CN111317444A - 一种基于电子光学技术的无线多测头宫颈癌筛查系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于电子光学技术的无线多测头宫颈癌筛查系统，包括数据处理系统、无线通信系统及多个无线测头；所述无线测头用于对宫颈组织施加电压和/或光照射，并采集宫颈组织在电压和/或光照射作用下的反馈信号；所述无线通信系统用于多个所述无线测头与所述数据处理系统之间的通信；所述无线测头设有第一无线模块；所述无线通信系统设有与所述第一无线模块通信的第二无线模块；所述无线测头采集的信号，依次通过所述第一无线模块及所述第二无线模块，发送至所述数据处理系统；所述数据处理系统用于对来自所述无线测头的采集信号进行分析处理。本发明采用光电联合筛查的方式提高了筛查准确率。同时具有实时、无创的优点。
Description
技术领域
本发明涉及医学光电技术领域，特别涉及一种基于电子光学技术的无线多测头宫颈癌筛查系统。
背景技术
目前，宫颈癌是女性常见的生殖系统恶性肿瘤，其发病率在逐年增加，在女性恶性肿瘤中排名第二，仅次于乳腺癌。全世界每年大约有50万的宫颈癌新发病例，其中80％的病例来自发展中国家，而中国占27％以上。感染人乳头瘤病毒(HPV)是导致宫颈鳞状上皮内瘤变(CIN)以及宫颈癌的一个重要因素，HPV在99.8％的宫颈癌患者中被发现，在CIN2和CIN3中的检出率分别为55％和65％。CIN发展为宫颈癌是一个长达数年的过程，因此早期筛查和治疗具有重大的意义。
现存的宫颈癌筛查方法主要包括细胞学筛查方法、HPV-DNA检测方法、阴道镜检查和荧光原位杂交技术等。这些筛查方法在筛查周期、对外界环境要求、组织损伤、对医师的技术要求等方面存在着缺陷，容易造成患者心理的负担，延误治疗时间。
癌变组织在组织结构、细胞形态和代谢水平方面与正常组织存在着明显的差异，当光与组织体相互作用时，吸收和散射效应会因细胞形态和组织结构的变化而发生变化。光学功能型检测方法在宫颈癌诊断和筛选方面的作用已被美国食品和药物管理局(FDA)得到了认可，并承认了设备LUMA在筛查宫颈癌方面的作用，但目前该设备空间分辨率为2mm，存在检测结果准确性低，该设备不易在医疗条件差的偏远地区使用，且宫颈癌的筛查效率低。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种可在偏远地区使用且宫颈癌的筛查效率高的基于电子光学技术的无线多测头宫颈癌筛查系统。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种基于电子光学技术的无线多测头宫颈癌筛查系统，包括数据处理系统、无线通信系统及多个无线测头；所述无线测头用于对宫颈组织施加电压和/或光照射，并采集宫颈组织在电压和/或光照射作用下的反馈信号；所述无线通信系统用于多个所述无线测头与所述数据处理系统之间的通信；所述无线测头设有第一无线模块；所述无线通信系统设有与所述第一无线模块通信的第二无线模块；所述无线测头采集的信号，依次通过所述第一无线模块及所述第二无线模块，发送至所述数据处理系统；所述数据处理系统用于对来自所述无线测头的采集信号进行分析处理。
进一步地，所述无线测头包括第一微处理器模块、用于驱动LED发光的LED驱动模块、用于发射光波的LED光源模块、用于将光波转变为电信号的光电传感器及第一放大电路模块；所述第一微处理器模块输出信号至所述LED驱动模块；所述LED驱动模块输出电压信号至所述LED光源模块；所述LED光源模块发出光波照射宫颈组织；所述光电传感器接收来自宫颈组织的反馈光波并发出电压信号至所述第一放大电路模块；所述第一放大电路模块将接收的电压信号放大后输出至所述第一微处理器模块；所述第一微处理器模块对接收的信号进行处理并将处理后的信号发送至所述第一无线模块。
