CN110141234B - 一种检测肝脏内脂肪含量的系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种检测肝脏内脂肪含量的系统，包括：用于辐射肝脏的微波辐射系统，所述微波辐射系统包括微波激励源，微波激励源包括磁控管或固态功率放大器，微波激励源产生的脉冲微波信号耦合至天线；用于接收肝脏产生的热声信号的超声接收器；用于对超声接收器接收的热声信号进行处理的处理单元；处理单元根据脂肪肝的病变程度脂肪含量的差异与微波吸收差异，并结合接收的热声信号和微波辐射系统的参数计算肝脏内脂肪含量。本发明能够无创定量的检测脂肪肝的脂肪含量，快速方便，检测准确。
Description
技术领域
本发明涉及医学领域，尤其涉及一种检测肝脏内脂肪含量的系统。
背景技术
近年来，随着国民生活水平的改善、生活方式的改变以及检测水平的提高，脂肪肝已经成为体检及临床工作中最常见的疾病之一，且发病患者数剧增。资料表明目前国人脂肪肝的发生率达到20％－33％，肥胖者患病率达到60％～90％，随着肥胖者及代谢综合症在全球范围内的增多，脂肪肝患病率继续增高且呈现低龄化趋势。脂肪肝是各种弥漫性肝脏病变中一种常见病理损害，也是许多全身代谢性疾病在肝脏的局部损害。早期隐匿，无明显临床症状，积极干预后可逆转，但若病人得不到及时的治疗，丧失治疗时机将可能导致病情的进一步演变：约有25％的患者可演变成肝脏纤维化，有1.5％～8％的患者可进展为肝硬化。因此，早期发现脂肪肝及治疗脂肪肝至关重要；而且相对于心脑肺血管疾病，脂肪肝更多发生于轻壮年时期，早期诊断及干预水平的高低将直接关系到青壮年的健康质量、是否长期消耗医疗资源的问题。因此早期诊断及定量分级诊断脂肪肝有着重大的意义。
热声测量及成像是利用脉冲微波激励生物组织，基于不同生物组织对脉冲微波的吸收差异，进而导致吸收后产热不同，最后产生超声波信号用于测量或成像。该成像技术反映的是生物组织对微波吸收的差异。
目前脂肪肝的诊断依靠患者临床表现、实验室检验及影像学检查。临床症状不特异且通常不会早期出现，实验室中肝功能异常等也难以发现早期脂肪肝，而影像学中基本依赖B超。但由于超声检查受到检查者经验、超声仪器调节、病人条件及图像信号等因素影响，脂肪肝的超声诊断尤其是定量诊断存在重复性不好、不够客观甚至不够准确的问题，无法满足临床脂肪肝定量诊断的要求；计算机断层扫描(CT)存在X射线暴露、价格昂贵且难以准确定量诊断脂肪肝等问题；核磁共振(MRI)也存在价格昂贵、定量诊断准确性仍然有争议及普及应用受限等问题。因此脂肪肝的诊断金标准一直是病理诊断，但是众所周知病理检查是有创的且无法用于脂肪肝病人的随访和评估。故而脂肪肝的无创定量诊断急需新的技术。
发明内容
本发明旨在提供一种检测肝脏内脂肪含量的系统，能够无创定量的检测脂肪肝的脂肪含量，快速方便，检测准确。
为达到上述目的，本发明是采用以下技术方案实现的：
本发明公开上午检测肝脏内脂肪含量的系统，包括：
用于辐射肝脏的微波辐射系统，所述微波辐射系统包括微波激励源，所述微波激励源包括磁控管或固态功率放大器，所述微波激励源产生的脉冲微波信号耦合至天线；
用于接收肝脏产生的热声信号的超声接收器；
用于对超声接收器接收的热声信号进行处理的处理单元；所述处理单元根据脂肪肝的病变程度脂肪含量的差异与微波吸收差异，并结合接收的热声信号和微波辐射系统的参数计算肝脏内脂肪含量。
优选的，所述计算肝脏内脂肪含量采用式(1)计算：
μa(f)＝A·μa_fat(f)+B·μa_liver(f) (1)
式(1)中：A是肝脏脂肪含量含量，B是肝脏组织含量，A+B＝1，μa_fat(f)和μa_liver(f)分别代表频率f下脂肪和肝脏的吸收系数，μa(f)是整个肝脏的吸收系数，频率f为微波信号的频率，μa(f)由式(2)确定：
