專利名稱：一種乳腺癌早期風險評估裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種乳腺癌早期風險評估裝置。
背景技術(shù)：
乳腺癌是女性最常見的惡性腫瘤之一。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計，我國婦女乳腺癌的發(fā)病率目前正以每年3%-4%的增長率急劇上升，每年約有18萬婦女罹患乳腺癌，I. 3萬多婦女死于乳腺癌，乳腺癌已經(jīng)成為我國改革開放以后死亡率增長最快的癌癥。迄今為止，包括CT，MRI，超聲等現(xiàn)有的一些醫(yī)學成像技術(shù)，由于使用射線，核素， 對人體有害，價格昂貴或操作困難等原因，還不能實現(xiàn)長時間、連續(xù)檢測。電阻抗斷層成像(EIT)技術(shù)雖然是一種廉價的無損傷檢測技術(shù)，但EIT圖像重建的過程對誤差比較敏感，成像效果相對較差，EIT的結(jié)構(gòu)像(空間)分辨率還有待繼續(xù)提高。醫(yī)學研究表明，阻抗實部和虛部均蘊含著豐富的生理和病理信息，復阻抗的虛部信號虛弱，大約是實部信息的十分之一。人體某些組織與器官富有很好的左右對稱性，如手、腳、眼、耳等，乳腺組織亦如此。不僅這些器官外表對稱，其功能與結(jié)構(gòu)在正常情況下也是大體上對稱。兩側(cè)組織或器官同時患病的可能性非常低，即便同時患病，其與正常組織表現(xiàn)的特性也有極大差異。所以，不對稱乳腺組織阻抗特性蘊含著極大地病理或生理信息。實驗表明，乳腺癌惡性病灶組織的電容和電導要比正常組織或良性病變高50倍。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型目的就是針對年輕女性避免因乳腺X射線檢查有效率過低而需要頻繁檢查導致的輻射問題，以及乳腺磁共振成像的價格昂貴等問題，提出一種簡便而且無副作用的年輕女性乳腺檢測早期評估裝置。本實用新型采用以下技術(shù)方案本實用新型包括掃頻正弦波發(fā)生電路、電壓/電流轉(zhuǎn)換電路、阻抗匹配電路、測試電極陣列、幅值處理單元、下位機、上位機、第一電源和第二電源。掃頻正弦波發(fā)生電路的輸出端與電壓/電流轉(zhuǎn)換電路輸入端連接，電壓/電流轉(zhuǎn)換電路的輸出端與阻抗匹配電路輸入端連接，阻抗匹配電路輸出端與測試電極陣列連接，測試電極陣列放在測試對象乳腺組織上；幅值處理單元輸入端連接到電壓/電流轉(zhuǎn)換電路的輸出端，幅值處理單元的輸出端連接到下位機的I/o 口 ；第一電源連接掃頻正弦波電路、電壓/電流轉(zhuǎn)換電路、測試電極陣列和下位機；第二電源連接幅值處理單元；測試電極陣列的控制口與掃頻正弦波電路的控制口連接下位機的I/o 口 ；下位機通過I/O 口與上位機輸入端連接完成數(shù)據(jù)傳輸。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是這是一種便攜式的檢測裝置，這種檢測方法對人體無害，無特殊工作環(huán)境要求，檢查方便，且裝置簡單，成本低廉，能方便的預測乳腺組織發(fā)生病變的風險程度。