进一步地，所述无线测头还包括用于发出脉冲电压的脉冲电源模块、用于向宫颈组织施加电压的发射电极、用于采集经宫颈组织衰减后的电压的接收电极以及第二放大电路模块；所述第一微处理器模块输出信号至所述脉冲电源模块；所述脉冲电源模块输出脉冲电压信号至所述发射电极；所述接收电极将采集的宫颈组织衰减电压信号发送至所述第二放大电路模块；所述第二放大电路模块将接收的电压信号放大后输出至所述第一微处理器模块。
进一步地，所述无线测头顶端为圆台型，在所述圆台的顶部中心设有所述光电传感器，围绕所述光电传感器设有所述LED光源模块；在所述圆台上边缘设有所述发射电极和所述接收电极。
进一步地，所述LED光源模块包括多种发射波长不同的半导体发光二极管。
进一步地，所述LED光源模块包括发射波长分别为530nm、530nm及530nm的半导体发光二极管。
进一步地，所述第一微处理器模块包括STM32F407型微处理器。
进一步地，所述无线测头还包括用于人机交互的第一人机交互模块，所述第一微处理器模块接收来自所述第一人机交互模块的操作指令信号，并输出信号至所述第一人机交互模块进行显示。
进一步地，所述无线通信系统还包括第二微处理器模块和串口通信模块，所述第二微处理器模块控制所述第二无线模块和所述第一无线模块之间的通信，并对所述第二无线模块接收的信号进行处理后发送至所述串口通信模块；所述串口通信模块输出信号至所述数据处理系统。
进一步地，所述数据处理系统包括上位机及用于人机交互的第二人机交互模块；所述上位机分别接收来自所述无线测头及所述第二人机交互模块的信号并进行处理，其将处理后的信号发送至所述人机交互模块进行显示。
本发明具有的优点和积极效果是：本发明基于光和电刺激作用到正常组织与病变组织后具有不同反馈信号的原理，制造成本低，操作简便、检测时间短，弥补传统宫颈癌筛查方法的不足，数据传输设计为无线的方式，用远程上位机统一对采集的信号进行运算及分析，更便于偏远地区及医疗不发达地区的宫颈癌筛查，同时能够实现多个无线测头对多个病人进行筛查，提高筛查的速率。本发明采用光电联合筛查的方式提高了筛查准确率。同时具有实时、无创的优点。本发明可以采用一个上位机等数据处理系统对应多个无线测头，提高了上位机等数据处理系统的利用率，实现了筛查数据的集中管理。
附图说明
图1是本发明的一种结构示意图。
图2是本发明的一种系统工作原理示意图。
图3是本发明的一种LED驱动模块工作原理示意图。
图4是本发明的一种第一放大电路模块工作原理示意图。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹列举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
请参见图1至图4，一种基于电子光学技术的无线多测头宫颈癌筛查系统，包括数据处理系统、无线通信系统及多个无线测头；所述无线测头用于对宫颈组织施加电压和/或光照射，并采集宫颈组织在电压和/或光照射作用下的反馈信号；所述无线通信系统用于多个所述无线测头与所述数据处理系统之间的通信；所述无线测头设有第一无线模块；所述无线通信系统设有与所述第一无线模块通信的第二无线模块；所述无线测头采集的信号，依次通过所述第一无线模块及所述第二无线模块，发送至所述数据处理系统；所述数据处理系统用于对来自所述无线测头的采集信号进行分析处理。
为了改变传统宫颈癌筛查方法在筛查周期、组织损伤、对医师要求等方面存在的缺点，本发明将光电联合刺激作用于宫颈癌筛查，数据传输设置为无线方式，使得本系统不仅具有实时无创、操作简单的优点，而且能够实现多个无线测头的同时工作，提高了宫颈癌的筛查效率。
