射照射所述组织；用第二波长的电磁幅射照射所述组织，所述第一与第二波长是不同的；接收所述组织反向散射的所述第一与第二波长的幅射；在所述组织上作用电信号并测量该组织产生的电反应；生成所述接收的幅射及电反应信号的数学变换，并通过将所述数学变换与正常及异常组织类型的关键特征的目录进行比较而鉴别所述组织的状态。

需要说明，反向散射的幅射中包含反射的幅射。

根据本发明的另一方面，公开了一种鉴别怀疑是癌前期或癌症活动的后果生理改变的组织的方法，所述方法包括下述步骤：

(a)在组织上施加多种不同的剌激；

(b)检测对应的组织对各种剌激的反应；

(c)结合组织分类处理各种反应；以及

(d)将组织的分类与预的组织的已知目录进行比较以鉴别该组织。

根据本发明的另一方面，公开了用于鉴别怀疑是癌前期或癌症活动的后果的生理改变的组织的装置，所述装置包括：

配置成照射在或接触所述组织并用多种不同的剌激来剌激该组织的多个能源，配置成检测所述组织对各种或多种所述剌激的反应并将所述反应糯合到一个控制器的多个检测器，所述控制器包含一个配置成为了归类所述组织而综合处理所述反应的处理器装置、一个包含预期的组织类型的目录的存储器装置、以及一个将所述组织的分类与来自所述目录的所述预期的组织类型进行比较以便鉴别所述组织的分类的比较装置，以及用于向所述装置的用户指示鉴别出的组织类型或其概率的一个指示器装置。

附图说明

下面参照附图描述本发明的若干实施例，附图中：

图1为使用中的一个实施例的探查系统的局部剖视图；

图2为第一实施例的一个探头的示意图；

图3为第二实施例的一个探头的示意图；

图4为用于图2中所示的实施例的一序列电脉冲的图；

图5为用于图3中所示的实施例的一序列电脉冲的图；

图6为一个实施例的检查系统的示意性方框图；

图7为作为可从电与光测量中获得的三种判别的一个函数的一组组织类型的图的一个示例；

图8示出专门配置成用于宫颈癌前期检查的一种探头的一个实施例的用法；

图9示出专门配置成用于皮肤癌之类的检查的一种传感器的另一个实施例；

图10为用子皮肤癌之类的检查的本发明的另一个实施例的透视局部剖视图；

图11为包含一个球形折光头的一种光学传感器的伽忖见图；

图12为包含超声换能器的另一个实施例的视图；

图13A与13B分别为采用热与光剌激的一个探头实施例的端面与侧面视图；

图14A与14B分别为包含电、光与磁剌激的一个探头实施例的端面与侧面视图；

图15与16示出探头定标的两种装置；

图17示出探头定标的另一个实施例；以及

图18为根据较佳实施例的一种检查装置的示意性方框图。

图19为本发明的荧光材料晶体(Sr_0.985Ba_0.015)Si_0.999B_0.001Al_0.7Ge_0.3N_2.9998O₁₂F_0.0002(以1表示)与商购BaMgAl₁₀O₁₇:Eu(以2表示)的发射光谱对比图。

通过光学感测的癌症检查通常包含将有问题的组织部位成象在一个传感器阵列上。这种技术会强加若干限制，首先，透过和从组织及其周围的透射与散射对于癌症检查比来自组织的表面反射更为重要。光学成象传感器主要是对表面反射作出反应。第二，感测到的图象通常受到组织表面的干扰性质的极大影响，诸如表面反射率、辐射系数、镜面反射、表面液体及环境光线等。第三，传感器阵列的各象素接收到的光信号通常如用红、绿与兰(RGB)照相系统那样在光谱上分解成少数波长区。第四，做不到在组织的投影象素上同时进行电、磁或声学测量。本发明人发现这些测量结合光学信息在鉴别该区域中的组织类型中是最为重要的。另外，受验区不总是可以充分接近来被一个诸如照相机之类的成象系统照明与感测的。

当用肉眼或通过成象系统观察一种组织时，在图象中所观察到的是组织的各小区所反射的照明光线。这主要代表即使不是被下述各因素支配的也是受它们高度影响的表面反射光，这些因素是占据在表面上的液体、存在在表面上的氧化剂或其它化学品或PH现象、表面温度、以及照明的种类和角度。从而，来自表面或接近表面的细胞或组织的光，与来自稍为深入的周围的细胞或组织的光相比(这些细胞或组织是受到表面反射的极大视觉阻碍的)，具有较少的关于癌症或癌前期的鉴别信息。因此，能够选取作为信号的这些较深层细胞的光学性质而同时又能排除来自表面细胞的反射的一种系统是十分希望得到的。在所描述的实施例中用来达到这种鉴别的装置是被控制成将受照射的组织区与发出受检验的辐射的组织区之间空间上分离及光学隔离的。

