專利名稱：雙波段紅外乳腺疾病診斷儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種診斷乳腺疾病的診斷設(shè)備。
背景技術(shù)：
乳腺疾病是女性的多發(fā)疾病之一，我國婦女乳腺癌發(fā)病率自1977年后上升為女性第一位惡性腫瘤，因此面積普查、早期診斷十分必要。目前歐美洲經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家大都采用Mammography或CR技術(shù)進(jìn)行普查和診斷，雖然乳癌檢出率較高，但是，效率低、耗材高、經(jīng)費(fèi)開支大而且對(duì)人體有傷害。一般X線、B超等影像檢查需具備一定的密度分辨率，只有在癌變出現(xiàn)腫塊以后達(dá)2mm以上才會(huì)顯像。而在乳腺發(fā)生癌變時(shí)，最先發(fā)生在乳腺末端導(dǎo)管小葉單位(Terminal Ductal Lobular Units)--TDLU，從非典型增生→原位癌→微小浸潤癌等演變過程均局限在毫米以內(nèi)TDLU組織間，其體積∠1MM，所以一般X線、B超等影像檢查容易漏早期病變。
隨著技術(shù)的進(jìn)步，近年來又有利用近紅外光技術(shù)，開發(fā)出近紅外乳腺儀，它利用近紅外光在透射乳房時(shí)，人體血液中血紅蛋白要吸收近紅外光，圖像表現(xiàn)是血管部分為陰影，而乳腺脂肪和腺體被近紅外光完全透射或基本投射，這種現(xiàn)象就構(gòu)成了臨床診斷的近紅外信息源，形成圖像信息，作為診斷的依據(jù)。這種檢查方法對(duì)人體損傷，具有一定的準(zhǔn)確率。但是在腫瘤細(xì)胞癌變前或初期，其血紅蛋白變化、腫塊形狀不具體、解剖學(xué)改變不明顯，而其血紅蛋白、新生血管、熱溫場等腫瘤細(xì)胞癌變時(shí)的生物學(xué)變化已經(jīng)在發(fā)生，如癌細(xì)胞頂漿液改變時(shí)，血紅蛋白增加，促血管生長因子使癌組織產(chǎn)生大量的新生血管，細(xì)胞糖酵解旺盛使局部產(chǎn)生異常溫度場等，而這些生化改變是表達(dá)癌變初期重要信息，采用單一的近紅外乳腺儀檢查對(duì)這些功能性變化則無法同時(shí)收集，因此仍存在漏檢的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種雙波段紅外乳腺疾病診斷儀，采用近紅外與遠(yuǎn)紅外技術(shù)結(jié)合，同時(shí)、同步、同視場拍攝乳腺溫度場和血紅蛋白分布場，全面采集各種信息，為綜合分析提供條件，提高乳癌檢測的敏感度和早診率。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種雙波段紅外乳腺疾病診斷儀，包括有激光光源、紅外探測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)
所述紅外探測系統(tǒng)由分光系統(tǒng)和近紅外、遠(yuǎn)紅外攝像頭共同組裝在一殼體內(nèi)構(gòu)成，分光系統(tǒng)由分光鏡和反射鏡組成。其中近紅外、遠(yuǎn)紅外攝像頭的工作波段為8～12μm。遠(yuǎn)紅外攝像頭的前方設(shè)置分光鏡，近紅外攝像頭的前方設(shè)置全反射鏡，分光鏡位于探測系統(tǒng)的入光光路上，分光鏡分出的一路是遠(yuǎn)紅外光，進(jìn)入遠(yuǎn)紅外攝像頭，分光鏡分出的另一路是近紅外光，經(jīng)全反射鏡反射進(jìn)入近紅外攝像頭。遠(yuǎn)紅外攝像頭采用焦平面探測器，近紅外攝像系統(tǒng)具有可調(diào)視場鏡頭。近紅外、遠(yuǎn)紅外攝像頭其中之一與殼體固定，另一個(gè)與殼體活動(dòng)連接，兩攝像頭之間通過同軸矯正機(jī)構(gòu)連接。
所述的數(shù)據(jù)處理及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由數(shù)據(jù)處理板、計(jì)算機(jī)和激光控制板組成，；遠(yuǎn)紅外攝像頭的數(shù)據(jù)輸出接口連接數(shù)據(jù)處理板，數(shù)據(jù)處理板輸出的熱圖像數(shù)據(jù)及控制信號(hào)通過USB2.0接入計(jì)算機(jī)，近紅外攝像頭的圖像輸出接口直接連接計(jì)算機(jī)的采集卡，輸出近紅外視頻信號(hào)，計(jì)算機(jī)通過RS232通訊接口連接激光控制板，激光控制板的輸出連接激光光源。
