CN111407238A - 一种光学超声光声乳腺癌检测仪以及医疗设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光学超声光声乳腺癌检测仪以及医疗设备，涉及医疗设备技术领域，包括罩杯部，还包括用于采集动态散射光学信号的动态散射光学模块、用于采集超声信号的超声探测模块以及用于采集光声信号的光声探测模块。本发明将动态散射光学成像系统得到的动态散射光学图像、超声探测系统得到的形态结构图像、光声系统得到的光声图像进行融合，提高诊断的准确性以及效率。

Description

一种光学超声光声乳腺癌检测仪以及医疗设备

【技术领域】

本发明涉及医疗设备技术领域，具体涉及一种光学超声光声乳腺癌检测仪以及医疗设备。

【背景技术】

动态散射光学成像(dynamic diffuse optical tomography)系统十分有利于乳腺癌的早期诊断，相比于钼靶X线、CT、MRI等影像学诊断方法，具有廉价安全、准确性高、无辐射、风险低的优点。但是，现有的动态散射光学成像系统仅能够提供乳房中是否有组织癌变的光学吸收信息，无法进一步提供肿瘤的位置和大小信息。

超声探测在医学诊断、治疗及超声探伤等多种场合被应用。作为医疗设备的示例，超声成像设备从对象主体的表面朝向对象的目标部位发射超声信号，并且在无创的情况下利用反射(或透射)的超声信号(超声回波信号)的信息获取软组织的层析图像或者血流的图像。相比于X射线诊断设备、X射线计算机断层扫描成像(CT)、磁共振(MRI)设备和核医学诊断设备等其他图像诊断设备相比，超声成像系统体积小、价格低、允许实时显示图像，并且无辐射暴露，具有高安全性，被广泛地应用于心脏或腹部区域、泌尿系统以及产科/妇科疾病的诊断。

基于LED的光声系统能够探测组织的光学吸收信息进行成像，可以作为光学散射成像的辅助手段，进一步提高诊断的准确率。

在临床诊断中，单一模态的图像往往不能提供医生所需要的足够信息，影响诊断的准确性，而不同模态的图像则需要患者辗转多处分别进行检测，再由医生根据检测结果进行诊断，导致诊断效率低下。

【发明内容】

为解决前述问题，本发明提供了一种光学超声光声乳腺癌检测仪，将动态散射光学成像系统得到的动态散射光学图像、超声探测系统得到的形态结构图像、光声系统得到的光声图像进行融合，提高诊断的准确性以及效率。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种光学超声光声乳腺癌检测仪，包括罩杯部，还包括用于采集动态散射光学信号的动态散射光学模块、用于采集超声信号的超声探测模块以及用于采集光声信号的光声探测模块，所述动态散射光学模块包括CCD相机，所述超声探测模块包括超声探头，所述光声探测模块包括相控LED阵列，所述CCD相机、所述超声探头以及所述相控LED阵列位于所述罩杯部内侧。

可选的，所述动态散射光学模块还包括用以对被检测器官施压的加压气囊，所述加压气囊位于所述罩杯部的内侧壁和被检测器官之间，覆盖所述罩杯部内侧壁的面积小于所述罩杯部内侧壁的面积，所述加压气囊在所述罩杯部高度方向上的最大距离小于所述罩杯部的高度。

可选的，所述动态散射光学模块的光照由所述相控LED阵列提供，所述相控LED阵列包括若干LED光源，若干所述LED光源分布于所述罩杯部的内侧壁，位于所述加压气囊和所述罩杯部的内侧壁之间。

可选的，所述CCD相机为针孔相机，所述动态散射光学模块包括设于所述罩杯部内侧的滑轨，所述CCD相机在所述滑轨上移动。

可选的，所述超声探头分布于所述罩杯部内未被所述加压气囊覆盖的内侧壁上，从被检测器官到所述罩杯部内侧壁，所述超声探头依次包括声透镜层、匹配层、压电传感器阵元层和背衬材料层。