在用肉眼或通过传统的光学成象系统的观察中，没有上述的用于观察组织的各″象素″的局部化转移性质的等效方法。后者是透射、吸收、散射与折返反射之间的复杂动态结果，其最终效果能产生比表面反射优越的组织鉴别。这一方法，这里称作反向散射，构成将要描述的较佳实施例中所采用的基本机制。

当将来自已经测定了其反向散射能力的相邻区域的总体的信息重构成一个光学图象时(即以取得这些测定值的相同的空间次序重构)，它便形成了覆盖该重构表面的反向散射的值的一个“图象”。这样一个图象在这里称作一个“反射散射图象”并且它能提供在一个区域上鉴别细胞与组织类型的有价值的映象。此外，在图象的各象素上包含进有关组织的局部占优势的介电与阻抗性质的电测量数据便提供了一种多维的成象机制。这里所描述的反向散射成象机制包括在各象素区上测量电、磁、声、超声、热、光之类物理参数中的任何一种或多种的概念，并且具体地与上述实施例相关。从而，该反向散射的图象中能包含多种能量类型与物理机制在各象素区上的一种表征。

从而，一个反射散射的图象能在各象素区上包括多种能量类型与物理机制的一种表征。虽然反向散射的信号变量主要具有剌激/接收的转移性质，但在各象素区上所包含的本身性质(象占优势的温度或电子电位)的测定值在这里并不排除在一个反向散射的图象之外。

由于在癌症检查中达到接近零的虚假阴性结果是十分重要的，通常希望利用尽可能多的独立鉴别来区分肿瘤细胞类型。例如，如果一种给定的包含独立的剌激/接收能量形式的机制<例如磁性)对于鉴别肿瘤细胞类型只增加1％的统计学贡献，而所采用的其它能量形式的总和效果统计上具有98％的鉴别精度(例如光与电)加上1％的磁性贡献后的综合能够将系统不精确性从[100％-98％＝2％降低一半到[100％-99％]＝1％(对于光、电与磁)＝2％降低一半到[100％]＝1％(对于光、电与磁)。从而，看似小的独立统计鉴别能力的贡献能够产生显著地增进的总体系统性能，并且是很值得加入的。因此，包含许多不同能量形式与机制的多种测定(虽然实现起来较为麻烦或者难于装入一个小的探头而需要微型化技术)代表了本较佳实施例的理想特征。

因此，希望采用能够接近组织表面并避免某些或全部上述限制的一种配置适当的探头。在通过一个物理探头进入的一个区域附近进行癌症检查的情况中，在接近组织表面的同时允许有价值的视觉反馈并使临床医师能够发挥最高超的定位技巧是重要的。从而，使用探头的实施例应配置成以最小的模糊性达到最大的能见度，同时使剌激传感器跟随受验组织的外形。在表面附近所能确定的组织类型的精度在极大程度上取决于这些功能。在实现精确的测量上，控制面向表面方向、压迫在表面上、排除诸如背景光、液体、寄生的电磁或机械振动等有害的器械噪声源是重要的。

此外，测量精度的制约取决于将剌激能量带向与带离组织表面所采用的方法，不论剌激是否是电、光、声、磁、热或超声都一样。利用上述实施例的成象探头，最好集体地采集受验的各空间区域的数据，以便能根据N个读数而不是一个单一的读数来作出关于该区域的判断。这种抽样过程可能得到与N成正比的精度的统计提高。能够定出一个与通过成象系统在计算机屏幕上导出的图形相似的受验区上的各细胞或组织类型的最终″图形″也是容易的。从而，在设计测定物理变量的癌前期与癌症检查系统时，使一个数据采集系统能够接纳专门为所涉及的应用而配备的多种类型的探头是适当的。因此，这些探头应当是可以更换的，并且在更换时能够自动定标。向操作检验的临床医师提供有可能使进行中的检验无效的有关任何错误使用、迷失方向、或者不适当的或过分的状态的反馈也是重要的。

这些信息连同其它关于感测探头对癌变或癌前期组织的瞬间接近的提醒小心的报警应当是现成的或立即可以得到的。在使用中，临床医师很可能专心注意在操纵探头在关心的组织部位上，因此不能集中注意力在计算机屏幕或其它传统的显示器或指示器上。在存储主要测量数据的同时，向临床术者提供足够的实时反馈的配置是癌症检验器械中的适当的组成部分。由于探头通常应用在具有不同光学与电学性质的包含液体的环境中，以对付这种可变性的方式标定发送与接收传感器及电学性能是又一个难题。光学测量是希望基于物体的透射、吸收与反向散射而不是其表面反射率的。将探头尖垂直放置在用子定标的一个标准件上将产生一个主要由该标准件的表面反射率引起的反应，在这种标定中，发射/接收比将不是与反射率标准件至探头面之间的距离没有变化的，并且它还将高度地依赖于这一距离。从而在这标定过程中模拟实际测量的条件是一个棘手的问题。