由于乳房大小、厚薄、吸收系數(shù)等差異很大。單路光源只能照射乳房的局部，不能拍攝完整乳房的透射圖。為了便于跟遠(yuǎn)紅外圖像對(duì)比，需要完整乳房的透射圖。因此，本儀器激光光源由單光源激光探頭和多光源激光探頭組成，不僅采用了單路光源，還設(shè)計(jì)了多光源激光探頭形成的分布式光源，單光源激光探頭內(nèi)設(shè)置一個(gè)激光頭，多光源激光探頭內(nèi)設(shè)置多個(gè)激光頭。
單光源激光探頭和多光源激光探頭均包括有探頭殼體、裝在殼體上的控制按鍵、裝在殼體內(nèi)的按鍵控制電路板、一個(gè)或并列設(shè)置的多個(gè)激光頭；按鍵通過輕觸開關(guān)安裝在按鍵控制電路板上，激光頭通過導(dǎo)線和接插元器件與按鍵控制電路板連接，按鍵控制電路板通過電纜線連接乳腺診斷儀的控制電路。
所述的激光頭包括激光器或紅外LED、導(dǎo)光管和導(dǎo)光管套，激光器的發(fā)光波長為808nm，激光器或紅外LED緊固在導(dǎo)光管后端，導(dǎo)光管內(nèi)腔為表面光亮的并有一定錐度的圓形，導(dǎo)光管前端伸出殼體，安裝有柔性材料制成的導(dǎo)光管套。
在激光器或紅外LED的出光口處即導(dǎo)光管的后端位置還安裝有擴(kuò)束鏡，導(dǎo)光管前端安裝有防塵鏡。
多個(gè)激光頭的布置方式是中間一個(gè)固定，周圍其余幾個(gè)連接在由螺桿和調(diào)節(jié)螺帽組成的位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)上，螺桿橫向穿過激光光源的連接座，與其螺紋配合。如可為四路光，按前、后、左、右分布，間距可調(diào)，光強(qiáng)也獨(dú)立可調(diào)。
本儀器的使用及工作過程如下先讓受檢患者站在紅外探測系統(tǒng)的拍攝范圍之內(nèi)，用手持激光光源貼近乳房底部或側(cè)面，然后打開操作臺(tái)上的光源開關(guān)，按動(dòng)手持光源外殼上的增減鍵，信號(hào)通過電纜傳送到激光控制板上，通過電路調(diào)節(jié)出光口的光強(qiáng)使乳房透射圖層次清楚。雙波攝像頭對(duì)準(zhǔn)被拍攝乳房，透射的近紅外信息和遠(yuǎn)紅外輻射信息經(jīng)雙波攝像頭分光系統(tǒng)后，分別成像于遠(yuǎn)紅外探測器和近紅外攝像頭上。遠(yuǎn)紅外熱圖信息經(jīng)處理板預(yù)處理后，通過USB2.0接口傳入計(jì)算機(jī)，經(jīng)計(jì)算機(jī)進(jìn)一步處理后，顯示出紅外熱圖。近紅外攝像頭拍攝的近紅外透視圖視頻信號(hào)通過采集卡傳入計(jì)算機(jī)，經(jīng)計(jì)算機(jī)進(jìn)一步處理后，顯示出透射圖像。通過計(jì)算機(jī)對(duì)遠(yuǎn)紅外熱像圖和近紅外透視圖處理，就可形成雙波融合圖，綜合反映乳腺的功能和結(jié)構(gòu)狀況。
本儀器的優(yōu)點(diǎn)如下1、本診斷儀只被動(dòng)接受被檢查者輻射的遠(yuǎn)紅外光及近紅外光照射乳房的透射光，對(duì)被檢查者無任何傷害或負(fù)作用，屬無損傷檢查，尤其對(duì)大面積人群普查，可以免受X線照射傷害，更加人性化檢查。
2、由于采用了近紅外與遠(yuǎn)紅外結(jié)合技術(shù)，用雙波段攝像頭采集血紅蛋白、新生血管、熱溫場等腫瘤細(xì)胞癌變時(shí)的生物學(xué)變化信息，可以在形成前或腫塊形狀不具體、解剖學(xué)改變不明顯時(shí)，即可以通過功能影像予以表達(dá)，因此對(duì)早期乳癌敏感，檢查準(zhǔn)確率大大提高。同時(shí)由于雙波段攝像頭具有同軸和同視場的特點(diǎn)，拍攝的遠(yuǎn)、近紅外圖像大小相同，便于觀察和比較，同時(shí)有利于將遠(yuǎn)、近紅外圖像融合成一幅圖，實(shí)現(xiàn)血、熱分布同幅顯示，有利于觀察、對(duì)比和分析，進(jìn)一步提高檢出率。
3、采用特殊的近紅外激光光源，人體血紅蛋白對(duì)選用的特殊波長吸收很強(qiáng)，加之激光本身的特性，所拍攝的圖像能更清楚地反映乳房內(nèi)血管的分布情況。