圖I是生物組織內(nèi)單個細胞等效電路模型；圖2是生物組織的簡化等效電路模型；圖3是本實用新型電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是掃頻正弦波發(fā)生電路圖；圖5是電壓/電流轉(zhuǎn)換電路圖；圖6是阻抗匹配電路圖；·[0017]圖7是幅值處理單元電路圖；圖8是測試電極陣列電路圖；圖9是上位機接收數(shù)據(jù)流程圖；圖10是下位機發(fā)送數(shù)據(jù)流程圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步的說明。研究表明，生物組織是由大量細胞組成的，細胞與細胞之間存在的細胞外液。其中溶解著大量離態(tài)的離子，因而細胞外液具有良好的導電性。經(jīng)證實，細胞內(nèi)液也具有良好的導電性，由早期一些科學家理論最終提出了等效模型的概念。其中包括如圖I所示生物組織內(nèi)單個細胞等效電路模型。圖中，Re是細胞外液電阻，Ce是細胞外液并聯(lián)電容；Rm是細胞膜的電阻，Cm是細胞膜并聯(lián)電容；Ri是細胞內(nèi)液電阻，Ci是細胞內(nèi)液并聯(lián)電容。在低頻情況下(〈1MHz)，細胞膜的漏電阻Rm很大，可視為開路；而內(nèi)外液的并聯(lián)電容Ci，Ce很小，也可視為開路。這樣就得出了圖2所示的生物組織的簡化等效電路模型。只是此時的Ri, Re，Cm已不再是代表某個細胞內(nèi)、外液電阻和細胞膜電容，而是代表整個生物組織的等效內(nèi)、外液電阻和膜電容，這就是所謂的三元件模型。本實用新型提供了一套采用共振頻率方法的乳腺癌早期風險評估裝置。該裝置原理是，對兩側(cè)乳腺組織施加相同的掃頻交變電流信號，通過數(shù)據(jù)采集裝置采集一系列電壓信號，將其形成一組電壓曲線。對這一組電壓信號曲線進行特征提取及分析，來評估乳腺組織是否異常。該方法不僅能測出乳腺組織的阻抗特性，而且能通過諧振頻率點的掃描方式方便地區(qū)分該乳腺組織患乳腺癌的風險是低于平均水平還是高于平均水平。如圖3所示，乳腺癌早期風險評估裝置，包括掃頻正弦波發(fā)生電路I、電壓/電流轉(zhuǎn)換電路2、阻抗匹配電路3、測試電極陣列4、幅值處理單元5、下位機6、上位機7、第一電源8和第二電源9。掃頻正弦波發(fā)生電路的輸出端與電壓/電流轉(zhuǎn)換電路輸入端連接，電壓/電流轉(zhuǎn)換電路的輸出端與阻抗匹配電路輸入端連接，阻抗匹配電路輸出端與測試電極陣列連接，測試電極陣列放在測試對象乳腺組織上；幅值處理單元輸入端連接到電壓/電流轉(zhuǎn)換電路的輸出端，幅值處理單元的輸出端連接到下位機的I/o 口 ；第一電源連接掃頻正弦波電路、電壓/電流轉(zhuǎn)換電路、測試電極陣列和下位機；第二電源連接幅值處理單元；測試電極陣列的控制口與掃頻正弦波電路的控制口連接下位機的I/o 口 ；下位機通過I/O 口與上位機輸入端連接完成數(shù)據(jù)傳輸。如圖4所示，所述的掃頻正弦波發(fā)生電路輸出為不同頻率的電壓正弦波。該電路由第一芯片ICl,第一晶振XI，第一電阻Rl,第二電阻R2,第三電阻R3,第一電位器Rel,第一電容Cl，第二電容C2，第三電容C3，第四電容C4，第五電容C5，第六電容C6，第七電容C7和第八電容CS組成。在掃頻正弦波發(fā)生電路中，第一芯片ICl的5腳、10腳、19腳和24腳連接到地；第一芯片ICl的6腳、11腳、18腳和23腳連接到電源；第一芯片的4腳、3腳、2腳、I腳、28腳、27腳、26腳、25腳八個數(shù)據(jù)引腳依次連接下位機的8個I/O 口 ；第一芯片ICl的7腳、8腳和22腳三個控制引腳分別連接下位機的3個I/O 口 ；第一芯片的9腳連接第一晶振Xl的第3引腳；第一晶振Xl的第2引腳連接到地；第一晶振Xl的第4引腳連接到電源；第一芯片ICl的12腳連接第一電阻Rl的一端；第一電阻Rl的另一端連接到地;第一芯片ICl的21腳連接第二電阻R2的一端、第二電容C2的一端、第五電容C5的一端和第一電感LI的一端；第二電容C2另一端連接第一電感LI的另一端、第三電容C3的一端、第二電感L2的一端和第六電容C6的一端；第三電容C3的另一端連接第二電感L2的另一端、第四電容C4的一端、第三電感L3的一端和第七電容C7的一端；第四電容C4的另一端連接第三電感L3的另一端、第八電容C8的一端、第三電阻R3的一端和第一芯片ICl的16腳；第一芯片ICl的 16腳為掃頻正弦波發(fā)生電路的輸出端SIA ;第二電阻R2的另一端、第五電容C5的另一端、第六電容C6的另一端、第七電容C7的另一端、第八電容C8的另一端和第三電阻R3的另一端連接到地；第一芯片ICl的15腳連接第一電容Cl的一端和第一電位器Rel的2端；第一電容Cl的另一端連接到地；第一電位器Rel的I端連接電源，3端連接到地；第一芯片ICl的其它引腳懸空；所述的第一芯片ICl采用先進直接數(shù)字頻率合成技術(shù)生產(chǎn)的高集成度產(chǎn)品 DDS 芯片 AD9850。如圖5所示，電壓/電流轉(zhuǎn)換電路輸入連接掃頻正弦波發(fā)生電路的輸出，將掃頻正弦波發(fā)生電路輸出的電壓轉(zhuǎn)化為恒定電流輸出。該電路由第二芯片IC2，第一運放Al，第二運放A2，第四電阻R4，第五電阻R5，第六電阻R6，第七電阻R7和第九電容C9，第十電容C10，第i^一電容C11，第十二電容C12組成。在電壓/電流轉(zhuǎn)換電路中，輸入端SIA連接第二芯片IC2的I腳和第九電容C9的一端；第九電容C9的另一端連接第二芯片IC2的3腳、第一運放Al的同相輸入端、第^電容Cll的一端和第六電阻R6的一端；第一芯片ICl的2腳連接第一運放Al的輸出端、第十電容ClO的一端、第七電阻R7的一端；第一運放Al的反向輸入端連接第十電容ClO的另一端、第七電阻R7的另一端和第五電阻R5的一端；第五電阻R5的另一端、第^ 電容Cll的另一端連接到地；第六電阻R6的另一端同時連接第二運放A2的反相輸入端和輸出端；第二芯片IC2的5腳和4腳短接并連接第四電阻R4的一端，第四電阻R4的另一端連接第二運放A2的同相輸入端和第十二電容C12的一端,第十二電容C12的另一端為電壓/電流轉(zhuǎn)換電路的輸出端lout，第二芯片IC2的其它腳懸空；所述的第二芯片IC2采用AD公司生產(chǎn)的高速度、視頻差分放大器芯片AD830。如圖6所示，阻抗匹配電路的輸入連接電壓/電流轉(zhuǎn)換電路的輸出，用來與乳腺組織等效的容性阻抗匹配，從而能在特定頻率下發(fā)生諧振，電壓取得最小值；該電路由第四電感L4，第五電感L5，第六電感L6，第七電感L7，第八電感L8和第九電感L9組成。在阻抗匹配電路中，第四電感L4的一端為阻抗匹配電路輸入端；第四電感L4的另一端連接第五電感L5的一端；第五電感L5的另一端連接第六電感L6的一端；第六電感L6的另一端連接第七電感L7的一端；第七電感L7的另一端連接第八電感L8的一端；第八電感L8的另一端連接第九電感L9的一端；第九電感L9的另一端為阻抗匹配電路的輸出端。如圖7所示，幅值處理單元的輸入連接阻抗匹配電路的輸入，用來檢測阻抗匹配電路與乳腺組織串聯(lián)的輸出電壓。幅值處理單元由第三芯片IC3，第八電阻R8，第九電阻R9，第十電阻R10，第十三電容C13組成。在幅值處理單元中，電路輸入端PeakIn連接第八電阻R8的一端；第八電阻R8的另一端連接第三芯片IC3的5腳、第九電阻R9的一端；第九電阻R9的另一端連接第三芯片IC3的9腳和3腳；第十電阻RlO的一端連接第三芯片IC3的6腳；第十電阻RlO的另一端連接到地 ’第三芯片IC3的4腳連接第十三電容C13的一端；第十三電容C13的另一端連接 到地 ’第三芯片IC3的8腳接地；第三芯片IC3的I腳和14腳分別連接到下位機的兩個I/