用在由术者操作的探头中的半导体与其它部件将间隙性地接触组织表面，并由于室温与组织温度之前的差别而改变温度。尤其是对于在探头面上包含半导体结点的部件，性能变化可以是温度改变的一种显著后果。从而希望数据处理系统能在正在进行测量时对这种部件可拥有的瞬时温度进行补偿。

当前，已知的能建立正常的、癌前期的与癌症的组织类型之间的物理上可测定的区别的基本机制只有现象学的模型。对于任意一种癌，人们不能预测各鉴别参数的精确的统计显著性。结果，定标这种癌症检查仪器的过程是直接与所采用的鉴别算法及作为该算法的基础的基础测量互相连系在一起的。这意味着，只有采用适当的几何形状2效率与电光(例如)性能的稳定可可重复的探头设计来采集可靠精确的关于癌及其癌前期状态的数据，设计算法才能真正得到优化。因此，通过逐步逼近法来优化算法的措施成为标定过程的一个部分，并且是用于达到各种实施例所获得的结果的一种手段。可使用一个或多个电极来提供能用于组织类型鉴别的若干判别值。当使用一个单一的电极时，通过与身体的另一部分接触的方式将患者接地。例如，如心电图(ECG)测定中所用的一个电极，或者将一只手放在盐水或如电工所用的一个导电腕圈。使用多个电极能使它们的相对读数另外用于建立其它测定，例如通过适当地放置在组织表面上的光学换能器而完美地建立光学测量。

从对称地定位的电极得出不对称的读数表明探头尖相对于组织表面的不对称性。电极可采用在一种绝缘体的表面上的金属盘的形式，这是用在表面上平切的导线实现的。电极可采用若干形状中的任何一种，其中包括圆形、椭圆、正方形、矩形、三角形、圆缺或环段等，它们的朝向可以是相对于正在被仔细检查的组织部位的面心对称或不对称的。电极表面本身可以是金属或非金属的。例如，电极可包含一种诸如硅、碳或粘合在铁上的二氧化铁之类的半导体。

另外，电极可包括一个用盐桥(saltbridge)糯合在组织上的电解电池(例如银/氯化银或求/氯化亚录)。含有凝胶、海绵或多孔填料的电解质形式的盐桥也能与金属电极一起使用。电极可用于测量组织的若干电性质，诸如：一导电率，通过在频率范围上确定当正弦波电压作用在电极上时流动的同相电流；-在频率范围上系统的复合阻抗；-当作用一个电压时流入组织上的电极的电流。电流可根据其时间或其频率成分来分析(例如用傅里叶分析)。时间分析可根据电流对时间曲线的形状、曲线方程中的参数或者在一个等价电路中的成分的值来表示。-作用在电极上的一个电压脉冲停止之后流出组织的电流。分析可以是时间或频率相关的，如上所述；以及-逐步消除在消除以前已经保持恒定一个足够的时间而使系统达到平衡的一个作用电压之后，电压在不抽取电流状态中的衰减即电衰减成非常高的阻抗)。

执行上述测量所用的一个电子电路可以是硬布线的也可以是在一台计算机的软件控制下的。在后者的情况中，所执行的测量种类可以根据前面的测量结果改变。

为了使探头精确地放置在组织上而使电、光及其它读数可以预期为可靠的目的，这种设施是重要的。如果探头的朝向越出了可接受的范围，数据应被自动地拒收。可以选择各种不同的电极配置与信号分析电路来适应软件的要求。才于某些类型的组织，计算机使用标准的测量方法有可能得不出明确的诊断。在这种情况中，软件等可改变电路而进行补充的鉴别。

应能利用窥器或其它辅助工具使探头在人体表面的各部分上或人体内部受到操纵，向临床医师提供对被探查组织的不受阻碍的观察。还必须有足够的问隙来允许高亮度照明，尤其是在进行可选用的数据采样的录象时。

在许多内部应用中，探头能够作出反应的区域的尺寸可以小到直径为2毫米大小。相应地，探头的分辨率必须足以分辨这一大小的癌前期组织。在提出了完成癌前期与癌变组织检查中有用的各种希望达到的标准之后，下面便能描述若干特定的实施例了。

图1示出了用于检查癌前期与癌变组织的一种装置，该装置包括一个经由电缆9糯合在控制器20上的探头1电缆9是通过偶联器8连接在探头1上的。本实施例中的探头1是用来检查宫颈癌的，图1中还示出了用于张开患者的阴道31的壁的一个窥器30，将位于提供进入子宫34的通道的产道33的端点上的宫颈32暴露在探头1的尖上。为了剌激宫颈32的组织并获得对剌激的反应，探头1在宫颈32的整个表面范围内移动，这些反应可由控制器20加以处理。

如图2所示，探头1包括一个提供电绝缘及机械强度的外管20位于管2内的有一个第一电极3，它是位于一束光导纤维4的中央的一条导电线的平头形式的。其它三个电极5、6、7为一个圆柱形金属管的弧形段，它们邻接于并紧靠在外管2的内表面上。