式(2)中：ω是微波信号角频率；μ是磁导率；ε是相对介电常数；σ是电导率；其中μ忽略不计；μa(f)是微波信号频率为f时的吸收系数。
优选的，所述脉冲微波信号的中心频率为0.1～3.0GHz，脉冲宽度为10～1000ns，脉冲峰值功率为10～90kW，脉冲重复频率为1～1000Hz。。
优选的，所述超声接收器的接收频段为0.5～5M Hz。
进一步的，所述处理单元包括数据库，所述数据库包括预先建立的不同脂肪含量肝脏的标准微波热声信号的幅值，处理单元根据接收的热声信号的幅值与数据库对比，得到脂肪含量数据。
进一步的，所述微波辐射系统有若干个，所述超声接收器包括阵列多通道超声探测，若干个微波辐射系统扫查整个肝脏部位，与数据库对比的接收的热声信号的幅值为接收的热声信号最小幅值区间的幅值。
进一步的，所述处理单元还包括成像平台，所述成像平台根据接收的热声信号重建肝脏图像并输出肝脏图像。
进一步的，所述处理单元还对肝脏的脂肪含量进行分级，所述分级根据接收的热声信号的幅值，信号幅值为1～10倍单位值为重度脂肪肝，信号幅值为11～20倍单位值为中度脂肪肝，信号幅值为21～30倍单位值为轻度脂肪肝，信号幅值为30倍单位值以上为正常。
优选的，所述微波辐射系统的天线为开口喇叭天线、贴片天线或单极子天线。
优选的，所述微波激励源产生的脉冲微波信号通过耦合器耦合至环形器，所述环形器通过同轴电缆或波导连接天线。
本发明借助热声成像技术获取肝脏的微波吸收分布信息；根据获得的微波吸收分布信息，计算肝脏中脂肪的含量；最后，依据获得的肝脏中脂肪含量信息，对肝脏的脂肪化程度进行分级。本发明的有益效果如下：
1、本发明能够无创定量的检测脂肪肝的脂肪含量，快速方便，检测准确；可为脂肪肝的诊断和治疗提供参考。
2、本发明提出一种基于热声成像技术进行脂肪肝分级诊断的方法，用该方法可以无损的现脂肪肝的分级诊断。
3、本发明能够对肝脏中脂肪含量进行定量成像，可以帮助检测人员对脂肪肝进行分级诊断，有助于提高脂肪肝的诊断精准度和推动微波热声成像技术在临床中应用发展。
附图说明
图1为微波热声成像的原理图；
图2为本发明的使用示意图；
图3为正常鹅肝和鹅脂肪肝的热声成像对比图。
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，对本发明进行进一步详细说明。
如图1所示，本发明公开的检测肝脏内脂肪含量的系统，利用微波热声成像的原理，采用微波热声检测方式检测肝脏内脂肪含量，具体的，包括：
用于辐射肝脏的微波辐射系统，微波辐射系统包括微波激励源，微波激励源包括磁控管或固态功率放大器，微波激励源产生的脉冲微波信号通过耦合器耦合至环形器，环形器通过同轴电缆或波导连接天线，天线可以是开口喇叭天线、贴片天线、单极子天线或者其他形式天线。脉冲微波信号中心频率为0.1～3.0GHz，脉冲宽度为10～1000ns，脉冲峰值功率为10～90kW，脉冲重复频率为1～1000Hz。；小于IEEE(Std C95.1TM,2005)规定的安全辐照功率密度(10mW/cm2)；
用于接收肝脏产生的热声信号的超声接收器，超声接收器的接收频段为0.5～5MHz。
用于对超声接收器接收的热声信号进行处理的处理单元；处理单元根据脂肪肝的病变程度脂肪含量的差异与微波吸收差异，并结合接收的热声信号和微波辐射系统的参数计算肝脏内脂肪含量。具体算法为：
计算肝脏内脂肪含量采用式(1)计算：
μa(f)＝A·μa_fat(f)+B·μa_liver(f)(1)
式(1)中：A是肝脏脂肪含量含量，B是肝脏组织含量，A+B＝1，μa_fat(f)和μa_liver(f)分别代表频率f下脂肪和肝脏的吸收系数，μa(f)是整个肝脏的吸收系数，频率f为微波信号的频率，μa(f)由式(2)确定：
式(2)中：ω是微波信号角频率；μ是磁导率；ε是相对介电常数；σ是电导率；其中μ忽略不计；μa(f)是微波信号频率为f时的吸收系数。
具体的脂肪含量检测步骤如下：