优选地，所述无线测头可包括第一微处理器模块、用于驱动LED发光的LED驱动模块、用于发射光波的LED光源模块、用于将光波转变为电信号的光电传感器、第一放大电路模块、第一滤波电路模块以及存储模块等等；所述第一微处理器模块输出信号至所述LED驱动模块；所述LED驱动模块输出电压信号至所述LED光源模块；所述LED光源模块发出光波照射宫颈组织；所述光电传感器接收来自宫颈组织的反馈光波并发出电压信号至所述第一放大电路模块；所述第一放大电路模块将接收的电压信号放大后输出至第一滤波电路模块；第一滤波电路模块对输入的信号进行滤波处理后输出至所述第一微处理器模块；所述第一微处理器模块对接收的信号进行运算处理，并将处理后的信号发送至所述第一无线模块。第一微处理器模块可采用具有A/D转换功能的微处理器模块，其可将来自第一放大电路模块的电压信号转换为数字信号进行运算处理或存入存储模块进行存储，也可以在第一滤波电路模块和第一微处理器模块之间设置A/D转换模块，由外置的A/D转换模块将模拟量信号转变为数字信号输入至第一微处理器模块。采用LED光源模块发出光波照射宫颈组织；具有制造成本低且无创的优点。
优选地，所述无线测头还可包括用于发出脉冲电压的脉冲电源模块、用于向宫颈组织施加电压的发射电极、用于采集经宫颈组织衰减后的电压的接收电极、第二放大电路模块以及第二滤波电路模块；所述第一微处理器模块输出信号至所述脉冲电源模块；所述脉冲电源模块输出脉冲电压信号至所述发射电极；所述接收电极将采集的宫颈组织衰减电压信号发送至所述第二放大电路模块；所述第二放大电路模块将接收的电压信号放大后输出至第二滤波电路模块；第二滤波电路模块对输入的信号进行滤波处理后输出至所述第一微处理器模块；可在第二滤波电路模块和第一微处理器模块之间设置A/D转换模块，由外置的A/D转换模块将模拟量信号转变为数字信号输入至第一微处理器模块。
优选地，所述无线测头顶端可为圆台型，采用顶部直径小于底部直径的圆台便于在宫颈内移动。在所述圆台的顶部中心可设有所述光电传感器，围绕所述光电传感器可设有多个半导体发光二极管构成的所述LED光源模块；可在所述圆台上边缘设有所述发射电极和所述接收电极。可将半导体发光二极管置于光筒内，便于集中光束。光电传感器设置在中心便于均衡采集各个半导体发光二极管发射光后的宫颈组织的反馈光波。
优选地，所述LED光源模块可包括多种发射波长不同的半导体发光二极管。通过多种发射波长不同的半导体发光二极管，便于采集得到宫颈组织的光反馈信号更全面准确反映光效应特征参数。
优选地，所述LED光源模块可包括发射波长分别为530nm、530nm及530nm的半导体发光二极管。530nm、530nm及530nm的半导体发光二极管。可分别发出530nm的绿光、660nm的红光和940nm的近红外光。
优选地，所述第一微处理器模块可包括STM32F407型微处理器。探索者STM32F407是一款基于ARM Cortex-M4内核的开发板，最高主频为168Mhz，该开发板具有丰富的板载资源，可以充分发挥STM32F407的芯片性能。该开发板常用板载资源如下：MCU采用STM32F407ZGT6芯片，主频高达168MHz，其拥有的资源包括：集成FPU和DSP指令集、192KBSRAM、1024KB FLASH、2个基本定时器、10个通用定时器、2个高级定时器、2个DMA控制器(共12个通道)、3个SPI、3个IIC、6个UART、2个USB(支持HOST/SLAVE)、2个全双工IIS、2个CAN、3个12位ADC、2个12位DAC、1个SDIO接口、1个FSMC接口、1个10M/100M以太网MAC控制器、1个摄像头接口(DCMI)、1个RTC、2个看门狗、1个硬件随机数生成器以及112个通用IO口，定时器中包含PWM输出、输入捕捉以及输出比较等等。