图3示出了在图1的装置中有用的一种探头10的第二实施例。探头10的这一实施例表示一种更紧凑的设计，它只使用具有与电极5、6、7不同形状的三个电极15、16、170电极15、16、17的形状保证了电与光测量是对组织的同一区域进行的。电极15、16、17邻接于并紧靠在一个外管12上，一束三条光导纤维14位于它们中间。使用第一实施例的探头1，在中央第一电极3与各其它电极5、6、7之间进行三次初始电测量。对这三次测量的结果进行比较，如果结果明显地不同，则丢弃这些测量2因为这表明探头1的尖不是与组织均匀地接触的。

在本较佳实施例中，作为减小测出的信号之间的噪声与相互干扰的一种方法，对于光学与电学性质都采用脉冲测量。因此，参照图4与5描述的本发明的实例中包含采用一序列的电脉冲。在图4中，示出了供图2的探头1使用的一序列电脉冲的图形。断开电极6与7，而在电极3与5之间作用一个电压脉冲U_3.5。这一脉冲之后，断开电极5与7，而紧接着在电极3与6之间作用一个脉冲U_3.6。然后断开电极5与6而接着在电极3与7之间作用一个脉冲U_3.7。在各脉冲U_3.5、U_3.6及U_3.7的作用期间及紧接在其后，该系统测定电反应，然后存储与比较它们。这一点将在下面描述。如果这些结果明显不同，则丢弃这些结果，因为这表明探头1的尖不是与组织均匀地接触的。为了能够取得大量的读数，脉冲周期与序列周期是相对地短的，通常在数十至数百微秒的区间中，以便提供实时的有用信息。如果测量值表明探头1的正确定位，则以电极的对称连接执行第四次测量，即在电极3与电极5、6、7之间作用一个电压脉冲U_3(5、6、7)。

图5示出与用于图3中所示的装置中相似的一个电脉冲序列。在这定实施例中，在一个给定的时间上不再实行电场的对称性。采用了三个电脉冲U_15(16、17)作用在电极15与至连的电极16及17之间，U_16(17.15)作用在电极16与互连的电极17及15之间，而U_17(15.16)则作用在电极17与互连的电极15及16之间。测定的反应的相对强度表明探头的正确或不正确放置，以提供术者错误的指示。在本发明的另一种形式中，在探头中有可能只用一个电极，可用若干方便的方法中的任何一种来进行对皮肤或组织的第二连接，例如在身体某一部位上的一块导电垫片。采用上述实施例的探1与10，可用若干种方法确定组织的电性质。例如，可以如上述将一个矩形电脉冲作用在电极上，并可作为电路中的电流或作为脉冲过后电极问随时间变化的电位差测出流进与流出组织的随时间变化的电流。这些随时间变化的信号的形状便是组织的电性质的一种度量。

另外，不同频率的电信号也可用于测定组织的电特征。在测量中作用在组织上的电压强度必须足够大以保证测出的信号在可能存在的任何环境噪声信号之一，但通常不宜超过二伏以免对患者造成不适。组织的光学性质可在紫外至红内的波长范围上测定，探头1与10中的光导纤维之一用于将来自一个或多个源的电磁辐射导向组织的表面，在那里被吸收与散射。邻接或接近第一光纤的一条第二光纤将来自组织的辐射引导回一个或多个探测器(未示出)。来自这些探测器的信号的强度提供对组织的光学性质的一种度量。电磁辐射源可以方便地为发光二极管(未示出)或固态激光器(未示出)。可以沿一条光纤4、14引导若干波长，或者各波长可使用独立的光纤4、14。在波长中已发现具有高度诊断价值的为540、650、660、940与1300mm。控制器20包括一个如图6中所示的专用计算机系统21该计算机系统能监控较佳实施例的装置。系统21包含一个微处理器块22，它经由模拟块23分别控制作用在探头1与10的电极3、5、6、7、15、16、17及光学发射器(未示出)上的电信号的充分同步。在微处理器块22中处理来自电与光学探测器的信号，并且可以将结果显示在一台显示器24上，或者能够驱动其它可见、可闻或打印指示器。术者可用一个键盘25来向计算机系统21提出命令。对已由计算机系统21采集的数据进行处理并将其与用各组织类型所特有的数据模式的方式存储在计算机系统21的存储器中的数据进行比较。

图7示出作为可以从电与光学测量中得到的三种判别的一个函数的组织类型的典型图形。制备图7时所采用三种判别为两个反向散射光的度量(各在对应的波长上的dsc1，dsc2)以及用傅里叶分析导出的电松弛曲线的形状的度量(dsc3)。图7中例示了如何区分正常组织类型源始鳞状上皮(OSE1、OSE2、OSE3)、柱状(COL1、COL2)及未成熟的化生(P)与不正常的癌前期组织类型人乳头状病毒(HPV)、异型(ATYP)与初癌(D1、D2、D3)。这一比较结果通过显示器24或其它适当的装置通知术者。这些结果可为特定的患者存储在微处理器块22中供以后检索或打印。