4、采用單光源激光探頭和多光源激光探頭組成的分布式光源，光強(qiáng)可調(diào)，光源之間距離可調(diào)，以適應(yīng)不同大小，不同形狀的乳房。多光源能均勻透射乳房，整體反映乳房內(nèi)血管的分布，而單光源可使用于透射乳房局部，這樣單光源與多光源結(jié)合得到更加完整并詳細(xì)的乳房信息，能拍攝完整乳房的清晰的透射圖，提高檢查的準(zhǔn)確性。
以下表格為本儀器(儀器代號(hào)ATIR-311)與另兩種醫(yī)用紅外熱像儀的比較




圖1是本儀器的原理框圖；圖2是本儀器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是紅外探測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是單光源激光探頭的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是其中激光頭部分的剖視圖；圖6是多光源的激光探頭的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是其中多激光頭與位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的裝配示意圖。
圖8是單光源激光探頭按鍵控制電路的電路圖；圖9是多光源激光探頭按鍵控制電路的電路圖具體實(shí)施方式
參見圖1、圖2，本診斷儀包括三大部分單光源激光探頭和多光源激光探頭組成的手持激光光源B；分光系統(tǒng)、近紅外攝像頭(包括近紅外鏡頭和攝像頭)和遠(yuǎn)紅外攝像頭(包括遠(yuǎn)紅外鏡頭和焦平面探測器)組成的紅外探測系統(tǒng)A；數(shù)據(jù)處理板、計(jì)算機(jī)和激光控制板組成的數(shù)據(jù)處理及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)C。
結(jié)合圖3可見，其中紅外探測系統(tǒng)A由分光系統(tǒng)和近紅外、遠(yuǎn)紅外攝像頭共同組裝在一殼體內(nèi)構(gòu)成，近紅外、遠(yuǎn)紅外攝像頭的工作波段為8～12μm。分光系統(tǒng)設(shè)置在近紅外、遠(yuǎn)紅外攝像頭前方，由分光鏡A7和全反射鏡A5組成。遠(yuǎn)紅外攝像頭A2的前方設(shè)置分光鏡A7，近紅外攝像頭A3的前方設(shè)置全反射鏡A5，分光鏡A7位于探測系統(tǒng)的入光光路A10上，分光鏡分出的一路是遠(yuǎn)紅外光A9，進(jìn)入遠(yuǎn)紅外攝像頭A2，分光鏡分出的另一路是近紅外光A8，經(jīng)全反射鏡A5反射進(jìn)入近紅外攝像頭A3。近紅外攝像頭A3與外殼A1固定，遠(yuǎn)紅外攝像頭A2則通過同軸矯正機(jī)構(gòu)A4與近紅外攝像頭A3活動(dòng)連接。遠(yuǎn)紅外攝像頭A2采用焦平面探測器，近紅外攝像頭A3具有可調(diào)視場鏡頭，外殼A1的入光口部安裝有防塵鏡A6。
參見圖1，數(shù)據(jù)處理及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由數(shù)據(jù)處理板、計(jì)算機(jī)和激光控制板組成。遠(yuǎn)紅外攝像頭的數(shù)據(jù)輸出接口連接數(shù)據(jù)處理板，數(shù)據(jù)處理板輸出的熱圖像數(shù)據(jù)及控制信號(hào)通過USB2.0擴(kuò)展卡接入計(jì)算機(jī)，近紅外攝像頭的圖像輸出接口直接連接計(jì)算機(jī)的采集卡，輸出近紅外視頻信號(hào)，計(jì)算機(jī)通過RS232通訊接口連接激光控制板，激光控制板的輸出連接激光光源。
手持激光光源由單光源激光探頭和多光源激光探頭組成，單光源透射探頭的結(jié)構(gòu)參見圖4，其由殼體B1、裝在殼體上的控制按鍵B2、裝在殼體內(nèi)的按鍵控制電路板B3和激光頭B4構(gòu)成?？刂瓢存I通過輕觸開關(guān)安裝在按鍵控制電路板上，激光頭通過導(dǎo)線和接插元器件與按鍵控制電路板連接，按鍵控制電路板通過電纜線連接外部的激光控制板，電纜線給整個(gè)探頭系統(tǒng)提供供電電源和傳遞信號(hào)。激光頭安裝在探頭殼體前部，參見圖5，它由T0-2型封裝的激光器B41(也可以采用紅外LED)、導(dǎo)光管B43、擴(kuò)束鏡B42、防塵鏡片B44和導(dǎo)光管套B45組成，激光器的發(fā)光波長為808nm，激光器B41通過螺釘緊固在導(dǎo)光管B43后端，激光器的出光口處裝有擴(kuò)束鏡B42，導(dǎo)光管內(nèi)腔為表面光亮的并有一定錐度的圓形，導(dǎo)光管N43前端伸出探頭的殼體，并安裝有防塵鏡B44，還通過內(nèi)嵌螺紋安裝塑料制成的導(dǎo)光管套Bb45。