CN1325663A - 双波长乳腺肿瘤检测仪 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种诊断乳腺肿瘤的仪器,尤其是指用光学方法诊断恶性肿瘤的医用诊断仪器。由探头部分、模拟电路部分及单片机处理系统组成,其特征在于:探头部分,由光源电压频率控制器提供无创光源,光源发出的光经过生物组织散射与反射,由两组滤光片分别接受两种不同波长的单波长光,这两种单波长光信号经光电转换变成电信号,经放大后送至模拟电路部分;再将信号送至单片机处理系统进行全自动分析处理。具有无创伤、准确率高、对人体无放射性损害、造价低廉、使用方便等优点,可以作为乳腺肿瘤普查仪器。
Description
本发明涉及一种诊断乳腺肿瘤的仪器，尤其是指用光学方法诊断恶性肿瘤的医用诊断仪器。
乳腺癌是妇女的常见病、多发病之一，并将成为威胁妇女生命的第一位癌症。乳腺癌的治疗效果及预防的关键在于诊断，目前医学界很重视对乳腺肿瘤诊断仪的发明研究，并且对这类诊断仪的要求是既要对癌症的查准率高，又要使用安全、方便。目前用于诊断乳腺癌的仪器有两大类，一类是有创伤性的如中国专利“恶性肿瘤固有荧光诊断仪”(中国专利号：85100424),X-CT机等紫外或X光设备，不便于妇女定期检查或普查之用，另一类是无创伤性的“红外乳腺扫描仪”(中国专利号：89210115.6)，“肿瘤电脑定性诊断仪”为代表，但是“红外乳腺扫描仪”只能显示乳腺肿块的阴影，不能反映乳腺肿块的本质。由于多波长的相互影响，使得肿块不清晰，且该仪器靠医生的目测来做定性判断，其诊断结果与医生的经验关系很大，直接影响诊断的正确性。而肿瘤电脑定性诊断仪利用温差原理设计，对于月经期妇女的错查率较高，且总体确诊率较低。
和本仪器结构比较接近的是“恶性肿瘤固有荧光诊断仪”(中国专利号：85100424)，其主要特征是利用冷光灯激光近红外光源，将光导入光纤，经生物组织散射与反射，用光电二极管转化为电信号，再放大，进入常规的数字化处理部分，由于紫外线的微创性，光纤易折断，且无法从肿瘤本身血氧分布的本质直接判断肿瘤的良恶性，使得其使用受到很大的局限性。
本发明利用近红外光，光谱区域分别在600nm-805nm及805nm-1000nm范围，各波段含氧血红蛋白(HbO2)和去氧血红蛋白(Hb)的光吸收特征(如图1)，在近红外光双波长无损伤检测血氧含量的基础上，建立乳腺肿瘤组织与正常组织相对血氧含量的计算公式(1)，根据恶性肿瘤组织高含血低含氧的特征，以比较良性肿瘤及乳腺癌与正常组织血氧含量的方法诊断乳腺癌。
图1为含氧血红蛋白和去氧血红蛋白对500nm～1200nm近红外光的吸收曲线，且交叉点在805nm左右。血氧评价标准的计算公式(1)如下：肿块高含血：I患805-x+I患805+y＜I健805-x+I健805+y肿块低含血：I患805-x+I患805+y＞I健805-x+I健805+y肿块低含氧：
肿块高含氧：
以上公式中的I值均为接收光强。X、Y均为自然数。其中：I患805-X：表示在患侧805-X处的接收光强，经模拟电路处理
得到的电信号。
I患805+Y：表示在患侧805+Y处的接收光强，经模拟电路处理
得到的电信号。
I健805-X：表示在健侧805-X处的接收光强，经模拟电路处理得
到的电信号。
I健805+Y：表示在健侧805+Y处的接收光强，经模拟电路处理得
到的电信号。
依据计算公式，
恶性肿瘤：高含血；低含氧(高度怀疑乳腺癌)。
良性肿瘤：高含血高含氧或低含血高含氧或低含血低含氧。
增生组织：高含血高含氧或低含血高含氧或低含血低含氧。
本发明的目的是依据双波长无损检测乳腺癌的原理，针对乳腺肿块的检测，设计一种无创伤、造价低廉、准确率高的、可用于便携式普查的自动化乳腺肿瘤检测分析仪器。