在图1至7的实施例中，适当时可在长而直的外管上的探头1与10上设置一个柔性长柄，或者将探头包在一个套中，从而能够做到用一根导管装置插入。

图8示出专门为在患者的宫颈32上取样组织类型而配置与成形的一个探头40。其特点是主该宫颈探头40包括一个临床医师可以握住并连接在提供给控制单元的一条电缆上(未示出)的长把手41。把手41结束在一个主体42上，从主体42上伸出一个中央探头部分43插入产道33中，中央探头部分被一个配置成将子宫颈32装在其中的环形凹部44所包围。在探头部分43与凹部44上具有分布在它们的表面上的剌激/接收元件45的多重阵列，这些元件45是布置成沿子宫颈32的整个外形取样组织的物理性质的。传感器45通过把手41连接在控制器上。由子能够沿探头表面的整个外形在多个邻接的区上作用多种剌激/接收能量类型，术者可以通过把手41的一次单一的扭转确定一个复合的反向散射图。

在图9中示出了一个柔性探头50，这一探头是布置成专门应用在皮肤上的，在本例中，应用在患者的臂36上。探头50包括一块柔性的印刷电路板基板51，在其上配置有许多传感器52。传感器52通过许多印刷的连接端53连接在一条电缆54上。电缆54将探头50连接在控制器上，和前面的实施例中一样。利用这一配置罗探头50可应用在弯曲的或平的表面上，从而能够在比图2、3或8的实施例的探头所需的时间更短的时间内检查相对地大的面积。

图10示出图9的装置的一种发展，但具有一个完全集成的探头器组件600探测器组件60包含一块柔性基板61，和探头50一样，上面布置有多个传感器620基板61由一块开孔泡沫支承板63支承，该支承板连在一个外壳64上，在外壳中装有探测器组件60的控制单元650支承板63在得到控制单元65的支承的同时，允许基板61弯曲以贴紧组织的外形。控制单元65连接在传感器62上并在一个小的手持式容器中包含外部组织类型鉴别所需的处理功能。控制单元65包含一个集成的蓄电池电源66以及一个处理器模块67、一个连接在传感器62上的输入/输出部分68及一个控制/显示模块69。连接在控制/显示模块69上的有若干指示器70，当将探头组件60放置在人体的表面上时，它们向术者提供指明组织类型的可见或可闻的反馈。

图11示出一个球形折射探头71，其中包含一个把手外壳72及一个装在把手外壳72的周边上的透明17球形反射球73。在把手外壳72中配置有多个光源74(只示出了其中的一个)，诸如覆盖不同频带的发光二极管，以及附加的光传感器75(为了清楚起见也只示出了一个)，诸如光敏电阻，PIN(PIN结)二极管或其它光学传感器。探头71配置成使球73将各光源、74发射的光线折射成基本上球形的图案以剌激与球73接触的大面积组织760以对应的方式，来自组织76的反向散射光在球73中被折射在传感器75上。一块不透光的隔板80a防止来自光源、74的直接照明到达传感器79。在球73上设置两个电极78以便在接触组织76时产生电剌激。若干条导线80连通探头75与控制器(未示出)之间的信号。如图所示，组织76的一个区域80受到光源74的照明，而传感器75则见到该组织的一个区域81，从而提供区域80与81之间的组织76的透光率的一种指示。

图12示出形成在把手86上的一个超声波探头85，其中包含与前面描述的实施例相同的方式配置的四个是电传感器87金特别是2设置在探头85中的是四个超声波换能器88，为了剌激与之接触的组织，各换能器能被独立地激励。当任何一个换能器88被激励时，其余三个能用于接收透射的超声波图案。接收到的图案经过处理以后能够确定与组织的密度及整个组织中密度的改变相关的各种特征，它能表面血流。这可以用飞行时间测量来进行，诸如用在声纳及医用超声中的已知的声音成象系统。为了补偿声糯合中的变化，在探头85的表面上布置了多个温度传感器89，它们能感测正在被取样的组织的温度，这种温度可用于科偿在其中的超声波速度的改变。

图13A与13B示出一种热/光探头90，其中包括一个管状外壳91，沿该管状外壳布置有三条光导纤维920光纤92用于照明正在被取样的组织及接收从组织反向反射的光。包含在探头90中的还有一个配置成有选择地加热正在被探查的组织的电阻加热器93，以及一个配置成测量组织对加热器93作出反应的温度的温度传感器940以这一方式，可以用控制器确定组织类型的热反应时间，而提供表示流过该组织的血液的一种指示，这能表明癌前期与癌细胞的生长。