激光器的發(fā)光波長為808nm。按鍵控制電路板的電路見圖7，通過輕觸開關(guān)閉合給處理芯片如單片機(jī)、FPGA以脈沖信號(hào)，處理芯片通過脈沖計(jì)數(shù)控制驅(qū)動(dòng)電路達(dá)到設(shè)定的電流，從而控制出光強(qiáng)度。按鍵有增加鍵和減少鍵，控制出光口的光強(qiáng)度，還有一個(gè)拍照功能的按鍵，是為配合整個(gè)系統(tǒng)的攝像功能而設(shè)。
多光源透射探頭的結(jié)構(gòu)參見圖5，它實(shí)際上是在單光源探頭的基礎(chǔ)上，采用了多個(gè)(如圖所示為四個(gè))激光頭并列的布置的形式，激光頭的結(jié)構(gòu)與單組光源相同。參見圖6，在圖中的四個(gè)激光頭中，后一路激光頭B4A通過固定支架B5與探頭的殼體固定，在其左右和前方布置三路B4B、B4C、B4D，分別與位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)連接，位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)由螺桿B7和調(diào)節(jié)螺帽B6組成，螺桿B7橫向穿過激光頭的連接座B8，與其螺紋配合，這樣通過轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)螺帽B6，就可使安裝在螺桿B7上的激光頭發(fā)生位移，達(dá)到調(diào)節(jié)光源之間距離的目的。多光源透射探的按鍵控制電路板的電路見圖8，跟單組探頭的控制電路一樣，前、后、左、右各路探頭分別獨(dú)立，各路都有控制其本身出光強(qiáng)度的增、減按鍵。通過輕觸開關(guān)閉合給處理芯片如單片機(jī)、FPGA以脈沖信號(hào)，處理芯片通過脈沖計(jì)數(shù)控制驅(qū)動(dòng)電路達(dá)到各路設(shè)定的電流，從而控制各路出光強(qiáng)度。拍照功能鍵是為配合整個(gè)系統(tǒng)的攝像功能而設(shè)。
權(quán)利要求
1.一種雙波段紅外乳腺疾病診斷儀，包括有手持激光光源、紅外探測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，數(shù)據(jù)處理及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)通過控制及信號(hào)線分別連接紅外探測系統(tǒng)和手持激光光源；其特征在于所述紅外探測系統(tǒng)由分光系統(tǒng)和近紅外、遠(yuǎn)紅外攝像頭共同組裝在一外殼內(nèi)構(gòu)成，分光系統(tǒng)設(shè)置在近紅外、遠(yuǎn)紅外攝像頭前方，近紅外、遠(yuǎn)紅外攝像頭的工作波段為8～12μm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙波段紅外乳腺疾病診斷儀，其特征在于數(shù)據(jù)處理及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由數(shù)據(jù)處理板、計(jì)算機(jī)和激光控制板組成；遠(yuǎn)紅外攝像頭的數(shù)據(jù)輸出接口連接數(shù)據(jù)處理板，數(shù)據(jù)處理板輸出的熱圖像數(shù)據(jù)及控制信號(hào)通過USB2.0擴(kuò)展卡接入計(jì)算機(jī)，近紅外攝像頭的圖像輸出接口直接連接計(jì)算機(jī)的采集卡，輸出近紅外視頻信號(hào)，計(jì)算機(jī)通過RS232通訊接口連接激光控制板，激光控制板的輸出連接手持激光光源。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙波段紅外乳腺疾病診斷儀，其特征在于所述的分光系統(tǒng)由分光鏡和反射鏡組成；遠(yuǎn)紅外攝像頭的前方設(shè)置分光鏡，近紅外攝像頭的前方設(shè)置全反射鏡，分光鏡位于探測系統(tǒng)的入光光路上，分光鏡分出的一路是遠(yuǎn)紅外光，進(jìn)入遠(yuǎn)紅外攝像頭，分光鏡分出的另一路是近紅外光，經(jīng)全反射鏡反射進(jìn)入近紅外攝像頭。