基于醫(yī)學量子雷達的人體異常物質檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種人體異常物質的量子檢測方法，主要解決現有醫(yī)學CT掃描難以成像顯示不明顯病狀部位的不足。其技術方案是：基于量子比特經過傳輸信道會發(fā)生狀態(tài)改變的理論，將人體看成是量子比特的傳輸信道，則其量子態(tài)必與周圍環(huán)境相互作用，使量子態(tài)密度算符發(fā)生改變；通過測量設備測量該量子比特，得到改變的量子態(tài)密度算符，并計算得到傳輸信道與測量信道級聯的信道矩陣；將級聯信道矩陣與已建立的各種樣本所對應的信道矩陣數據庫進行比對，給出人體內部異常物質的定性和定量分析數據，以及異常物質存在的位置，并在CT掃描圖上給出標記。本發(fā)明可為醫(yī)生的診斷提供一種直觀的參考依據。
【專利說明】基于醫(yī)學量子雷達的人體異常物質檢測方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于量子信息學與醫(yī)學多學科交叉的【技術領域】，特別涉及一種人體內異常 物質的糾纏檢測方法，可用于對人體內部異常物質進行定性、定量、定位的檢測分析，以及 將檢測結果成像顯示。為今后醫(yī)生診斷病情提供一種可視化的理論分析依據。

【背景技術】
[0002] 在正常情況下，人體內游離的離子元素，如酶，蛋白質，血糖等各種物質的含量均 處于相對穩(wěn)定的情況下。當這些物質的含量低于或高出指定界限時，就會出現異常，進而引 發(fā)一系列的病癥。
[0003] 影響疾病的表現和演變的因素很多，同一類致病因素間也有質的區(qū)分，每個人接 受的致病因素的量不同，每個人的反應性也不同，疾病的表現也就不同。具體的來說，這些 致病因素，必將導致身體內部的化學物質含量出現異常。
[0004] 常規(guī)的核磁共振與CT技術，只能提供人體內部的直觀影像圖像，難以得知人體病 變部位是哪些化學物質出現異常。而且，對于人體內部不明顯的病變癥狀，上述技術就更加 難以提供直觀的影像圖，檢測不出哪里出現異常。比如說早期的癌癥患者利用上述技術檢 測，是不可能檢測出其是具有癌變傾向的。
[0005] 微生物學的發(fā)展提供了許多檢驗方法，但這些方法也頗有問題。有些方法比較靈 敏但特異性卻不高，也就是說把一部分沒有患這種病的人也當成患這種病了；有些方法的 特異性雖高卻不靈敏，以致一部分有病的人未被發(fā)現。靈敏性和特異性很難兩全。
[0006] 現階段，檢驗人體內部異常化學物質的各種方法在不同的應用需求中會受到許多 的限制。


【發(fā)明內容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于針對上述現有醫(yī)學檢測方法的不足，提供一種人體內部異常物 質的檢測方法，以給出人體內部異常物質的定性和定量分析數據，以及異常物質存在的位 置并在CT掃描圖上給出標記，為醫(yī)生的診斷提供一種直觀的參考依據。
[0008] 本發(fā)明是基于量子態(tài)經過傳輸信道會發(fā)生狀態(tài)改變的理論而提出的，其技術方案 是這樣實現的：
[0009] 一 ?醫(yī)學量子雷達檢測原理
[0010] 正常情況下，人體內的化學物質含量較為穩(wěn)定，此時若將人體看成是量子的傳輸 信道，則量子態(tài)必與周圍環(huán)境相互作用，量子態(tài)密度算符發(fā)生改變。而當傳輸信道不同時， 即人體內的化學物質含量發(fā)生變化時，量子態(tài)密度算符必然有所差異。而且不同的化學物 質，或是含量的不同，都會對量子態(tài)密度算符產生不同的改變。
[0011] 量子傳輸信道的信道屬性依賴于信道的輸入和輸出以及描述輸入和輸出之間關 系的條件概率。但是，量子傳輸信道的特性受到量子物理學的約束，即信道受發(fā)射信號的量 子物理特性的強烈約束，這是由量子物理中不同于經典物理的特性所致。因此，即使是全同 信道，若輸入的量子比特不同，也可能將一個無噪聲的信道能會成為有噪聲的信道，所以要 求對同一信道進行檢測時，需輸入相同的量子比特。