在图14A与14B中，示出了一种磁探头100，和前面的实施例一样，它是形成在一个管状外壳101中的。探头100包括以前面实施例的方式配置的多个电极1020其中包括的还有四个诸如发光二极管的光发送器103，它们发送不同波长的光，诸如1300mm、440mm、565mm与660mm。设置了两个光接收器1.04来接收不同波长的光，诸如1300mm及500-1000mm。还装有一个置入探头100中央的磁发射器105及三个包围它的磁接收器106。该磁发射器105及接收器106包含一个铁磁芯及一个对应的线圈，借此该磁发射器105建立了一个从探头100的端部向外延伸的小磁场。接收器106探测磁场的变化，并互相进行比较，各接收器106接收到的信号间的不均衡表明组织中的磁性异常。

组织的磁反应中的局部化异常起因于组织的细胞中的问壁的功能改变引起的电荷紊乱。值得注意的是，在细胞核周围有许多问壁层，现在认为这些层之间的交通限制了正常细胞的生长。然而在癌细胞中，只有有限的层间交通受到限制，这被认为是直接与癌细胞的无限制生长有关的。因此，可以用磁性测定或改变的电荷的不均衡分布能表明受限制的交通，从而测定癌变活动。最好有一种公共的控制机构能够用于多种不同的探头类型，因此探头可以互换是合适的，探头与/或控制器能够以方便的方式定标而做到可靠与相符的组织取样。随着微型化技术的进展，便能将更多的上述能量剌激/接收形式加入到一个单一探头的尖中，这便增加了检查癌症及癌前期变化所需的判定参数的数目。

在图15中，示出了一个第一定标装置120，其中将一个连接到控制器121的探头122与一个合成的组织代用器123相接触。物质123模拟用反向散射及其它能量发射/接收特征(诸如电特征)表示的严格定义的已知组织性质，以这一方式，可将控制器121置于自动归零模式中，利用它，可以确认探头122输出的剌激脉冲及接收的信号是可接受的，或者将它们调节到在预定的限度内互相符合的。一经适当地定标，探头122便能使用，并将合成的代用品物质123进行消毒以防止生物危害。

图16示出一种第二装置125，它与图15的半有源、实施例不同，是原有源、(bro-active)的。在图16中，探头126的尖是示出为与一个互补的探头阵列127相接触的，后者构成连接在探头126上的一个控制器128的一个部分。以这一方式，探头尖126与探头阵列127中每一个内的发射器与接收器能够被激励，并且由于探头阵列127的反应是已知的，并且是与通过一个精确地定标的驱动装置的反应探头151包括提供多种不同物理剌激的设备。

特别是，多个发光二极管(LED)159提供光剌激。另外，多个电极(60对组织提供电剌激，它们能够用于确定判定值以及评估探头151对组织的朝向。还能以上面描述的方式加入其它用于增加剌激/接收判定值的部件(未示出)。为了补充探头151的定向，若干应变电阻片161提供探头151对组织的朝向的指示。探头151还包括多个指示器162，其中包括声音与/或光学指示器，用于向医师提供实时判定的组织类型。若干光敏二极管163提供从LED159发出的并被组织反向反射的光的电光感测。由于光敏二极管163的输出的弱信号强度，在探头151中加入了一个前置放大器装置1640探头151连接在包含糯合在探头151的各元件上的驱动器与控制放大器的模拟电路板152上。处理器板153包含一个利用CPU 178的一个微处理器控制器，该CPU上设有一个数字I/O块176及一个串行I/O块1780CPU 178起动的剌激经由一个串行I/O块178输出到一个数模转换器1740D/A转换器输出到一个LED驱动与控制单元1650LED驱动与控制单元165用于向LED 159供电并且通过数字I/O176输入数字信号。数字I/O176还输出到一个糯合在电极160上的电极驱动单元166，电极160对组织提供电极剌激。放大器167放大电极160的输出，然后通过一个保护单元172引导到一个模数转换器177供CPU 178判定。各光敏二极管前置放大器164的输出被提供给一个光学探测器放大器171，其输出用A/D转换器177数字化后供CPU 178参照。

必要时可加入其它剌激/接收能量换能器160a。一个应变电阻片驱动器168使用来自DC电源调节单元180的一个DC信号并供给应变电阻片161，应变电阻片输出到一个应变电阻片放大器169。放大器169通过保护单元172输出到A/D转换器177以测定探头作用在组织上的力的大小。数字I/O176还输出到一个指示器驱动器170，后者以已知的方式驱动指示器162。CPU 178还接受一个复位装置181及一个时钟182的信号并且还输出到一个测试插座183。

