CN111407240A - 一种微波超声光声乳腺癌检测仪以及医疗设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微波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，还包括用于采集微波信号的微波探测模块、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。本发明将微波成像系统得到的微波图像、超声探测系统得到的超声图像以及光声系统得到的光声图像进行融合，进行融合，提高诊断的准确性以及效率。

Description

一种微波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，具体涉及一种微波超声光声乳腺癌检测仪以及医疗设备。

【背景技术】

现有技术中，微波图像的构建方法主要包括微波断层扫描成像和雷达成像方法。这两种成像方法都是基于一组天线雷达发射微波信号对乳腺进行扫描，另外其他的至少一组天线雷达接收回波信号。然后计算机对接收的信号进行图像重建，生成二维或者三维的微波乳腺图像。

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，本发明提供了一种微波超声光声乳腺癌检测仪，将微波成像系统得到的微波图像、超声探测系统得到的超声图像以及光声系统得到的光声图像进行融合，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：

一种微波超声光声乳腺癌检测仪，包括罩杯部，还包括用于采集微波信号的微波探测模块、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，所述微波探测模块包括若干雷达，所述超声探测模块包括若干超声探头，所述光声探测模块包括相控LED阵列，所述相控LED阵列、若干所述超声探头以及若干所述雷达安装于所述罩杯部内侧壁上。

可选的，所述雷达包括用于产生并发射微波的微波发生部和用于接收微波的微波接收部，所述微波接收部包括导波管、角锥状后腔、喇叭体、锥形结构，所述锥形结构设于所述喇叭体内侧壁，所述喇叭体接收微波信号，由所述锥形结构放大，传递至所述导波管，所述导波管将微波信号传递至所述角锥状后腔，由所述角锥状后腔向外输出。

可选的，所述雷达的朝向与其在所述罩杯部上安装点处的圆弧的切线垂直。

可选的，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。

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。

本发明具有如下有益效果：

本发明所提供的技术方案，能将触诊成像模态、超声模态以及光声模态进行融合。

本发明中的微波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，超声探测模块同样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，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微波超声光声乳腺癌检测仪。

可选的，所述微波探测模块、所述超声探测模块和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微波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检测示意图；

图3为本发明实施例一中雷达的示意图；

图4为本发明实施例一中超声探头的示意图；

图5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微波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，还包括用于采集微波信号的微波探测模块、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，还为微波探测模块、超声探测模块和光声探测模块提供空间。

如图2所示，超声探测模块包括超声探头3，超声探头3分布于罩杯部1的内侧壁上，光声探测模块包括相控LED阵列，相控LED阵列所包括的若干LED光源4分布于罩杯部1的内侧壁上，在图2中，黑框空心方框表示超声探头3，黑色实心方框表示LED光源4，二者交替均匀分布。由相控LED阵列所包括的若干LED光源4从不同方向对被检测器官进行照射，再由超声探头3接收由于被检测器官的组织吸收了LED光源4的热量而发出的声波。微波探测模块包括雷达2，雷达2也分布于罩杯部1的内侧壁上，且雷达6的朝向与其在罩杯部1上安装点处的圆弧的切线垂直。

本实施例中，超声探头3和LED光源4交替均布于罩杯部1的内侧壁，二者分布的面积小于罩杯部1内侧壁的表面积，以预留出雷达2的安装位置，雷达2均布于乳房根部所对应的罩杯部1的内侧壁上。当患者穿戴好微波超声光声乳腺癌检测仪以后，LED光源4只对乳房的前半部进行照射，超声探头3对乳房的前半部分进行光声探测和超声检测，若干雷达2环绕乳房的根部对其附近进行微波探测。

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6和耦合剂导管5，耦合剂囊6内的耦合剂通过耦合剂导管5进入罩杯部1内。

如图3所示，雷达2包括用于产生并发射微波的微波发生部和用于接收微波的微波接收部，微波接收部包括导波管21、角锥状后腔22、喇叭体23、锥形结构24。本实施例中，喇叭体23呈方形台形状，锥形结构24具有两个，分别设于喇叭体23互为相对面的内侧壁上，喇叭体23接收微波信号，由锥形结构24放大，传递至导波管21，导波管21的导波腔211将微波信号传递至角锥状后腔22，由角锥状后腔22向外输出。在其他实施例中，用于接收和/或发射微波的，除雷达2外，也可采用其他天线，例如单级天线、偶极天线等，在此不作限定。