1、构建一个数据库，建立不同脂肪含量肝脏的微波热声信号数据库，并依据医学标准对脂肪肝程度进行划分，比如：在相同系统条件下，信号幅值为：1～10单位定义为重度脂肪肝，11～20定义为中度脂肪肝，21～30定义为轻度脂肪肝，30以上定义为正常；
2、在超声平台加入热声信号获取硬件接口(主要是增加微波辐射系统)，采集肝脏热声信号，通过扫查整个肝脏部位，找出热声信号最小幅值区间，并与标准数据库对比；
依据对比结果给出脂肪含量的相应结果报告。
如图2所示，处理单元还包括成像平台，成像平台根据接收的热声信号重建肝脏图像并输出肝脏图像；图3即为正常鹅肝和鹅脂肪肝的热声成像对比图。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (9)
1.一种检测肝脏内脂肪含量的系统，其特征在于，包括：
用于辐射肝脏的微波辐射系统，所述微波辐射系统包括微波激励源，所述微波激励源包括磁控管或固态功率放大器，所述微波激励源产生的脉冲微波信号耦合至天线；
用于接收肝脏产生的热声信号的超声接收器；
用于对超声接收器接收的热声信号进行处理的处理单元；所述处理单元根据脂肪肝的病变程度脂肪含量的差异与微波吸收差异，并结合接收的热声信号和微波辐射系统的参数计算肝脏内脂肪含量；
所述微波辐射系统有若干个，所述超声接收器包括阵列多通道超声探测，若干个微波辐射系统扫查整个肝脏部位，与数据库对比的接收的热声信号的幅值为接收的热声信号最小幅值区间的幅值。
2.据权利要求1所述的检测肝脏内脂肪含量的系统，其特征在于，所述计算肝脏内脂肪含量采用式(1)计算：
μa(f)＝A·μa_fat(f)+B·μa_liver(f) (1)
式(1)中：A是肝脏脂肪含量，B是肝脏组织含量，A+B＝1，μa_fat(f)和μa_liver(f)分别代表频率f下脂肪和肝脏的吸收系数，μa(f)是整个肝脏的吸收系数，频率f为微波信号的频率，μa(f)由式(2)确定：
式(2)中：ω是微波信号角频率；μ是磁导率；ε是相对介电常数；σ是电导率；其中μ忽略不计；μa(f)是微波信号频率为f时的吸收系数。
3.根据权利要求1或2所述的检测肝脏内脂肪含量的系统，其特征在于，所述脉冲微波信号的中心频率为0.1～3.0GHz MHz，脉冲宽度为10～1000ns，脉冲峰值功率为10～90kW，脉冲重复频率为1～1000Hz。
4.根据权利要求3所述的检测肝脏内脂肪含量的系统，其特征在于：所述超声接收器的接收频段为0.5～5MHz。
5.根据权利要求1所述的检测肝脏内脂肪含量的系统，其特征在于，所述处理单元包括数据库，所述数据库包括预先建立的不同脂肪含量肝脏的标准微波热声信号的幅值，处理单元根据接收的热声信号的幅值与数据库对比，得到脂肪含量数据。
6.根据权利要求1所述的检测肝脏内脂肪含量的系统，其特征在于，所述处理单元还包括成像平台，所述成像平台根据接收的热声信号重建肝脏图像并输出肝脏图像。
7.根据权利要求5所述的检测肝脏内脂肪含量的系统，其特征在于，所述处理单元还对肝脏的脂肪含量进行分级，所述分级根据接收的热声信号的幅值，信号幅值为1～10倍单位值为重度脂肪肝，信号幅值为11～20倍单位值为中度脂肪肝，信号幅值为21～30倍单位值为轻度脂肪肝，信号幅值为30倍单位值以上为正常。
8.根据权利要求1所述的检测肝脏内脂肪含量的系统，其特征在于，所述微波辐射系统的天线为开口喇叭天线、贴片天线或单极子天线。
9.根据权利要求1所述的检测肝脏内脂肪含量的系统，其特征在于，所述微波激励源产生的脉冲微波信号通过耦合器耦合至环形器，所述环形器通过同轴电缆或波导连接天线。
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Legal Events
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