优选地，所述无线测头还可包括用于人机交互的第一人机交互模块，所述第一微处理器模块接收来自所述第一人机交互模块的操作指令信号，并输出信号至所述第一人机交互模块进行显示。第一人机交互模块可采用触摸屏等人机界面实现人机交互，也可采用显示屏和按键组合实现人机交互。第一人机交互模块用于现场操作者或医生检测时人机交互。通过第一人机交互模块操作者或医生可现场输入操作指令及参数等，比如启动或停止检测、设置检测时间、检测频次等，所述第一微处理器模块对采集的信号进行处理后通过第一人机交互模块显示给操作者或医生，以便医生根据检测结果决定是否改变检测参数、结束检测或重新检测等。
优选地，所述无线通信系统还可包括第二微处理器模块和串口通信模块，所述第二微处理器模块控制所述第二无线模块和所述第一无线模块之间的通信，并对所述第二无线模块接收的信号进行处理后发送至所述串口通信模块；所述串口通信模块输出信号至所述数据处理系统。所述无线通信系统也可包括现有技术中的无线网关，无线网关可以支持不同协议之间的转换，实现不同协议网络之间的互联。其集成有简单路由功能的无线AP，即无线网关通过不同设置可完成无线网桥和无线路由器的功能，也可以直接连接外部网络(如WAN)，其具有多个无线局域网接入点、具网络地址转换功能(NAT)以实现多用户的Internet共享接入的硬件设备。
优选地，所述数据处理系统可包括上位机及用于人机交互的第二人机交互模块；所述上位机分别接收来自所述无线测头及所述第二人机交互模块的信号并进行处理，其将处理后的信号发送至所述人机交互模块进行显示。第二人机交互模块为用于远程医生进行人机交互。第二人机交互模块可采用触摸屏等人机界面实现人机交互，也可采用显示屏和按键组合实现人机交互，比如采用OLED显示屏。上位机可采用能高速运算处理数据的服务器，对无线测头采集的数据能够进行各种处理及分析，并形成分析报告。通过显示屏等进行显示以及通过打印设备进行打印等。
上述中的第一微处理器模块及第二微处理器模块均可采用现有技术中的微处理芯片或集成的微处理模块，比如STM32F407型微处理器模块，上述第一无线模块及所述第二无线模块均可采用现有技术中的适用的无线收发芯片电路或集成的无线模块，上述的串口通信模块、光电传感器、上位机、人机界面、OLED显示屏、半导体发光二极管、放大电路模块中的放大器等元器件和装置均可采用现有技术中适用产品。
下面以本发明的一个优选实施例来进一步说明本发明的结构及工作原理：
如图1所示为一种基于电子光学技术的无线多测头宫颈癌筛查系统，包括数据处理系统、无线通信系统及多个无线测头，图2是以一个无线测头为例的系统工作原理图，多测头系统为在此基础上进行扩展。
(一)无线测头：主要包括包括第一微处理器模块、第一电源模块、用于驱动LED发光的LED驱动模块、用于发射光波的LED光源模块、用于将光波转变为电信号的光电传感器、用于发出脉冲电压的脉冲电源模块、用于向宫颈组织施加电压并采集经宫颈组织衰减后的电压的电极、第一放大电路模块、第二放大电路模块以及第一无线模块。其中第一微处理器模块采用STM32F407最小模块；第一电源模块提供给各上述模块工作电源。
(1)第一微处理器模块：第一微处理器模块的功能是控制及运算，其对无线测头各模块的工作进行控制，并对接收的信号进行运算等处理，第一微处理器模块可采用现有技术中适用的微处理模块，比如采用STM32F407最小模块等。第一微处理器模块可输出采样控制时序信号，来控制所述无线测头对宫颈组织施加电压和/或光照射，并采集宫颈组织在电压和/或光照射作用下的反馈信号。