如上面提到的，可以在探头151上装设一个PROM(未示出)来容许定标、方便消毒及保存探头的使用记录。如果使用PROM则可将它直接连接到数字I/O块176上。操作中，CPU 178编程或从存储器179中选择一种基本剌激模式并用于激励LED 159及电极1600CPU 178记录原始数据并在将它处理成若干判别量时将其存储在存储器179中。对子取得的各相关样本系列，在算法上将多个判别量组合在一起以提供组织类型归类。然后将这一归类与存储在存储器179的非易失性部分中的已知归类进行比较，当出现匹配时，便可将这种归类鉴别为正常组织、癌前期或癌症，并在适当时向医师提供一个指示。当该组织类型为未知的时，便向医师提供一个对应的指示提示对该组织的特定部位进行进一步的检查。

实施例

在处理原始的感测数字时，选择与正常的受验者之间的差异相对地无关的特性是适宜的。这可包括在频率与时间域中对诸如电特征与光学特征等物理参数的处理，便获得电特征的频率与时间图象。可以通过傅里叶变换或者在不同频率上的测量值得到频率成分。瞬态响应涉及相对于传递给组织的能量的反应的振幅。扫频激励提供从包含9个或更多独立参数(各有一个对应的频谱曲线)的组织类型引起的复杂阻抗条件中得出的频谱响应电瞬时响应可以通过顺序地监测对已知的电剌激的响应而确定，通常是一个阶跃函数或脉冲。

在光学装置中可以如上所述确定样本的绝对反向散射以及反应的变化斜率与速率，从而作为变量分别为频谱或瞬时特性鉴定提供对波长或时间的一次与二次微分。超声波透过密度改变影响振幅与多普勒效应两者及其各种组合，它们能用图象分析技术进行分析。对于磁剌激，可以确定在特定频率或在一个频率范围内的异常。对于各种不同的组织，可用不同的剌激组合。例如，对于宫颈癌，较好的刺激种类为光与电。对于皮肤组织，光、电、磁、声与热刺激是主要的。一旦得到了物理数据与各种判别值，便可以在算法上将它们组合在一起来确定受检的组织的特定类型。可采用判别值分析技术、线性规划、交叉相关或神经网络来完成这一工作。在较佳实施例中采用了判别值分析技术，其中对相关数据采用了专家意见或根据经验得出的相互关系以便优化判定值。主要是，为了将它们映入一种特定的归类，确定各变量的各种系数并对变量需要哪些修正作出判定。

用于检查宫颈癌的较佳实施例采用了以电与光感测器为基础的8种判别值。这些判别值为光在540、660、940及1300mm上的反向散射，以及电压衰减曲线的四种形状特征。用判别值来提供组织归类的方法是算法性的，对于采用上面指出的判别值的宫颈癌与癌前期检查，其组合如下：

$\mathrm{Pi}=\mathrm{Ai}\&CenterDot;\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}\left((\mathrm{Aij}*\mathrm{VARj})\right)$

其中VARj为与线性方程中位置j相关联的实时变量，Aij为变量i的常数系数，而Pi则为第i种组织种类的相对概率。

为了得到精确的检验结果，需要一个大型数据库，以便将对特定种类的癌与癌前期的已知反应至相关联在一起。例如，为了得到与检查宫颈癌相关的实施例，本发明人曾检查了2000名以上的受验者，每一名受验者都经过阴道镜专家的分析，并由一位组织学家提供杰出的组织分类参考数据。每一名受验者都经过按照本较佳实施例的探头与系统的检查，从而本较佳实施例对已经过人工分类的特定组织类型的反应能够与人工分类相互对照。这便形成了特定种类癌症的数据库2每当探头应用在另一名患者身上时，来自该患者的反应经过判别值分析处理后，便可对照数据库来鉴别特定的组织类型。本发明人也曾作过类似的实验，并对胸腔癌症、皮肤癌、结肠癌及前列腺癌开发了数据库。

然而，各种不同的癌症对数据库的开发提出了不同的问题。特别是，对宫颈癌可进行体内检查，然而对于胸腔癌症、结肠癌与前列腺癌则需要活组织检查结果，因此数据库是根据″玻璃试管内″信息开发的。对于皮肤癌可采用皮肤病学检查及活组织检查结果。所有样本都经过探查结果与玻璃试管内及活组织鉴定相互关联而得到认可，当用探头探测到它们时，能够提供各种组织类型的对比特征。

制备实施例

本发明所述的荧光材料使用下述方法进行制备：

步骤1：按计量比，在硝酸溶液中加入荧光材料中各元素的硝酸盐溶液或盐酸盐溶液或氧化物，搅拌，滴加过量草酸溶液，搅拌使沉淀完全，然后调节溶液的pH到5～6，搅拌，陈化，过滤，洗涤过滤产物，干燥得到荧光粉前驱体；

步骤2：将核壳结构荧光粉前驱体于100～150℃热处理2～6h，加入助溶剂以及Si₃N₄，再在还原气氛中于800～1000℃热处理6～8h，冷却，得到所述荧光材料。

