CN108814552A - 用于光声乳腺成像仪的光声传输和电机扫描系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于光声乳腺成像仪的光声传输和电机扫描系统及方法，其中系统包括激光器和电机扫描机构，激光器包括激光器主机、与激光器主机信号连接的激光头，激光头内设置有耦合器，用于将激光头发出的脉冲激光耦合到光纤中；光纤通过接口固定在激光头上，用于将激光头发出的脉冲激光能量通过光纤导引到人体乳腺下方并垂直照射；电机扫描机构上方设置有检测水槽，用于放置人体乳腺，检测水槽内设置有平透镜，光纤出口位于平透镜下方，用于将从光纤出口射出的脉冲激光通过平透镜照射到人体乳腺中进行扫描。本发明采用光纤作为光学传输媒质避开了光学传输和光学扫描的干涉，保证了高效的光能量传输以及大范围的光学扫描。

Description

用于光声乳腺成像仪的光声传输和电机扫描系统及方法

技术领域

本发明涉及乳腺成像技术领域，具体涉及一种用于光声乳腺成像仪的光声传输和电机扫描系统及方法。

背景技术

目前，用于乳腺疾病检查的方法主要是各种成像法，如：钼靶X光成像、核磁共振成像、超声成像、红外成像。然而，这些传统的成像技术都存在着一定的局限性。采用最多的是红外成像技术，但是红外成像技术分辨率较低，病变组织的形状模糊，难以判断具体形状和位置，导致临床误诊率和漏诊率较高。

另外，在激光传输和扫描的过程容易引发其他因素的干涉，造成光能量损失严重，光扫描成像误差大，影响成像和病灶分析。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于光声乳腺成像仪的光声传输和电机扫描系统及方法，解决在激光传输和扫描的过程容易引发其他因素的干涉，造成光能量损失严重，光扫描成像误差大，影响成像和病灶分析的问题。

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种用于光声乳腺成像仪的光声传输和电机扫描系统，包括激光器和电机扫描机构，上述激光器包括激光器主机、与激光器主机连接的激光头，上述激光头内设置有耦合器，用于将激光头发出的脉冲激光耦合到光纤中；上述光纤通过接口固定在激光头上，用于将激光头发出的脉冲激光能量通过光纤导引到人体乳腺下方并垂直照射；上述电机扫描机构上方设置有检测水槽，用于放置人体乳腺，上述检测水槽内设置有平透镜，上述光纤位于平透镜下方，用于将从光纤中的光纤出口射出的脉冲激光通过平透镜照射到人体乳腺中进行扫描。

作为优选，上述光纤上的光纤出口设置有两个以上，两个以上的光纤出口均匀排布。

作为优选，上述平透镜的下方还设置有散射片，上述散射片位于光纤的光纤出口上方。

作为优选，上述电机扫描机构包括电机旋转系统，用于带动光纤出口旋转而对人体乳腺的不同位置进行激光扫描。

作为优选，上述电机扫描机构还包括电机升降系统，上述电机升降系统设置在电机旋转系统的下方，用于对检测水槽或检测水槽内的平透镜进行升降，调节平透镜与人体乳腺的微挤压状态。

作为优选，上述电机升降系统包括第一电机升降系统和第二电机升降系统，上述第一电机升降系统用于对检测水槽内的平透镜进行升降，调节平透镜与人体乳腺的微挤压状态；上述第二电机升降系统用于对检测水槽进行升降，实现环形阵列探测器对人体乳腺多个断层进行扫描。

作为优选，上述平透镜的侧边设置有摄像单元，上述摄像单元用于观察人体乳腺与平透镜的之间的微挤压状态，并根据观察结果通过电机升降系统控制平透镜的升降。

一种用于光声乳腺成像仪的光声传输和电机扫描方法，包括以下步骤：

S1：激光器通过激光头发出的脉冲激光经过耦合器将激光耦合到光纤中；

S2：光纤中的光纤出口将脉冲激光能量分为两个以上的等分，并均匀排布，经散射片匀化处理后，经过平透镜照射到人体乳腺组织；

S3：通过电机旋转系统驱动光纤和平透镜的旋转对人体乳腺进行环形扫描。

作为优选，在上述S1步骤之前还包括：

S0：通过摄像单元观察人体乳腺与平透镜之间的微挤压状态，并通过电机升降系统调节人体乳腺与平透镜之间的微挤压状态，调整至平透镜将人体乳腺挤压成厚度低于4cm，底面直径大于10cm的柱形。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明采用光纤作为光学传输媒质避开了光学传输和光学扫描的干涉，保证了高效的光能量传输以及大范围的光学扫描；光纤采用1进5出，首先在物理结构上将激光能量分散开来，后通过散射片再次匀化处理，使照射到人体乳腺的光能量分布更加均匀；光纤末端与散射片作为一个整体组件，由电机旋转系统驱动进行环形扫描，对乳腺的覆盖面更大，扫描速度更快。