(2)LED驱动模块：请参见图3，LED驱动模块在第一微处理器的控制下，输出电压使得半导体发光二极管LED发出光波，其可采用集成电路模拟开关，模拟开关分别与第一微处理器模块及半导体发光二极管的工作电源连接，在第一微处理器模块的控制下，ADG733集成电路等模拟开关可使半导体发光二极管的工作电源与半导体发光二极管LED接通或断开，从而使半导体发光二极管LED发光或熄灭。集成电路模拟开关可选ADG733型集成电路模拟开关，ADG733是一款低压CMOS器件，内置三个独立可选的单刀双掷(SPDT)开关。该器件具有低功耗特性，采用+1.8V至+5.5V单电源/±3V双电源工作，因而非常适合电池供电的便携式仪表应用。所有通道均采用先开后合式开关，防止开关通道时发生瞬时短路。该器件提供EN输入，用来使能或禁用器件。禁用时，所有通道均关断。当第一微处理器模块的控制信号通过控制端口输入驱动电路，ADG733集成电路在控制信号的控制下，3通道单刀双掷模拟开关实现切换，控制2.5V～5.5V基准电压源与各运算放大器同相放大电路相通或断开，当程序信号为高电平时，2.5V的精密并联基准电压源与运算放大器同相放大电路接通，场效应管连接为源跟随器，并且位于运算放大器的反馈环路内，这将强迫电流设置电阻RS上的电压等于基准电压，此时LED所处电路导通产生光信号。ADG733单刀双掷模拟开关可分别与LED光源模块及自检电路连接，通过切换电刺激电极的连接位置完成测量和设备自检的切换。
(3)LED光源模块：主要包括三种波长的半导体发光二极管LED(分别为530nm的绿光、660nm的红光、940nm的近红外光)。每个半导体发光二极管在LED驱动模块的电压驱动下，发出光波照射待筛查的宫颈组织。
(4)第一放大电路模块：请参见图4，第一放大电路模块主要包括运算放大器以及电阻电容等电子元器件。在运放的同相输入端加入调零电路，使该电路在无光的条件下调整电路输出为零。当光电传感器接收宫颈组织反馈的光波后转变为电压信号，第一放大电路模块输入来自光电传感器的电压信号，放大后输入至第一微处理器模块。电路后级加入电压跟随器用以调整电路的输出阻抗，方便后续电路对光电信号的采集。在第一放大电路模块与第一微处理器模块之间可串接模数转换模块，这样可将模拟量电压信号转变为数字信号输入至第一微处理器模块。
第二放大电路模块的工作原理与第一放大电路模块相同。
(5)第一电源模块：其作用是给整个无线测头内的各模块供电，其对应各模块的工作电压要求，可输出多种电压值的稳定电源，比如可输出+3.3V、±5V、±2.5V等。
(6)第一无线模块：第一无线模块主要包括无线芯片、晶振、偏置电阻和去耦电容等电子元器件。无线芯片可采用现有技术中的适用无线芯片。第一无线模块通过第一微处理器模块，控制无线芯片各引脚的高低电平以及寄存器的取值来实现数据的无线发送与无线接收。本发明选用增强型ShockBurstTM的数据包形式,包括前导码、地址、标志位、数据和CRC校验。采集的信号经第一微处理器模块处理后，形成数据包，然后通过第一无线模块发送出去。每一个无线测头可采样得到1500个值，按照设计的光电测量时序进行发送。通道地址设置请参照下表1，无线传输数据序列示例请参见表2：
表1：通道地址设置表
| 数据通道 | Byte4 | Byte3 | Byte2 | Byte1 | Byte0 |
| 0(RX_ADDR_P0) | 0xC2 | 0xC2 | 0xC2 | 0xC2 | 0xC1 |
| 1(RX_ADDR_P1) | 0xC2 | 0xC2 | 0xC2 | 0xC2 | 0xC2 |
| 2(RX_ADDR_P2) | 0xC2 | 0xC2 | 0xC2 | 0xC2 | 0xC3 |