[0012] 量子傳輸信道的描述與經典信道的描述方式相同，但是描述信道特性的信道矩陣 與量子特性有關。量子信源通過測量信道后，記錄下輸入的量子比特，對準人體需要檢測的 部位，從另一側再通過測量信道，測出其變化過后的量子比特，進而可以得知輸入前后的量 子態(tài)密度算符。
[0013] 根據前面測得的量子態(tài)密度算符，可以計算得到對應的信道矩陣。該信道矩陣與 之前已建立的各種標本所對應的信道矩陣數據庫進行比對，即可定性、定量、定位的分析所 檢測部位的化學物質是否出現異常。
[0014] 二?技術方案
[0015] 根據上述原理本發(fā)明提出的人體異常物質量子檢測方法，包括如下步驟：
[0016] (1)通過患者的CT掃描圖像，得到患者的橫斷層圖庫；
[0017] (2)對現有的醫(yī)學標本進行檢測，建立不同病癥、不同化學物質和其不同含量的信 道矩陣數據庫；
[0018] (3)以人體的正視圖為基準，橫向為X軸，縱向為Y軸，垂直于人體平面的方向為Z 軸，建立三維坐標系；
[0019] (4)由量子信源制備量子比特，得到對應的量子態(tài)密度算符P = {pi|i = l，2，? n}，n表示量子態(tài)密度算符中元素的個數；
[0020] (5)將量子比特輸入給測量設備，得到輸入量子態(tài)密度算符為 = {/4 I i = 1,2m}，并定義測量過程中所使用的測量算符集合為M = {mk I k = 1，2, --?!!}， 則<4 = ，<為mk的共軛轉置；
[0021] (6)將人體看成傳輸信道，利用從輸入測量設備中輸出的量子比特，對患者的待檢 測部位進行掃描；
[0022] (7)量子比特通過人體這個傳輸信道后，得到傳輸量子態(tài)密度算符為 Aut = …通過輸出測量設備測定該量子比特，得到輸出量子態(tài)密度算符為 P s，則P s = M P。^+，M+為M的共軛轉置；
[0023] (8)由上述參數P in、P _及P s，得到傳輸信道的信道矩陣p。，以及輸出測量信道 的信道矩陣Pm，并將傳輸信道和輸出測量信道這兩個信道級聯，得到級聯信道矩陣Pt ;
[0024] (9)將級聯信道矩陣Pt與信道矩陣數據庫進行比對，實現對人體內異常物質的定 性、定量分析：
[0025] (9a)在信道矩陣數據庫中查找與級聯信道矩陣Pt相匹配的信道矩陣；
[0026] (9b)根據查找到的信道矩陣，查看其所對應的化學物質及含量；
[0027] (9c)將上述得到的化學物質含量與正常數值范圍相比較，判斷該物質是否出現異 常，若化學物質含量不在正常數值范圍之內，則為異常；
[0028] (10)記錄異常位置在三維坐標系中的X軸向值和Z軸向值，并在當前CT圖中標識 出該異常部位。
[0029] 本方法與現有的醫(yī)學檢測方法相比，具有以下優(yōu)點：
[0030] 1.本方法由于根據檢測引起人體病變的化學物質含量，判斷檢測部位是否出現異 常，并進行定位標識，可在核磁共振和CT掃描檢測不出人體部位是否出現異常的情況下， 實現對人體異常部位的準確定位。
[0031] 2.本發(fā)明的實施只需患者躺在掃描床上，即可對該患者體內的異?；瘜W物質做定 性、定量分析，無需對人體進行額外的二次傷害，較傳統(tǒng)的醫(yī)學檢測方法更加方便、迅速、靈 敏。
[0032] 3.本發(fā)明只要建立好信道矩陣數據庫，通過檢測匹配，給出人體內部異常物質的 定性和定量分析數據，并在CT掃描圖上標記出異常部位，為醫(yī)生的診斷提供一種直觀的參 考依據。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0033] 圖1是本發(fā)明提出的醫(yī)學量子雷達檢測方法的實現總流程圖；
[0034] 圖2是本發(fā)明中醫(yī)學量子雷達掃描的子流程圖。

【具體實施方式】
[0035] 以下結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述。