可选的，所述超声探头还包括用以将其安装于所述罩杯部内侧壁上的支撑架，所述背衬材料层安装于所述支撑架上。

可选的，所述超声探测模块还包括位于所述罩杯部外的耦合剂囊和耦合剂导管，所述耦合剂囊内的耦合剂通过所述耦合剂导管进入所述罩杯部内。

本发明所提供的技术方案，将动态散射光学成像模态、超声模态、光声模态进行融合。本发明中的超声探测模块能够在病人站立的状态下进行自主断层扫描，形成精准的三维图像，在提供超声形态结构的三维图像同时，超声探头借助相控LED阵列，形成光声图像。并且，由动态散射光学模块获得动态散射光学图像，得到肿瘤代谢功能信息，实现了在一幅图像上同时综合地表达来自多种成像源的信息，不仅提高了诊断的准确性，便于医生了解病变组织或器官的综合情况，做出更加准确的诊断或制定出更加科学优化的治疗方案，同时无需患者辗转多处进行检测，减轻了患者的负担，提高了诊断的效率。

在本发明所提供的技术方案中，采用价格更加便宜的LED作为光源，区别于现有技术中光声系统的单个激光光源，使得整体的价格更加低廉。

此外，本发明还提供了一种医疗设备，所述医疗设备包括前述任意一项所述的光学超声光声乳腺癌检测仪。

可选的，所述动态散射光学模块、所述超声探测模块以及所述光声探测模块将信号传输至所述医疗设备，所述医疗设备根据所述信号进行成像。

本发明所提供的医疗设备的有益效果与前述光学超声光声乳腺癌检测仪的有益效果推理过程相似，在此不再赘述。

本发明的这些特点和优点将会在下面的具体实施方式以及附图中进行详细的揭露。本发明最佳的实施方式或手段将结合附图来详尽表现，但并非是对本发明技术方案的限制。另外，在每个下文和附图中出现的这些特征、要素和组件是具有多个，并且为了表示方便而标记了不同的符号或数字，但均表示相同或相似构造或功能的部件。

【附图说明】

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1为本发明实施例一的整体示意图；

图2为本发明实施例一的结构示意图；

图3为本发明实施例一中超声探头的示意图；

图4为本发明实施例二的工作示意图。

【具体实施方式】

下面结合本发明实施例的附图对本发明实施例的技术方案进行解释和说明，但下述实施例仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其他实施例，都属于本发明的保护范围。

在本说明书中引用的“一个实施例”或“实例”或“例子”意指结合实施例本身描述的特定特征、结构或特性可被包括在本专利公开的至少一个实施例中。短语“在一个实施例中”在说明书中的各位置的出现不必都是指同一个实施例。

实施例一：

如图1所示，本实施例提供了一种光学超声光声乳腺癌检测仪，用于乳腺癌的检测，整体外形与女性文胸类似，患者检测时需穿戴于身上，包括罩杯部1，还包括用于采集动态散射光学信号的动态散射光学模块、用于采集超声信号的超声探测模块以及用于采集光声信号的光声探测模块，罩杯部1除用于提供穿戴后乳房所需的必要空间外，还为动态散射光学模块、超声探测模块以及光声探测模块提供空间。

罩杯部1的内部结构如图2所示，动态散射光学模块包括滑轨2、CCD相机3、加压气囊4和LED光源，CCD相机3可以为针孔相机或其他小尺寸的微型摄像机，在此不作限定。CCD相机3在滑轨2上移动，滑轨2和CCD相机3均设于罩杯部1的内侧。加压气囊4用以对被检测器官，即乳房施压，位于罩杯部1的内侧壁和被检测器官之间，加压气囊4覆盖罩杯部1内侧壁的面积小于罩杯部1内侧壁的面积，同时，加压气囊4在罩杯部1高度方向上的最大距离小于罩杯部1的高度。换言之，加压气囊4只覆盖罩杯部1内的一部分，当患者穿戴好光学超声光声乳腺癌检测仪以后，加压气囊4只对乳房的前半部进行施压，而乳房的根部不进行施压。