附图说明

图1为本发明的正视结构示意图。

图2为本发明的俯视结构示意图。

图3为本发明的立体结构示意图。

图4为本发明的光纤出口结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图1～4，针对本发明的光声传输和电机扫描系统的一个实施例，一种用于光声乳腺成像仪的光声传输和电机扫描系统，包括激光器2和电机扫描机构，上述激光器2包括激光器主机21、与激光器主机21连接的激光头22，上述激光头22内设置有耦合器，用于将激光头22发出的脉冲激光耦合到光纤3中；上述光纤3通过接口固定在激光头22上，用于将激光头22发出的脉冲激光能量通过光纤3导引到人体乳腺下方并垂直照射；上述电机扫描机构上方设置有检测水槽1，用于放置人体乳腺，上述检测水槽1内设置有平透镜，上述光纤3位于平透镜下方，用于将从光纤3中的光纤出口31射出的脉冲激光通过平透镜照射到人体乳腺中进行扫描。

病人俯卧到设备平台上并将乳腺放置于检测水槽中，激光器发射出的脉冲激光经过耦合器耦合到光纤中，耦合器装在激光头里面，图上未示出；光纤中的脉冲激光能量通过光纤导引到人体乳腺下方并垂直向上照射，经散射片、平透镜后照射到人体乳腺中进行激光扫描。为了减震，在激光头的侧壁由减震材料23构成。

检测水槽1在检测人体乳腺的时候必须保证水满，因为照射到人体乳腺中的激光能量被吸收后产生超声信号，超声信号经过水作为媒介传输到环形阵列探测器5并由其探测转换为电信号输出供系统进行分析，因此环形阵列探测器5位于散射片的外侧一周。

上述环形阵列探测器5上还依次连接有适配器31，上述适配器31与放大器20的输入端口连接，上述放大器20的输出端口与数据采集卡7连接。环形阵列探测器共有96个阵元，每个阵元上的电信号经过适配器31后转接后与放大器20输入端口连接，放大器20对微弱的电信号放大后再传送到数据采集卡7中对数据进行采集，采集到的数据保存于工控主机8中。

对于系统开关的通断，数字控制端口19与工控主机8信号连接，数字控制端口19与继电器32连接，开关电源通过继电器32与设备中所有直流部件连接，工控主机8通过数字控制器19的接收和发出的电平信号来控制继电器32工作，进而来控制开关电源与其它直流部件的通断关系。直流部件包括：所有电磁阀、所有水泵，放大器，所有风扇，工控主机。

另外，为了保证检测水槽1中水始终处于注满的状态，因此检测水槽1通过第一水泵14连接水箱9，上述检测水槽1的外边缘设置有回流槽，上述回流槽通过回流管10与水箱9相连，上述回流槽内设置有流量传感器，上述流量传感器与工控主机8信号连接；上述水箱9内设置有液位传感器，并且其进水管上设置有与液位传感器信号连接的第一电磁阀11。上述检测水槽1的底部设置有与水箱9连接的水槽排水管，上述水槽排水管上设置有第二电磁阀12，上述水箱9通过第二水泵15连接水箱排水管，上述水箱排水管上设置有第三电磁阀13和流量开关，流量开关用于检测水流是否结束，上述第一水泵14、第二水泵15、第二电磁阀12、第三电磁阀13和流量开关均与工控主机8信号连接。

通过检测水槽1和水箱9的循环连接方式，能够在启动第一电磁阀11时开始进水到水箱9，箱里面有液位传感器29来控制水面高度，当液位达到传感器位置，系统会自动关闭第一电磁阀11停止进水，为了防止液位传感器29失灵，在液位传感器29的上方设置有安全开关30，通过安全开关也可以关闭第一电磁阀；与此同时自动启动第一水泵14向检测水槽1中进行蓄水，当检测水槽1中注满水之后，水会溢出到回流槽中，再通过回流管10回到水箱9中，因此检测水槽11中的水始终处于满水状态；