本发明的是这样实现的：该双波长乳腺肿瘤检测仪，由探头部分、模拟电路部分及单片机处理系统组成，其特征在于：a．探头部分：由光源电压频率控制器提供无创光源(1)，光源(1)发出的光经过生物组织散射与反射，由两组滤光片(2)、(3)分别接受两种不同波长的单波长光，这两种单波长光信号经光电转换(4)、(5)变成电信号，经放大后送至模拟电路部分；b．模拟电路部分：由探头部分输出的两路电信号送差分放大电路(9)，以滤除共模干扰、外界光干扰，消除探头和导线在两路信号上不平衡对后级处理的影响，同时提供一个高的输入阻抗；然后经二级低通放大电路(10)、(11)调节信号的增益，频带选在40HZ以下，再经二极低通滤波(12)、(13)滤除50HZ干扰信号后，将信号送至单片机处理系统。
本发明的进一步特征是所述两种单波长光的波长是600～805nm和805～1000nm范围。例如可选用两种单波长光的波长是760nm和850nm。
本发明的进一步特征是：所述探头部分的结构是由三个相互分隔的腔体组成，分别设置有无创光源，该无创光源可选用Φ3.5mm的800mw的白炽灯，850nm的滤光片，760nm滤光片，在两片滤光片的背面贴有光电转换器4、5，探头部分正面应与被测乳腺表面吻合。
以下结合附图对本发明的实施例做进一步描述。
图1是含氧血红蛋白和去氧血红蛋白对500nm～1200nm近红外光的吸收曲线。
图2是本发明的电路原理图。
图3是探头部分的结构示意图。
图4足光源电压频率控制电路原理图。
请参阅图2，数字处理部分采用常用的单片机处理系统，二路A/D转换4与模拟电路部分相连，并将信号送入单片机15，单片机15驱动液晶显示17和微型打印机16，同时接受键盘19的控制，计算结果从存储器18读出或写入，液晶显示17选用带背光液晶，以适应各种场合需要，微型打印机选用24点阵，全中文字库的微型针式打印机。
探头部分，主要由无创光源1,760nm滤光片2,850nm滤光片3，光电转化器4、5及高倍放大6组成。其中无创光源可选用φ35mm的800mW白炽灯，且灯的发光电压和频率由光源电压频率控制电路控制，760nm滤光片2与850nm滤光片3背面与光电转换器4、5相连接，光电转换器4、5与放大器6、7相连接，共同组成探头的电路，且电路藏于滤光片的背面。探头外部正面示意如图3，当正面贴在皮肤上实验时，在其周边的突起部能隔离外界光的干扰，而中间的突起部能隔离光源到滤光片的直接作用，对前头背面全面密封。
基于双波长检测的原理：模拟电路部分主要由差分放大9，二路二级低通放大10、11，以及二路二级低通滤波12、13构成。差分放大9通过9芯扁平导线8与探头相连，并将探头进来的电信号送差分放大9，然后经过二路二级低通放大10、11，再经过二级低通滤波12、13送入单片机处理系统进行数字处理。
光源电压频率控制部分请参阅图4：二极管D1、D2，电阻R33、R34、R35，电容C15构成频率可调的振荡电路，通过放大器U5A产生脉冲信号，再经移位计数器CD4017(U8)产生占空比1∶3的脉冲，送往SW-SPDT，由与之相连的电阻R40、R41、R42构成电压可调电路，并将可调脉冲信号送放大器U5B，到三极管2N2222(Q1)，并由三极管(Q1)的1脚与T1P127(Q2)相连，最终输出电压与频率可调的脉冲。
综上所述，本发明详细的工作原理如下：将探头置于患侧乳腺，固定之，光源1的光经过组织散射与反射，经过760nm滤光片2和860nm滤光片3，产生两单波长光，经过光电转化器4、5，产生两路微弱的电信号，再经过高倍放大6、7，经导线8将电信号送入差分放大9，同时其光源1的电压和脉冲频率接受光源电压频率控制20电路的控制。差分放大9使得探头部分的电阻不准、导线的不平衡、长线加入噪声等问题得到较好的解决。同时经差分放大9去除共模干扰，进入二级低通放大10、11，二级低通放大的增益可调，以适应特定人的需要，并且二级低通放大的频带选在40HZ以下，可以去除50HZ的干扰并且提高仪器工作的可靠性，放大后的信号经过二级低通滤波器12、13滤波，送入单片机处理系统，单片机处理系统在单片机15的控制下，控制二路A/D转换器14进行A/D转换，并将结果送到液晶显示17，在直到用户看到液晶显示17的两路采样值的平均稳定，按键盘19，在单片机15的控制下，将结果暂存，即I患850与I患760值。在不改变仪器参数的情况下，将探头置于健侧乳腺的对称位置，固定之，信号的流程同患侧，待结果稳定，按键盘19，在单片机15的控制下，得出I健850与I健760的值，同时在单片机15的程序控制按公式(1)进行计算，并送液晶显示17诊断结果，同时在键盘19的操作下，送微型打印机(16)输出诊断结果。整个计算完全是在单片机15的程序控制下自动完成。