光声探测模块包括相控LED阵列，相控LED阵列包括若干LED光源5，若干LED光源5分布于罩杯部1的内侧壁，位于加压气囊4和罩杯部1的内侧壁之间。由相控LED阵列所包括的若干LED光源5从不同方向对被检测器官进行照射，再由超声探头6接收由于被检测器官的组织吸收了LED光源的热量而发出的声波。

并且，在本实施例中相控LED阵列所包括的若干LED光源5还起到为动态散射光学模块提供光照的作用。

超声探测模块包括超声探头6，超声探头6分布于罩杯部1内未被加压气囊4覆盖的内侧壁上，并在未被覆盖的内侧壁上周向均布。当患者穿戴好光学超声光声乳腺癌检测仪以后，若干超声探头6环绕乳房的根部对其附近进行超声检测。并且，本实施例中，超声探测模块还包括位于罩杯部1外的耦合剂囊7和耦合剂导管8，耦合剂囊7内的耦合剂通过耦合剂导管8进入罩杯部1内。

如图3所示，超声探头6包括声透镜层61、匹配层62、压电传感器阵元层63和背衬材料层64。声透镜层61是直接与被检测器官接触的一端，用以在横轴方向和/或纵轴方向聚焦。匹配层62用以减少由于皮肤与声透镜层61之间的声阻抗的差别所造成的多重反射。压电传感器阵元层63包括压电材料，压电材料可以为压电晶体或者复合压电材料，其几何形状和尺寸可根据诊断的场景和要求设计，包括凸阵，线阵等多种形状设计，在此均不作限定。压电传感器阵元层63用以发射/接收超声波，完成声电和电声转换工作，既能将电信号变换为超声信号，又能将超声信号变换为电信号，即具有超声发射和接受双重功能。在通电状态下，压电材料能产生弹性形变，从而产生超声波；相反情况下，当超声波通过压压电材料时，又能产生弹性形变，继而引起电压的变化。背衬材料层64用以减轻来自压压电材料的振动，缩短波长并提高轴向分辨率。超声探测模块通过控制其发射的超声信号或者利用接收的超声信号生成所需的图像，并且允许实时显示图像，无辐射暴露，具有高安全性。超声探头6还包括支撑架65。支撑架65用以将超声探头6安装于罩杯部1的内侧壁上，从被检测器官到罩杯部1的内侧壁，超声探头6的各个层的顺序依次为：声透镜层61、匹配层62、压电传感器阵元层63和背衬材料层64，本实施例中，超声探头6的背衬材料层64安装于支撑架65上，也就是说，压电传感器阵元层63位于匹配层62和背衬材料层64之间。声透镜层61、匹配层62和压电传感器阵元层63通过背衬材料层64安装于支撑架65上。

光学超声光声乳腺癌检测仪使用时，患者穿戴本实施例所提供的光学超声光声乳腺癌检测仪：

动态散射光学模块方面，由于CCD相机3也在罩杯部1内，因此，需要相控LED阵列所包括的若干LED光源进行照射。加压气囊4对被检测器官，也就是乳房施压，其表面紧贴到被检测器官表面，对被检测器官进行挤压，同时，CCD相机3在滑轨2上移动，从不同方位采集乳房透射光信息，然后经过成像系统进行图像重建形成精准的三维功能图像。初期肿瘤细胞会刺激新生血管的生成来保障细胞生长需要连续不断的养分和氧气供应。恶性肿瘤组织刺激生成的新生血管具有高密度及高血含量、高血流阻力、受挤压血管塌陷、高氧消耗及高光传播衰减等特征。当用近红外光照射时，同时利用乳房挤压软托架对乳房进行挤压刺激时，恶性肿瘤血管会出现区别于正常组织的光学吸收特性，用CCD相机3将这些异常光学信息进行记录并且通过成像算法进行成像就可以得到肿瘤代谢的功能信息。