O口 ；第三芯片IC3的3腳為幅值處理單元的輸出端；所述的第三芯片IC3采用AD公司生產(chǎn)的單片峰值探測器PKDOI。如圖8所示，測試電極陣列放置在測試對象的乳腺組織上，電路用來選通放置在乳腺組織上的電極通道。測試電極陣列電路包括第四芯片IC4、第五芯片IC5、第i^一電阻R11，第十二電阻R12、第十三電阻R13、第十四電阻R14、第十五電阻R15、第十六電阻R16、第十七電阻R17、第十四電容C14、第十五電容C15、第十六電容C16、第十七電容C17、第十八電容C18、第十九電容C19、第二十電容C20、中心電極PO和均勻分布在其外側(cè)的六個銅電極PI, P2, P3, P4, P5, P6。在測試電極陣列電路中，阻抗匹配電路的輸出端Lout連接第四芯片IC4的6腳、第五芯片IC5的I腳、3腳、5腳、9腳、11腳、13腳和第十一電阻RlI的一端；第十一電阻Rll的另一端接地；第四芯片IC4的14腳連接第十二電阻R12的一端、第十四電容C14的一端、第一電極Pl ;第四芯片IC4的15腳連接第十三電阻R13的一端、第十五電容C15的一端、第二電極P2 ;第四芯片IC4的12腳連接第十四電阻R14的一端、第十六電容C16的一端、第三電極P3 ;第四芯片IC4的I腳連接第十五電阻R15的一端、第十七電容C17的一端、第四電極P4 ;第四芯片IC4的5腳連接第十六電阻R16的一端、第十八電容C18的一端、第五電極P5 ;第四芯片IC4的2腳連接第十七電阻R17的一端、第十九電容C19的一端、第六電極P6 ;第十二電阻R12的另一端連接第五芯片IC5的12腳；第十三電阻R13的另一端連接第五芯片IC5的10腳；第十四電阻R14的另一端連接第五芯片IC5的8腳；第十五電阻R15的另一端連接第五芯片IC5的6腳；第十六電阻R16的另一端連接第五芯片IC5的4腳；第十七電阻R17的另一端連接第五芯片IC5的2腳；第四芯片IC4的三個通道選擇控制引腳11腳、10腳、9腳分別連接下位機的3個I/O 口 ；第十四電容C14的另一端、第十五電容C15的另一端、第十六電容C16的另一端、第十七電容C17的另一端、第十八電容C18的另一端、第十九電容C19的另一端相連到地；所述的第四芯片IC4型號選用8通道數(shù)字控制模擬電子開關(guān)芯片⑶4051，第五芯片IC5選用由六個C0S/M0S反相器電路組成的芯片⑶4069。如圖9和圖10所示，上位機部分的串口數(shù)據(jù)接收、顯示和存儲是由VC++編寫與制作。本系統(tǒng)可實時接收多路模擬開關(guān)控制的電極的實時電壓值，并將其存儲等待處理。顯不部分主要顯不病人編號,病人姓名，電極編號，掃描開始時間，掃描結(jié)束時5,乳房編號，諧振頻率，掃描輸出信號。通信協(xié)議上下位機的通信通過設置相應的軟件協(xié)議進行通信，軟件協(xié)議內(nèi)容包括數(shù)據(jù)幀頭、串口選擇、數(shù)據(jù)格式、各路電極的數(shù)據(jù)信號、數(shù)據(jù)存儲方式等。上位機始終打開串口查詢下位機接收緩沖區(qū)是否有數(shù)據(jù)，當下位機中有AD轉(zhuǎn)換的電壓數(shù)據(jù)后，發(fā)生串口中斷向上位機發(fā)送一幀完整數(shù)據(jù)，上位機收到數(shù)據(jù)傳送到文檔中并存儲起來等待處理。