| 3(RX_ADDR_P3) | 0xC2 | 0xC2 | 0xC2 | 0xC2 | 0xC4 |
| 4(RX_ADDR_P4) | 0xC2 | 0xC2 | 0xC2 | 0xC2 | 0xC5 |
| 5(RX_ADDR_P5) | 0xC2 | 0xC2 | 0xC2 | 0xC2 | 0xC6 |
表2：无线传输数据序列表
| 刺激形式 | 电极1 | 绿光 | 电极2 | 红光 | 电极3 | 红外光 |
| 数据包 | 1—27 | 27—34 | 34—60 | 61—67 | 67—94 | 94—100 |
| 数据个数(字节) | 800 | 200 | 800 | 200 | 800 | 200 |
如表1所示，以通道0为例对无线传输工作原理进行说明，无线测头采样得到的数据每个占两个字节，每次发送15个数据，一个无线测头需发送100个数据包。由于存在多个无线测头同时对多个病人进行宫颈癌筛查的情况，所以存在数据同时发送的可能性，通过对无线芯片的寄存器进行设置，选择合适的自动重发延时和自动重发计数，发送方在发送完数据后进入接收模式并在设置的时间内等待对方发送过来的应答信号，若在设置的时间内收到应答信号则说明发送成功，随后转为发送模式。否则，发送方将重新对数据包进行发送，直到收到应答信号或者达到设置的最大重发次数。
第二无线模块与第一无线模块相互通信，两者的通信协议相匹配。
本发明的一种无线测头顶端呈现圆台型，圆台周围均匀分布三对电极，每对电极包括发射电极和接收电极，中间分布着与光纤耦合的半导体发光二极管和光电传感器以及盲丝，其中光电传感器分布在正中央，其四周LED与盲丝交替均匀分布，LED选用的波段分别为530nm的绿光、660nm的红光和940nm的近红外光，测头沿移行带进行采集，从宫颈前唇的9点钟方向到宫颈后唇的6点钟方向以顺时针方式采样16个点。
(二)无线通信系统：请参见图2，无线通信系统主要包括第二无线模块、第二微处理器模块和串口通信模块、第二电源模块等，第二微处理器模块可选用STM32F407最小模块。
(1)第二微处理器模块：第二微处理器模块的功能是控制及运算，其对第二无线模块和串口通信模块等模块的工作进行控制，并对接收的信号进行运算等处理，第二微处理器模块可采用现有技术中适用的微处理模块，比如可采用STM32F407最小模块等。
(2)第二电源模块：其作用主要是给无线通信系统内的模块提供工作电源，其对应各模块的工作电压要求，可输出多种电压值的稳定电源，比如可输出+3.3V、±5V、±2.5V等。
(3)第二无线模块：其电路原理与第一无线模块相同，其作用主要是接收来自第一无线模块的数据，得到如表2所示的数据形式，通过对地址进行匹配确定发送方的通道，进而确定来自哪个测头。
(4)串口通信模块：其作用主要是将无线接收到的数据通过RS-232串口传输到上位机。
(三)数据处理系统：请参看图2，数据处理系统主要包括上位机、第二人机交互模块、打印模块、按键模块等。
(1)上位机：其作用主要是用于对无线测头采集的数据进行分析处理，上位机接收来自第二人机交互模块的信号，实现对病人基本信息的存储；上位机接收无线测头采集的数据、对采集的数据进行处理，得到宫颈组织的光或电特征参数，并将处理后的信号发送至第二人机交互模块进行显示，发送到打印模块进行打印。
电学特征参数为时间衰减常数
(U1和U2为以时间T1和T2为起始时间的相同时间间隔的衰减曲线面积)，光学特征参数为相对反射率
(I为漫反射光强)，本系统选用的标准测光筒的关键材料是聚四氟乙烯，该材料对人体无害无毒、物理化学性质稳定、易于加工和批量生产。