当检测水槽11与水箱9之间形成内循环之后，回流槽内的流量传感器会将信号传递到工控主机8，然后显示器上会有提示灯点亮，提示操作者系统内循环已经形成。

进一步地，针对本发明的光声传输和电机扫描系统的另一个实施例，上述光纤3上的光纤出口31设置有两个以上，两个以上的光纤出口31均匀排布。

相对于单进单出的激光能量更加集中的方式，将光纤设置为单进多出，可以根据需要从物理结构上对光纤出光口进行排布，使得激光能量相对比较分散，通过散射片再次匀化处理，一方面使照射到人体乳腺的光能量分布更加均匀，提高成像质量，另一方面还有助于提高散射片的使用寿命，如图4所示，采用了一进五出的设计，使激光能量呈方形排布。

进一步地，针对本发明的光声传输和电机扫描系统的另一个实施例，上述平透镜的下方还设置有散射片4，上述散射片4位于光纤出口31上方。光纤采用1进5出，首先在物理结构上将激光能量分散开来，后通过散射片再次匀化处理，使照射到人体乳腺的光能量分布更加均匀。光纤末端与散射片作为一个整体组件，由电机旋转系统驱动进行环形扫描，对乳腺的覆盖面更大，扫描速度更快。

进一步地，针对本发明的光声传输和电机扫描系统的另一个实施例，上述电机扫描机构包括电机旋转系统16，用于带动光纤出口31的旋转而对人体乳腺的不同位置进行激光扫描。

进一步地，针对本发明的光声传输和电机扫描系统的另一个实施例，上述电机扫描机构还包括电机升降系统17，上述电机升降系统17设置在电机旋转系统16的下方，用于对检测水槽1或检测水槽1内的平透镜进行升降，调节平透镜与人体乳腺的微挤压状态。电机旋转系统16和电机升降系统17均信号连接电机控制器18，由电机控制器18进行控制。

进一步地，针对本发明的光声传输和电机扫描系统的另一个实施例，上述电机升降系统17包括第一电机升降系统和第二电机升降系统，上述第一电机升降系统用于对检测水槽1内的平透镜进行升降，调节平透镜与人体乳腺的微挤压状态；上述第二电机升降系统用于对检测水槽1进行升降，实现环形阵列探测器5对人体乳腺多个断层进行扫描。

进一步地，针对本发明的光声传输和电机扫描系统的另一个实施例，上述平透镜的侧边设置有摄像单元6，上述摄像单元6用于观察人体乳腺与平透镜的之间的微挤压状态，并根据观察结果通过电机升降系统17控制平透镜的升降。

本实施例中，当人躺到光声乳腺成像系统中后，人体乳腺放置在检测水槽中，通过摄像单元能够观察到人体乳腺与平透镜之间的位置关系，为了方便检测以及提高检测时的成像效率和准确率，因此需要将人体乳腺和平透镜调节到最佳的挤压状态，因此当摄像单元观察到人体乳腺与平透镜之间的挤压状态不佳时，通过人体摆位或通过动力系统来控制检测水槽的旋转或升降。

针对本发明的光声传输和电机扫描方法的一个实施例，一种用于光声乳腺成像仪的光声传输和电机扫描方法，包括以下步骤：

S1：激光器2通过激光头22发出的脉冲激光经过耦合器将激光耦合到光纤中；

S2：光纤3中的光纤出口31将脉冲激光能量分为两个以上的等分，并均匀排布，经散射片4匀化处理后，经过平透镜照射到人体乳腺组织；

S3：通过电机旋转系统16驱动光纤3和平透镜的旋转对人体乳腺进行环形扫描。

进一步地，针对本发明的光声传输和电机扫描方法的另一个实施例，在上述S1步骤之前还包括：

S0：通过摄像单元6观察人体乳腺与平透镜之间的微挤压状态，并通过电机升降系统17调节人体乳腺与平透镜之间的微挤压状态，调整至平透镜将人体乳腺挤压成厚度低于4cm，底面直径大于10cm的柱形。