[0036] 參照圖1，本發(fā)明的基于醫(yī)學量子雷達的人體異常物質量子檢測方法，其實現步驟 如下：
[0037] 步驟1，獲取患者的橫斷層圖庫。
[0038] 本發(fā)明是在人體橫斷層圖片的基礎上，對異常部位進行定位標識，需要患者提前 準備好待檢部位的橫斷層掃描圖，通過患者的CT掃描圖像，得到患者的橫斷層圖庫。
[0039] 步驟2,根據現有的醫(yī)學標本庫建立不同病癥、不同化學物質和其不同含量的信道 矩陣數據庫。
[0040] 2. 1)從現有的醫(yī)學標本庫中得到人體的正常樣本，制備特定的量子比特對其進行 檢測，得到正常人體對應的級聯信道矩陣#，建立人體正常狀況的信道矩陣數據子庫1 ;
[0041] 2. 2)從現有的醫(yī)學標本庫中得到各種病情樣本，對其進行檢測，得到各種病情對 應的級聯信道矩陣Pt2，建立各種病情的信道矩陣數據子庫2 ;
[0042] 2. 3)從現有的醫(yī)學標本庫中得到人體內各種物質的樣本，對其進行定性、定量檢 測，得到各種物質對應的級聯信道矩陣Pt3，建立不同物質不同含量的信道矩陣數據子庫3 ;
[0043] 2. 4)由信道矩陣數據子庫1、信道矩陣數據子庫2和信道矩陣數據子庫3構成總 的信道矩陣數據庫P#。
[0044] 步驟3,以人體的正視圖為基準，橫向為X軸，縱向為Y軸，垂直于人體平面的方向 為Z軸，建立人體三維坐標系。
[0045] 步驟4,由量子信源制備特定的量子比特I的，計算得到對應的量子態(tài)密度算符： p ={// Ii = 1,2,--?!!} =|辦〈糾，其中，n表示量子態(tài)密度算符中元素的個數，p 1為量子態(tài)密度 算符的第i個元素。
[0046] 步驟5,將量子比特I的輸入給測量設備，并定義測量過程中所使用的測量算符集 合為M = {mk I k = 1，2,…n}，計算得到輸入量子態(tài)密度算符P in :
[0047] Pin= {pH \ 2'…n\，Piill=InX，
[0048] 其中，％+為mk的共軛轉置；
[0049] 步驟6,將人體看成傳輸信道，利用從輸入測量設備中輸出的量子比特，對患者的 待檢測部位進行掃描檢測。
[0050] 參照圖2,本步驟的具體實現如下：
[0051] 6. 1)從橫斷層圖庫中提取待檢測部位的橫斷層圖像，讀取該橫斷層圖像的像素分 辨率，用PIX*Pn表示，其中，PIX為橫向分辨率，PH為縱向分辨率；
[0052] 6. 2)初始化X軸向值、Y軸向值、Z軸向值為0,根據掃描步進值的具體需求，確定

【權利要求】
1. 一種人體異常物質量子檢測方法，包括如下步驟： (1) 通過患者的CT掃描圖像，得到患者的橫斷層圖庫； (2) 對現有的醫(yī)學標本進行檢測，建立不同病癥、不同化學物質和其不同含量的信道矩 陣數據庫； (3) 以人體的正視圖為基準，橫向為X軸，縱向為Y軸，垂直于人體平面的方向為Z軸， 建立三維坐標系； (4) 由量子信源制備量子比特，得到對應的量子態(tài)密度算符P = (PiIi = 1，2，···η}， η表示量子態(tài)密度算符中元素的個數； (5) 將量子比特輸入給測量設備，得到輸入量子態(tài)密度算符為|i = l,2,…η}， 并定義測量過程中所使用的測量算符集合為M = {mk I k = 1，2,…η}，則A:, = 為mk的共軛轉置； (6) 將人體看成傳輸信道，利用從輸入測量設備中輸出的量子比特，對患者的待檢測部 位進行掃描； (7) 量子比特通過人體這個傳輸信道后，得到傳輸量子態(tài)密度算符為 Aut = Ij = I,2，···《}，通過輸出測量設備測定該量子比特，得到輸出量子態(tài)密度算符為 P s，則P s = M P _Μ+，M+為M的共軛轉置； (8) 由上述參數P in、P _及P s，得到傳輸信道的信道矩陣ρ。，以及輸出測量信道的信 道矩陣Pm，并將傳輸信道和輸出測量信道這兩個信道級聯，得到級聯信道矩陣P t ; (9) 將級聯信道矩陣Pt與信道矩陣數據庫進行比對，實現對人體內異常物質的定性、定 量分析： (9a)在信道矩陣數據庫中查找與級聯信道矩陣Pt相匹配的信道矩陣； (9b)根據查找到的信道矩陣，查看其所對應的化學物質及含量； (9c)將上述得到的化學物質含量與正常數值范圍相比較，判斷該物質是否出現異常， 若化學物質含量不在正常數值范圍之內，則為異常； (10) 記錄異常位置在三維坐標系中的X軸向值和Z軸向值，并在當前CT圖中標識出該 異常部位。