超声探测模块方面，由于超声检测需要耦合剂的辅助，因此，先令耦合剂囊7中的耦合剂通过耦合剂导管8进入罩杯部1内，由于光学超声光声乳腺癌检测仪已经穿戴完毕，因此，进入罩杯部1内的耦合剂在狭窄的空间内自然会被挤压而涂抹于被检测器官表面。而耦合剂囊7中的耦合剂可以通过人工挤压的方式进入罩杯部1内，也可以在耦合剂囊7上加装传送装置，根据设定好的耦合剂需求量，将耦合剂自动注入，在使用完毕后，也可通过传送装置将罩杯部1内的耦合剂回收至耦合剂囊7中。而诸如耦合剂这类的流体的输送，属于现有技术，在此不作限定。进行超声检测时，预先设定若干超声探头6的超声波发射序列以及若干超声探头6的超声波接收序列，根据预先设定，发射超声波的超声探头6发射超声波，接收超声波的超声探头6接收透射的超声波66和/或反射的超声波67，对乳腺进行断层扫描，全方位的检测乳腺，形成精准的三维图像，提高医生对乳腺肿瘤位置的判断。而发射超声波的超声探头6的序列以及接收超声波的超声探头6的序列，可由医生根据实际临床需要灵活设置，在此不作限定。相比于现有的超声检查，一般是仰卧式，通过手持式超声探头紧贴乳腺皮肤进行检测，超声图像以二维成像为主，由于乳腺组织较软，乳腺会随着探头挤压而发生形变，致使常规超声检查方法无法准确成像，而本实施例中由于在罩杯部1内分布了多个超声探头6，并且医生可根据实际临床需求设定发射序列以及接收序列，因此，超声成像位置准确全面，加强了对肿瘤位置的客观反映，减轻了诊断的不确定性和医生的工作负担。

光声探测模块方面，同样需要耦合剂的辅助，并与前述超声探测模块方面对于耦合剂的注入或回收相同，在此不再赘述。进行光声检测时，预先设定相控LED阵列所包括的若干LED光源5的照射序列，相控LED阵列所包括的若干LED光源5根据预先设定，按照顺序从不同方向对被检测器官进行照射，当用光束照射被检测器官的组织时，光的能量被组织吸收后会产生热弹性膨胀，然后会产生声波。由于肿瘤细胞生长时会刺激新生血管的生成，改变了肿瘤局部有氧和缺氧血红蛋白的分布，因此当用近红外光照射时，会出现明显区别于周围组织的不同的吸收率，进而产生出不同的声波发射。再由超声探头6接收由于被检测器官的组织吸收了LED光源5的热量而发出的声波。通过从不同方位对被检测器官的组织进行照射能够得到被检测器官的三维声波数据，然后进行图像重建形成精准的三维功能图像。有别于现有技术中光声系统的单个激光光源，本实施例采用价格更加便宜的LED作为光源，使得光学超声光声乳腺癌检测仪的整体价格低廉。

本实施例所提供的光学超声光声乳腺癌检测仪在使用时，三种模态可同时成像，也可分别成像，也可由医生实际临床需求选择其中的某两种模态进行成像，在此不作限定。

本实施例所提供的光学超声光声乳腺癌检测仪，将动态散射光学成像模态、超声模态、光声模态进行融合，在病人站立的状态下进行自主断层扫描，形成精准的三维图像，在提供超声形态结构的三维图像同时，超声探头借助相控LED阵列，形成光声图像。并且，由动态散射光学模块获得动态散射光学图像，得到肿瘤代谢功能信息，实现了在一幅图像上同时综合地表达来自多种成像源的信息，不仅提高了诊断的准确性，便于医生了解病变组织或器官的综合情况，做出更加准确的诊断或制定出更加科学优化的治疗方案，同时无需患者辗转多处进行检测，减轻了患者的负担，提高了诊断的效率。