如图4所示，超声探头3包括声透镜层31、匹配层32、压电传感器阵元层33和背衬材料层34。声透镜层31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32用以减少由于皮肤与声透镜层31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33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33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34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3还包括支撑架35。支撑架35用以将超声探头3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3的各个层的顺序依次为：声透镜层31、匹配层32、压电传感器阵元层33和背衬材料层34，本实施例中，超声探头3的背衬材料层34安装于支撑架35上，也就是说，压电传感器阵元层33位于匹配层32和背衬材料层34之间。声透镜层31、匹配层32和压电传感器阵元层33通过背衬材料层34安装于支撑架35上。

微波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微波超声光声乳腺癌检测仪：

微波探测模块方面，由于微波探测需要耦合剂的辅助，以提高微波的传递效率，因此，先令耦合剂囊6中的耦合剂通过耦合剂导管5进入罩杯部1内，由于微波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6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6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6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。进行微波检测时，雷达2分布的一圈形成图像域26，被检测器官组织25在图像域26内，预先设定若干雷达2的微波发射序列以及若干雷达2的微波接收序列，根据预先设定，发射微波的雷达2发射微波，接收微波的雷达2接收乳腺组织回波散射的微波信号，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。而发射微波的雷达2的序列以及接收微波的雷达2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。相比于现有的微波乳腺成像系统，一般采用仰卧式，通过环绕乳腺一周的天线、雷达、单级天线、偶极天线或喇叭等，按照一定序列发射或接收微波信号，然后通过成像算法对探测到的信号进行成像。本实施例在进行微波检测时，患者可以采用站立姿势，穿戴好微波超声光声乳腺癌检测仪，然后微波探测模块对乳房进行成像，减少了扫描时间，提高了扫描效率。

超声探测模块方面，由于超声探测同样需要耦合剂的辅助，并与前述微波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。进行超声检测时，预先设定若干超声探头3的超声波发射序列以及若干超声探头3的超声波接收序列，根据预先设定，发射超声波的超声探头3发射超声波，接收超声波的超声探头3接收透射的超声波36和/或反射的超声波37，对被检测器官组织25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3的序列以及接收超声波的超声探头3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3，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，依然需要耦合剂的辅助，并与前述微波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4的照射序列，相控LED阵列所包括的若干LED光源4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3接收由于被检测器官的组织吸收了LED光源4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，使得微波超声光声乳腺癌检测仪的整体价格低廉。

本实施例所提供的微波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。

本实施例所提供的微波超声光声乳腺癌检测仪，其微波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，超声探测模块同样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，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5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所述的微波超声光声乳腺癌检测仪。

医疗设备的主机部分，与微波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，微波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，则采用电池对微波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微波超声光声乳腺癌检测仪的信号部分，即控制雷达发射微波、控制超声探头发射超声波以及控制相控LED阵列进行照射；同时，控制微波超声光声乳腺癌检测仪的检测部分进行检测，即雷达接收微波信号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，雷达采集的微波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微波图像、超声图像和光声图像并输出。

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)

1.一种微波超声光声乳腺癌检测仪，包括罩杯部，其特征在于，所述微波超声光声乳腺癌检测仪还包括用于采集微波信号的微波探测模块、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，所述微波探测模块包括若干雷达，所述超声探测模块包括若干超声探头，所述光声探测模块包括相控LED阵列，所述相控LED阵列、若干所述超声探头以及若干所述雷达安装于所述罩杯部内侧壁上。

2.根据权利要求1所述的微波超声光声乳腺癌检测仪，其特征在于：所述雷达包括用于产生并发射微波的微波发生部和用于接收微波的微波接收部，所述微波接收部包括导波管、角锥状后腔、喇叭体、锥形结构，所述锥形结构设于所述喇叭体内侧壁，所述喇叭体接收微波信号，由所述锥形结构放大，传递至所述导波管，所述导波管将微波信号传递至所述角锥状后腔，由所述角锥状后腔向外输出。

3.根据权利要求2所述的微波超声光声乳腺癌检测仪，其特征在于：所述雷达的朝向与其在所述罩杯部上安装点处的圆弧的切线垂直。

4.根据权利要求1所述的微波超声光声乳腺癌检测仪，其特征在于：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。

5.根据权利要求4所述的微波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。

6.根据权利要求1所述的微波超声光声乳腺癌检测仪，其特征在于：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上。

7.根据权利要求1至6之一所述的微波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中任意一项所述的微波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：所述微波探测模块、所述超声探测模块和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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