本實用新型裝置的工作原理在這套系統(tǒng)中，在兩個乳房上執(zhí)行相同的掃描程序、測量與記錄數(shù)據(jù)過程。上位機接收下位機發(fā)送的由兩側(cè)乳房上各電極的200KHz-800KHz的掃頻幅值響應電壓信號，可由此繪制兩組，每組由六條掃頻幅值響應電壓信號曲線組成。基于阻抗匹配電路與乳腺組織發(fā)生共振原理，對兩組曲線中與對稱性相關(guān)的特征進行提取，采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(ANN)分類，支持向量機(SVM)分類等方法對乳腺癌風險分層，即“高?！比巳号c“低風險”人群。通過這幾種方法的分類結(jié)果，與臨床診斷結(jié)果分析比較，并繪制一組受試者工作特性曲線(R0C曲線)。ROC曲線是反映敏感性和特異性連續(xù)變量的綜合指標，它是以真陽性率(靈敏度)為縱坐標，假陰性率(I-特異性)為橫坐標繪制的曲線。 通過AUC (指ROC曲線下的面積)，評判此裝置的診斷價值。比較大的AUC值，靠近左上角的ROC曲線所代表的受試者工作最準確，所以AUC越大，診斷準確性越高。其它元器件選型下位機選用宏晶科技生產(chǎn)的STC12C5A60S2/AD/PWM系列單片機。第一運放Al和第二運放A2選用的都是BB公司生產(chǎn)的高性能運算放大器0PA452。
權(quán)利要求1.一種乳腺癌早期風險評估裝置，包括掃頻正弦波發(fā)生電路、電壓/電流轉(zhuǎn)換電路、阻抗匹配電路、測試電極陣列、幅值處理單元、下位機、上位機、第一電源和第二電源，其特征在于 掃頻正弦波發(fā)生電路的輸出端與電壓/電流轉(zhuǎn)換電路輸入端連接，電壓/電流轉(zhuǎn)換電路的輸出端與阻抗匹配電路輸入端連接，阻抗匹配電路輸出端與測試電極陣列連接，測試電極陣列放在測試對象乳腺組織上；幅值處理單元輸入端連接到電壓/電流轉(zhuǎn)換電路的輸出端，幅值處理單元的輸出端連接到下位機的I/o 口 ；第一電源連接掃頻正弦波電路、電壓/電流轉(zhuǎn)換電路、測試電極陣列和下位機；第二電源連接幅值處理單元；測試電極陣列的控制口與掃頻正弦波電路的控制口連接下位機的I/o 口 ；下位機通過I/O 口與上位機輸入端連接完成數(shù)據(jù)傳輸。
專利摘要本實用新型公開了一種乳腺癌早期風險評估裝置。本實用新型中的掃頻正弦波發(fā)生電路的輸出端與電壓/電流轉(zhuǎn)換電路輸入端連接，電壓/電流轉(zhuǎn)換電路的輸出端與阻抗匹配電路輸入端連接，阻抗匹配電路輸出端與測試電極陣列連接，測試電極陣列放在測試對象乳腺組織上；幅值處理單元輸入端連接到電壓/電流轉(zhuǎn)換電路的輸出端，幅值處理單元的輸出端連接到下位機的I/O口；第一電源連接掃頻正弦波電路、電壓/電流轉(zhuǎn)換電路、測試電極陣列和下位機；第二電源連接幅值處理單元；測試電極陣列的控制口與掃頻正弦波電路的控制口連接下位機的I/O口；下位機通過I/O口與上位機輸入端連接完成數(shù)據(jù)傳輸。本實用新型檢查方便，且裝置簡單，成本低廉。
文檔編號A61B5/053GK202761276SQ201220318859
公開日2013年3月6日 申請日期2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月29日
發(fā)明者趙偉杰, 劉曉娟, 厲力華 申請人:杭州電子科技大學