考虑到脉冲激光穿透深度的问题，人体乳腺的厚度应不大于4cm；同时，因为激光脉冲照射到人体乳腺上之后，依靠旋转扫描来实现不同部位的数据采集，如果挤压后的底面直径太大，那么旋转扫描无法覆盖整个乳腺。

本发明采用光纤作为光学传输媒质避开了光学传输和光学扫描的干涉，保证了高效的光能量传输以及大范围的光学扫描；光纤采用单进多出，首先在物理结构上将激光能量分散开来，后通过散射片再次匀化处理，使照射到人体乳腺的光能量分布更加均匀；光纤末端与散射片作为一个整体组件，由电机旋转系统驱动进行环形扫描，对乳腺的覆盖面更大，扫描速度更快。

在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”、“优选实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。

尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变形和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (9)

1.一种用于光声乳腺成像仪的光声传输和电机扫描系统，其特征在于：包括激光器（2）和电机扫描机构，所述激光器（2）包括激光器主机（21）、与激光器主机（21）连接的激光头（22），所述激光头（22）内设置有耦合器，用于将激光头（22）发出的脉冲激光耦合到光纤（3）中；

所述光纤（3）通过接口固定在激光头（22）上，用于将激光头（22）发出的脉冲激光能量通过光纤（3）导引到人体乳腺下方并垂直照射；

所述电机扫描机构上方设置有检测水槽（1），用于放置人体乳腺，所述检测水槽（1）内设置有平透镜，所述光纤（3）位于平透镜下方，用于将从光纤（3）中的光纤出口（31）射出的脉冲激光通过平透镜照射到人体乳腺中进行扫描。

2.根据权利要求1所述的用于光声乳腺成像仪的光声传输和电机扫描系统，其特征在于：所述光纤（3）上的光纤出口（31）设置有两个以上，两个以上的光纤出口（31）均匀排布。

3.根据权利要求2所述的用于光声乳腺成像仪的光声传输和电机扫描系统，其特征在于：所述平透镜的下方还设置有散射片（4），所述散射片（4）位于光纤（3）的光纤出口（31）上方。

4.根据权利要求1所述的用于光声乳腺成像仪的光声传输和电机扫描系统，其特征在于：所述电机扫描机构包括电机旋转系统（16），用于带动光纤出口（31）旋转而对人体乳腺的不同位置进行激光扫描。

5.根据权利要求4所述的用于光声乳腺成像仪的光声传输和电机扫描系统，其特征在于：所述电机扫描机构还包括电机升降系统（17），所述电机升降系统（17）设置在电机旋转系统（16）的下方，用于对检测水槽（1）或检测水槽（1）内的平透镜进行升降，调节平透镜与人体乳腺的微挤压状态。

6.根据权利要求5所述的用于光声乳腺成像仪的光声传输和电机扫描系统，其特征在于：所述电机升降系统（17）包括第一电机升降系统和第二电机升降系统，所述第一电机升降系统用于对检测水槽（1）内的平透镜进行升降，调节平透镜与人体乳腺的微挤压状态；所述第二电机升降系统用于对检测水槽（1）进行升降，实现环形阵列探测器（5）对人体乳腺多个断层进行扫描。

7.根据权利要求6所述的用于光声乳腺成像仪的光声传输和电机扫描系统，其特征在于：所述平透镜的侧边设置有摄像单元（6），所述摄像单元（6）用于观察人体乳腺与平透镜的之间的微挤压状态，并根据观察结果通过电机升降系统（17）控制平透镜的升降。

8.一种用于光声乳腺成像仪的光声传输和电机扫描方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：激光器（2）通过激光头（22）发出的脉冲激光经过耦合器将激光耦合到光纤中；

S2：光纤（3）中的光纤出口（31）将脉冲激光能量分为两个以上的等分，并均匀排布，经散射片（4）匀化处理后，经过平透镜照射到人体乳腺组织；

S3：通过电机旋转系统（16）驱动光纤（3）和平透镜的旋转对人体乳腺进行环形扫描。

9.根据权利要求8所述的用于光声乳腺成像仪的光声传输和电机扫描方法，其特征在于：在所述S1步骤之前还包括：

S0：通过摄像单元（6）观察人体乳腺与平透镜之间的微挤压状态，并通过电机升降系统（17）调节人体乳腺与平透镜之间的微挤压状态，调整至平透镜将人体乳腺挤压成厚度低于4cm，底面直径大于10cm的柱形。