本发明经湖北省肿瘤医院临床实验证明，该仪器的诊断符合率为达90％。具有如下优点：
1、无创伤。它与人体接触的只有探头、滤光片，接触部分对人体无任何电磁、机械损伤，其光源在800MW以下工作，不会损伤皮肤。
2、准确率高。它采用全自动分析处理，一次性自动产生分析结果，排除主观诊断的主观性误差使诊断准确率提高。
3、无放射性损害。由于作用于人体的光信号采用小功率白炽灯，对人体无放射性损害。
4、造价低廉，使用方便，可以作为乳腺肿瘤普查仪器。
Claims (6)
1、一种双波长乳腺肿瘤检测仪，由探头部分、模拟电路部分及单片机处理系统组成，其特征在于：a．探头部分：由光源电压频率控制器提供无创光源(1)，光源(1)发出的光经过生物组织散射与反射，由两组滤光片(2)、(3)分别接受两种不同波长的单波长光，这两种单波长光信号经光电转换(4)、(5)变成电信号，经放大后送至模拟电路部分；b．模拟电路部分：由探头部分输出的两路电信号送差分放大电路(9)，以滤除共模干扰、外界光干扰，消除探头和导线在两路信号上不平衡对后级处理的影响，同时提供一个高的输入阻抗；然后经二级低通放大电路(10)、(11)调节信号的增益，频带选在40HZ以下，再经二极低通滤波(12)、(13)滤除50HZ干扰信号后，将信号送至单片机处理系统。
2、根据权利要求1所述的双波长乳腺肿瘤检测仪，其特征是所述两种单波长光的波长是600～805nm和805～1000nm范围。
3、根据权利要求2所述的双波长乳腺肿瘤检测仪，其特征是所述两种单波长光的波长是760nm和850nm。
4、根据权利要求1或2所述的双波长乳腺肿瘤检测仪，其特征是：所述探头部分的光源频率控制器的电路是由二极管D1、D2，电阻R33、R34、R35，电容C15构成频率可调的振荡电路，通过放大器U5A产生脉冲信号，再经移位计数器CD4017(U8)产生占空比1∶3的脉冲，送往SW-SPDT，由与之相连的电阻R40、R41、R42构成电压可调电路，并将可调脉冲信号送放大器U5B，到三极管2N2222(Q1)，并由三极管(Q1)的1脚与T1P127(Q2)相连，最终输出电压与频率可调的脉冲。
5、根据权利要求1或2所述的双波长乳腺肿瘤检测仪，其特征是：所述探头部分的结构是由三个相互分隔的腔体组成，分别设置有无创光源，该无创光源可选用Φ3.5mm的800mw的白炽灯，850nm的滤光片，760nm滤光片，在两片滤光片的背面贴有光电转换器(4、5)，探头部分正面应与被测乳腺表面吻合。
6、根据权利要求1或2所述的双波长乳腺肿瘤检测仪，其特征是：经模拟电路处理后的血氧评价标准的计算公式如下：肿块高含血：I患805-x+I患805+y＜I健805-x+I健805+y肿块低含血：I患805-x+I患805+y＞I健805-x+I健805+y肿块低含氧：
肿块高含氧：
以上公式中的I值均为接收光强；X、Y均为自然数；其中：I患805-X：表示在患侧805-X处的接收光强，经模拟电路处理
得到的电信号；
I患805+Y：表示在患侧805+Y处的接收光强，经模拟电路处理
得到的电信号；
I健805-X：表示在健侧805-X处的接收光强，经模拟电路处理
得到的电信号；
I健805+Y：表示在健侧805+Y处的接收光强，经模拟电路处理
得到的电信号。
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