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的雙波段紅外乳腺疾病診斷儀，其特征在于近紅外、遠(yuǎn)紅外攝像頭其中之一與殼體固定，另一個(gè)與殼體活動(dòng)連接，兩攝像頭之間通過同軸矯正機(jī)構(gòu)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的雙波段紅外乳腺疾病診斷儀，其特征在于遠(yuǎn)紅外攝像頭采用焦平面探測器；近紅外攝像系統(tǒng)具有可調(diào)視場鏡頭。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的雙波段紅外乳腺疾病診斷儀，其特征在于所述的手持激光光源由單光源激光探頭和多光源激光探頭組成，單光源激光探頭內(nèi)設(shè)置一個(gè)激光頭，多光源激光探頭內(nèi)設(shè)置多個(gè)激光頭。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的雙波段紅外乳腺疾病診斷儀，其特征在于所述單光源激光探頭和多光源激光探頭均包括有殼體、裝在殼體上的控制按鍵、裝在殼體內(nèi)的按鍵控制電路板、一個(gè)或并列設(shè)置的多個(gè)激光頭；按鍵通過輕觸開關(guān)安裝在按鍵控制電路板上，激光頭通過導(dǎo)線和接插元器件與按鍵控制電路板連接，按鍵控制電路板通過電纜線連接乳腺診斷儀的激光控制板。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的雙波段紅外乳腺疾病診斷儀，其特征在于所述的激光頭包括激光器或紅外LED、導(dǎo)光管和導(dǎo)光管套，激光器的發(fā)光波長為808nm，激光器或紅外LED緊固在導(dǎo)光管后端，導(dǎo)光管內(nèi)腔為表面光亮的并有一定錐度的圓形，導(dǎo)光管前端伸出殼體，安裝有柔性材料制成的導(dǎo)光管套。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的雙波段紅外乳腺疾病診斷儀，其特征在于在激光器或紅外LED的出光口處即導(dǎo)光管的后端位置安裝有擴(kuò)束鏡，導(dǎo)光管前端安裝有防塵鏡。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的雙波段紅外乳腺疾病診斷儀，其特征在于多個(gè)激光頭的布置方式是中間一個(gè)固定，周圍其余幾個(gè)連接在由螺桿和調(diào)節(jié)螺帽組成的位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)上，螺桿橫向穿過激光光源的連接座，與其螺紋配合。
全文摘要
本發(fā)明提出一種雙波段紅外乳腺疾病診斷儀，包括手持激光光源、紅外探測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，數(shù)據(jù)處理及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)通過控制及信號(hào)線分別連接紅外探測系統(tǒng)和手持激光光源。其中紅外探測系統(tǒng)由分光系統(tǒng)和近紅外、遠(yuǎn)紅外攝像頭共同組裝在一外殼內(nèi)構(gòu)成，近紅外、遠(yuǎn)紅外攝像頭的工作波段為8～12μm。手持激光光源由單光源激光探頭和多光源激光探頭組成，多光源激光探頭內(nèi)設(shè)置多個(gè)激光頭，通過位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)達(dá)到相互的距離調(diào)節(jié)。本診斷儀采用近紅外與遠(yuǎn)紅外技術(shù)結(jié)合，可同時(shí)、同步、同視場拍攝乳腺溫度場和血紅蛋白分布場，全面采集各種信息，為綜合分析提供條件，提高乳癌檢測的敏感度和早診率。
文檔編號(hào)A61B5/00GK101049238SQ20071007846
公開日2007年10月10日 申請(qǐng)日期2007年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月11日
發(fā)明者彭蔭剛, 彭蔭松, 盧文韜 申請(qǐng)人:重慶偉聯(lián)科技有限公司