上位机可内设宫颈组织分类的算法模块，根据计算得到的宫颈组织的光或电特征参数，通过算法模块对宫颈组织进行分类分析。
本发明可选用支持向量机的分类算法，核函数选用的是高斯径向基(RBF)核函数，其表达式为
该核函数适用于非线性可分数据且参数只有一个，考虑参数优选算法的原理和特点以及算法的计算时长和准确率，选用网格搜索法的参数优选方法。这种方法是在一定的数据范围内，将参数惩罚因子C和γ按一定的步长划分为网格形式，利用交叉互验方法得到训练集在特定的某组C和γ下的分类准确率，重复上述步骤，直至网格内的所有C和γ组合被选定，将获得最高准确率的那组C和γ作为最佳的参数，从而得到最佳的训练模型，调用分类模型对光电特征参数进行分类。
(2)第二人机交互模块：第二人机交互模块主要用于人机交互，其可包括OLED显示模块及按键模块，操作人员或医生可通过人机交互模块发出指令，或者录入信息、参数。进行作业指令、患者信息的输入、以及信息查询、无线测头的选择等。同时第二人机交互模块接收来自上位机的信号并进行显示。显示测量过程中的检测数据。使操作人员或医生可以了解宫颈组织的检测过程数据即分类结果。
(3)打印模块：其作用主要是对病人检测结果进行打印。上位机将宫颈组织的光或电特征参数以及分析结果等发送给打印模块，由打印模块进行打印。打印模块可以是现有技术中的适用的打印机。
(4)按键模块：其作用主要是配合人机交互模块进行作业指令、患者信息的输入、以及信息查询、无线测头的选择等。
上述的一种基于电子光学技术的无线多测头宫颈癌筛查系统，其工作流程如下：
(1)首先将一次性耗材套到测头上，然后对系统进行初始化，然后进行自检，当自检失败时，会提示进行重新自检；当自检成功后，设置无线模块为发送模式，准备进行筛查；
(2)将测头放入待测宫颈组织，根据设置的测量时序，按照设计的筛查方向对组织进行光电刺激，当对光电反馈信号进行A/D采样后，系统会对数据进行处理，判断数据是否有效，当判断某个无线测头的采集数据无效时，第一人机交互模块会提示无效，该无线测头需重新进行检测；当第一人机交互模块显示有效后，对下一个测量点进行光电刺激。在对宫颈组织进行刺激之前，先进行光波照射，然后通过光电传感器得到光反馈信号，将反馈信号转成电信号并放大处理后发送给第一微处理器模块。
(3)对每个病人进行16个点的光电刺激，第一微处理器模块对数据进行处理后，可将有效的数据进行存储，当对一个病人筛查完毕时，将有效的数据打包通过第一无线模块及无线通信系统发送给上位机。当多个无线测头同时进行数据发送时，无线通信系统通过第二微处理处理对各个测头的自动重发计数和自动重发间隔进行设置，避免产生干扰。
(4)通过第二人机交互界面，将病人的基本信息录入至上位机的存储器中，由上位机对各个无线测头采集的数据进行处理，得到对应的光电特征参数，其中电学数据经过处理得到时间衰减常数
(U1和U2为以时间T1和T2为起始时间的相同时间间隔的衰减曲线面积),光学数据经过处理得到相对反射系数
(I为漫反射光强)。上位机内设有宫颈组织分类模型，将光电特征参数输入宫颈组织分类模型，由宫颈组织分类模型得到筛查的分类结果，并可对筛查的分类结果进行打印。
本发明的工作原理：癌变组织在组织结构、细胞形态和代谢水平方面与正常组织存在着明显的差异，当光与组织体相互作用时，吸收和散射效应会因细胞形态和组织结构的变化而发生变化。宫颈组织可以等效为阻抗三元件模型，当对其进行电刺激时，由于病变组织与正常组织电阻电容值的不同，宫颈组织在电压刺激下的电压衰减曲线；导致刺激后的电压衰减曲线不同。
以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。
Claims (10)