使用上述方法获得的荧光材料具有良好的结晶形态形态。

通过上述方法制备的荧光材料(Sr_0.985Ba_0.015)Si_0.999B_0.001Al_0.7Ge_0.3N_2.9998O₁₂F_0.0002是本发明的优选实施方式，该晶体属于斜方晶系，其空间群为P21，

将上述制备的荧光材料按现有技术中已知的方法应用到本发明的LED上，例如涂敷法。

本发明人关于较佳实施例的性能的调查表明用于宫颈癌的检查系统150根据低度异常性(充分发展的人乳头状瘤病毒改变、不严重的异型或I度宫颈上皮内新生物形成)提供95％与99％之间的阴道镜/组织学与探头诊断之间的一致性，对于高度异常。或3度宫颈上皮内鳞状新生物形成)为98％，对子发病的癌症则达99％。这些结果的统计分析及外插表明使用本较佳实施例的探头装置的伪阳性与伪阴性率的比例为1-2％的数量级，因此，对于宫颈癌而言，与通常认为50％至60％准确率便算合适的传统Pap涂片检验相比，本探头装置是一种实质性改进。

以上描述的只是本发明的几个实施例，对于熟悉本技术者，显然可以对其作出修改而仍不脱离本发明的范围。

Claims (6)

1.一种用于LED的荧光材料，其特征在于，化学组成表示式为：(Sr_1-xA_x)Si_1-yB_yAl_1-zGe_zN_3-mO₁₂D_m，其中A为Ca和/或Ba，D为F、Cl、Br、I中的一种或几种，其中0＜x≤0.025，0＜y≤0.002，0＜z≤0.5，0＜m≤0.0003。

2.根据权利要求1所述的荧光材料，其特征在于，所述荧光材料为(Sr_0.985Ba_0.015)Si_0.999B_0.001Al_0.7Ge_0.3N_2.9998O₁₂F_0.0002，该晶体属于斜方晶系，其空间群为P2₁，

3.一种权利要求1或2所述荧光材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：按计量比，在硝酸溶液中加入荧光材料中各元素的硝酸盐溶液或盐酸盐溶液或氧化物，搅拌，滴加过量草酸溶液，搅拌使沉淀完全，然后调节溶液的pH到5～6，搅拌，陈化，过滤，洗涤过滤产物，干燥得到荧光粉前驱体；

步骤2：将核壳结构荧光粉前驱体于100～150℃热处理2～6h，加入助溶剂以及Si3N4，再在还原气氛中于800～1000℃热处理6～8h，冷却，得到所述荧光材料。

4.一种用于鉴别被怀疑由癌前期或癌症活动引起生理改变的组织的装置，所述装置包括：

多个能量源，配置成紧密接触在所述组织上并用多种不同的刺激来刺激所述组织；多个探测器，配置成探测所述组织对各所述刺激的反应并将所述反应耦合到一个控制器上；所述控制器包括一个处理器装置，该处理器装置配置成综合处理所述组织以便分类所述组织；一个存储器装置，包括预期的组织类型的目录；一个比较装置，用于将所述组织的归类与来自所述目录的所述期望的组织类型进行比较以便鉴别所述组织；以及一个指示器装置，用于向所述装置的用户指明所鉴别出的组织类型；

其中所述能量源与所述探测器是配置在一个由术者操作来接触所述组织的一个探头中的，所述组织是在受检的一个生物体的外表面内部或上面的；

其中，所述探头中使用LED，所述LED中含有权利要求1或2中的荧光材料。

5.根据权利要求4所述的装置，其中该探头通过电子标示被数字串行化，这里该探头将刺激带到组织上，所述控制器对该探头的每次使用都自动用数字记录，并且事先自动地限制一个给定的探头的重复使用次数。

6.一种用于鉴别包含显示癌前期或癌症活动改变组织在内的不同组织类型的装置，其特征在于：所述组织包括一个探头，该探头的一端成形为面向所述组织并且该探头包括至少两条用于电磁辐射的通路，导向所述一端的至少一条所述通路布置成一个第一方向上将所述电磁辐射传输到所述一端，以及从所述一端导引出的至少一条所述通路布置成在第二方向上将所述电磁辐射从所述一端传输出去；

一个第一电磁发生器装置，连接在所述至少一条所述第一方向通路上，沿所述至少一条第一方向通路，在一个第一或与一个第一波长相关联的波长上发送所述电磁辐射；以及一个第二电磁发生器，连接在所述至少一条第一方向通路上，沿所述至少一条第一方向通路在一个第二波长上发送所述电磁辐射，所述第二波长与所述第一波长不同；

接收装置，连接在所述至少一条第二方向通路上，接收所述组织反向散射的所述第一与第二波长上的所述辐射；

至少一个电极装置，将一个电信号作用在所述组织上，及电测量装置，测量所述组织产生的电反应，以及

比较器装置，用于将测定的电反应信号与测定的接收辐射进行比较以鉴别该组织的类型；

其中，所述探头中使用LED，所述LED中含有权利要求1或2中的荧光材料。

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