2. 根據權利1所述的人體異常物質量子檢測方法，其中所述步驟￠)中對人體進行掃 描，按如下步驟進行： (6. 1)從橫斷層圖庫中提取待檢測部位的橫斷層圖像，讀取該橫斷層圖像的像素分辨 率，用ΡΙΧ*ΡΠ表示，其中，PIX為橫向分辨率，ΡΠ為縱向分辨率； (6. 2)初始化X軸向值、Y軸向值、Z軸向值為0,根據掃描步進值的具體需求，確定X 軸向的比例系I
, Z軸向的比例系i
，其中，X軸向步進 值為X軸向掃描一次需移動的距離，Z軸向步進值為Z軸向掃描一次需移動的距離； (6. 3)沿著X軸向掃描待檢測部位，完成一次檢測，計算級聯信道矩陣Pt : Pt = Pc*Pm ； 其中，P。為人體傳輸信道矩陣，Pm為輸出測量信道矩陣； (6. 4)將級聯信道矩陣Pt與信道矩陣數據庫進行比對，判斷檢測結果是否異常： (6. 4a)在信道矩陣數據庫中查找與級聯信道矩陣Pt相匹配的信道矩陣； (6. 4b)根據查找到的信道矩陣，查看其所對應的化學物質及含量； (6.4c)將查到的化學物質含量與正常數值范圍相比較，若化學物質含量在正常數值 范圍之內，則執(zhí)行步驟￠. 5)，若化學物質含量在不正常數值范圍之內，則為異常，執(zhí)行步驟 (6. 6)； (6. 5)在X軸向上，按設定的X軸向步進值步進一次，繼續(xù)掃描檢測； (6. 6)記錄當前位置的異常情況、X軸向值和Z軸向值，將X軸向變換為Z軸，延續(xù)Z軸 向值繼續(xù)檢測，完成一次Z軸向檢測，再將級聯信道矩陣Pt與信道矩陣數據庫比對： (6.6a)若結果正常，在Z軸向上，按照設定的步進值步進一次，繼續(xù)檢測； (6.6b)若檢測結果異常，記錄當前位置的異常情況、X軸向值和Z軸向值，將Z軸向變 換為X軸，延續(xù)X軸向值繼續(xù)檢測，完成一次X軸向檢測，返回步驟￠. 4)，如此交替重復，直 至將整個橫斷層圖像遍歷完為止。
3. 根據權利2所述的人體異常物質量子檢測方法，其中所述（6.3)中的人體傳輸信道 矩陣P。，通過如下步驟構建： (6. 3a)設人體傳輸信道對量子比特的影響用E = Iej I j = 1，2,…η}算符表示，根據E 算符中的兀素ej，計算輸入量子態(tài)密度算符Pin與傳輸量子態(tài)密度算符Ptjut之間對應的條 件概率p I j): PcO' I j) = Tr(^ej)； 其中，Tr表示矩陣的跡，乂表示輸入量子態(tài)密度算符P in中的第i個元素； (6. 3b)由步驟（6. 3a)給出的條件概率p。(i I j)，構建人體傳輸信道的信道矩陣p。：
4. 根據權利2所述的人體異常物質量子檢測方法，其中所述（6.3)中的輸出測量信道 矩陣Pm，通過如下步驟構建： (6.3c)設輸出測量設備所使用的測量算符集合為M= {mk|k= 1，2，···η}，根據測量算 符M中的兀素mk，計算傳輸量子態(tài)密度算符Prat與輸出量子態(tài)密度算符Ps之間對應的條 件概率P m (j Ik): p Jj Ik) ^ Tr(pLl}h)： 其中，Tr表示矩陣的跡，AL表示傳輸量子態(tài)密度算符P wt中的第j個元素； (6.3d)由步驟（6.3c)給出的條件概率pm (j |k)，構建輸出測量信道的信道矩陣pm:
【文檔編號】A61B6/03GK104382610SQ201410613521
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月4日 優(yōu)先權日:2014年11月4日
【發(fā)明者】聶敏, 任杰, 李旭, 王林飛, 楊光, 張美玲 申請人:西安郵電大學