1.一种基于电子光学技术的无线多测头宫颈癌筛查系统，其特征在于，包括数据处理系统、无线通信系统及多个无线测头；所述无线测头用于对宫颈组织施加电压和/或光照射，并采集宫颈组织在电压和/或光照射作用下的反馈信号；所述无线通信系统用于多个所述无线测头与所述数据处理系统之间的通信；所述无线测头设有第一无线模块；所述无线通信系统设有与所述第一无线模块通信的第二无线模块；所述无线测头采集的信号，依次通过所述第一无线模块及所述第二无线模块，发送至所述数据处理系统；所述数据处理系统用于对来自所述无线测头的采集信号进行分析处理。
2.根据权利要求1所述的基于电子光学技术的无线多测头宫颈癌筛查系统，其特征在于，所述无线测头包括第一微处理器模块、用于驱动LED发光的LED驱动模块、用于发射光波的LED光源模块、用于将光波转变为电信号的光电传感器及第一放大电路模块；所述第一微处理器模块输出信号至所述LED驱动模块；所述LED驱动模块输出电压信号至所述LED光源模块；所述LED光源模块发出光波照射宫颈组织；所述光电传感器接收来自宫颈组织的反馈光波并发出电压信号至所述第一放大电路模块；所述第一放大电路模块将接收的电压信号放大后输出至所述第一微处理器模块；所述第一微处理器模块对接收的信号进行处理并将处理后的信号发送至所述第一无线模块。
3.根据权利要求2所述的基于电子光学技术的无线多测头宫颈癌筛查系统，其特征在于，所述无线测头还包括用于发出脉冲电压的脉冲电源模块、用于向宫颈组织施加电压的发射电极、用于采集经宫颈组织衰减后的电压的接收电极以及第二放大电路模块；所述第一微处理器模块输出信号至所述脉冲电源模块；所述脉冲电源模块输出脉冲电压信号至所述发射电极；所述接收电极将采集的宫颈组织衰减电压信号发送至所述第二放大电路模块；所述第二放大电路模块将接收的电压信号放大后输出至所述第一微处理器模块。
4.根据权利要求3所述的基于电子光学技术的无线多测头宫颈癌筛查系统，其特征在于，所述无线测头顶端为圆台型，在所述圆台的顶部中心设有所述光电传感器，围绕所述光电传感器设有所述LED光源模块；在所述圆台上边缘设有所述发射电极和所述接收电极。
5.根据权利要求2所述的基于电子光学技术的无线多测头宫颈癌筛查系统，其特征在于，所述LED光源模块包括多种发射波长不同的半导体发光二极管。
6.根据权利要求5所述的基于电子光学技术的无线多测头宫颈癌筛查系统，其特征在于，所述LED光源模块包括发射波长分别为530nm、530nm及530nm的半导体发光二极管。
7.根据权利要求2所述的基于电子光学技术的无线多测头宫颈癌筛查系统，其特征在于，所述第一微处理器模块包括STM32F407型微处理器。
8.根据权利要求2所述的基于电子光学技术的无线多测头宫颈癌筛查系统，其特征在于，所述无线测头还包括用于人机交互的第一人机交互模块，所述第一微处理器模块接收来自所述第一人机交互模块的操作指令信号，并输出信号至所述第一人机交互模块进行显示。
9.根据权利要求1所述的基于电子光学技术的无线多测头宫颈癌筛查系统，其特征在于，所述无线通信系统还包括第二微处理器模块和串口通信模块，所述第二微处理器模块控制所述第二无线模块和所述第一无线模块之间的通信，并对所述第二无线模块接收的信号进行处理后发送至所述串口通信模块；所述串口通信模块输出信号至所述数据处理系统。
10.根据权利要求1所述的基于电子光学技术的无线多测头宫颈癌筛查系统，其特征在于，所述数据处理系统包括上位机及用于人机交互的第二人机交互模块；所述上位机分别接收来自所述无线测头及所述第二人机交互模块的信号并进行处理，其将处理后的信号发送至所述人机交互模块进行显示。
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