实施例二

如图4所示，本实施例提供了一种医疗设备，医疗设备包括实施例1所述的光学超声光声乳腺癌检测仪。

医疗设备的主机部分，与光学超声光声乳腺癌检测仪采用有线连接或无线连接，当采用有线连接时，光学超声光声乳腺癌检测仪直接由医疗设备供电，当采用无线连接时，则采用电池对光学超声光声乳腺癌检测仪进行供电。医疗设备的主机部分控制光学超声光声乳腺癌检测仪的信号部分，即控制相控LED阵列进行照射以及控制超声探头发射超声波；控制光学超声光声乳腺癌检测仪的动作部分进行动作，即动态散射光学模块的CCD相机在滑轨上的移动以及加压气囊对被检测器官的施压；同时，主机部分还控制光学超声光声乳腺癌检测仪的检测部分，即CCD相机进行检测以及超声探头接收来自超声探头的超声信号和/或来自相控LED阵列对被检测器官照射后组织发出的声波信号。CCD相机采集的光学信号以及超声探头采集的超声信号和/或声波信号传输至医疗设备的主机部分，传输的方式可以采用有线传输，也可以采用无线传输，在此不作限定。经过医疗设备的处理，医疗设备的成像系统形成被检测器官的动态散射光学图像、超声图像以及光声图像并输出。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本发明包括但不限于附图和上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。

Claims (9)

1.一种光学超声光声乳腺癌检测仪，包括罩杯部，其特征在于，所述光学超声光声乳腺癌检测仪还包括用于采集动态散射光学信号的动态散射光学模块、用于采集超声信号的超声探测模块以及用于采集光声信号的光声探测模块，所述动态散射光学模块包括CCD相机，所述超声探测模块包括超声探头，所述光声探测模块包括相控LED阵列，所述CCD相机、所述超声探头以及所述相控LED阵列位于所述罩杯部内侧。

2.根据权利要求1所述的光学超声光声乳腺癌检测仪，其特征在于：所述动态散射光学模块还包括用以对被检测器官施压的加压气囊，所述加压气囊位于所述罩杯部的内侧壁和被检测器官之间，覆盖所述罩杯部内侧壁的面积小于所述罩杯部内侧壁的面积，所述加压气囊在所述罩杯部高度方向上的最大距离小于所述罩杯部的高度。

3.根据权利要求2所述的光学超声光声乳腺癌检测仪，其特征在于：所述动态散射光学模块的光照由所述相控LED阵列提供，所述相控LED阵列包括若干LED光源，若干所述LED光源分布于所述罩杯部的内侧壁，位于所述加压气囊和所述罩杯部的内侧壁之间。

4.根据权利要求1所述的光学超声光声乳腺癌检测仪，其特征在于：所述CCD相机为针孔相机，所述动态散射光学模块包括设于所述罩杯部内侧的滑轨，所述CCD相机在所述滑轨上移动。

5.根据权利要求2所述的光学超声光声乳腺癌检测仪，其特征在于：所述超声探头分布于所述罩杯部内未被所述加压气囊覆盖的内侧壁上，从被检测器官到所述罩杯部内侧壁，所述超声探头依次包括声透镜层、匹配层、压电传感器阵元层和背衬材料层。

6.根据权利要求5所述的光学超声光声乳腺癌检测仪，其特征在于：所述超声探头还包括用以将其安装于所述罩杯部内侧壁上的支撑架，所述背衬材料层安装于所述支撑架上。

7.根据权利要求1至6之一所述的光学超声光声乳腺癌检测仪，其特征在于：所述超声探测模块还包括位于所述罩杯部外的耦合剂囊和耦合剂导管，所述耦合剂囊内的耦合剂通过所述耦合剂导管进入所述罩杯部内。

8.一种医疗设备，其特征在于，所述医疗设备包括权利要求1至7中任意一项所述的光学超声光声乳腺癌检测仪。

9.根据权利要求8所述的医疗设备，其特征在于，所述动态散射光学模块、所述超声探测模块以及所述光声探测模块将信号传输至所述医疗设备，所述医疗设备根据所述信号进行成像。

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