基于量子超弦引擎的中晚期癌癥成像檢測(cè)系統(tǒng)及方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于量子超弦引擎的中晚期癌癥成像檢測(cè)系統(tǒng)及方法,主要解決傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)設(shè)備無(wú)法高效、安全、快速、全面的檢測(cè)出癌癥患者癌細(xì)胞擴(kuò)散區(qū)域的不足。其系統(tǒng)包括量子光發(fā)射源、分光器、凸透鏡、濾光器組、檢測(cè)單元、圖像處理單元和顯示器。量子光發(fā)射源產(chǎn)生的正交極化光子經(jīng)過(guò)分光器后,分成兩路傳播;一路通過(guò)凸透鏡和濾光器照射在患者身上,穿過(guò)人體后被探測(cè)器所接收;另一路直接經(jīng)過(guò)濾光器,被另一探測(cè)器接收。檢測(cè)單元對(duì)兩個(gè)探測(cè)器所探測(cè)到的光子進(jìn)行聯(lián)合測(cè)量,并將探測(cè)結(jié)果輸出至圖像處理單元,繪制成患者體內(nèi)癌細(xì)胞的擴(kuò)散區(qū)域成像圖在顯示器顯示。本發(fā)明能獲得癌細(xì)胞的擴(kuò)散區(qū)域成像圖,為癌癥患者的治療及研究提供依據(jù)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
基于量子超弦引擎的中晚期癌癥成像檢測(cè)系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于電子設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域,特別涉及一種醫(yī)學(xué)成像檢測(cè)設(shè)備,可用于檢測(cè)中 晚期癌癥患者體內(nèi)癌細(xì)胞的擴(kuò)散區(qū)域,對(duì)癌變區(qū)域定位成像。通過(guò)信息采集、光學(xué)計(jì)算、圖 像處理等步驟,實(shí)現(xiàn)成像系統(tǒng)對(duì)患者患癌部位的癌細(xì)胞定位顯示。為癌癥的診斷、治療和科 學(xué)研究提供可視化檢測(cè)手段和依據(jù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 癌癥作為全世界人類(lèi)的最大致死原因,其增長(zhǎng)速度日益加快,嚴(yán)重危害人類(lèi)的生 命健康,也是世界醫(yī)學(xué)難題。美國(guó)癌癥協(xié)會(huì)的年度統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)報(bào)告顯示,2015年,美國(guó)新增癌 癥病例約166萬(wàn)人,死亡60萬(wàn)人;世界衛(wèi)生組織的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,2014年全球新增癌癥病例 約1410萬(wàn)人,死亡人數(shù)達(dá)到820萬(wàn)人。世界衛(wèi)生組織預(yù)計(jì),由于全球人口的增長(zhǎng)和人口老齡 化,以及生活方式、飲食結(jié)構(gòu)和環(huán)境變化等因素,到2025年,世界每年新增癌癥病例數(shù)將達(dá) 到1930萬(wàn)人,每年死亡病例將超過(guò)1000萬(wàn)。
[0003]統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明,我國(guó)近幾年平均每年新增癌癥病例約350萬(wàn)人,死亡200萬(wàn)人,癌癥 發(fā)病率已經(jīng)處于世界首位,約占全球癌癥死亡人數(shù)的四分之一,即我國(guó)每分鐘有6-7人被診 斷為癌癥,而每分鐘死于癌癥的多達(dá)5人。
[0004] 迄今為止,醫(yī)生和科研人員只能使用常規(guī)的儀器和檢查方式來(lái)檢查癌癥,如X射線 檢查、CT檢查、磁共振MRI檢查。而癌癥的種類(lèi)多達(dá)一百多種,一個(gè)自認(rèn)為健康的人,絕對(duì)不 可能去將每種檢查都做一次,這些檢查不僅價(jià)格不菲,而且臨床中所采用的X線檢查、計(jì)算 機(jī)斷層掃描CT檢查,本身就是強(qiáng)輻射,會(huì)誘發(fā)細(xì)胞癌變,具有一定的危害。因此,我們經(jīng)常會(huì) 看到,即使是每年定期體檢的人,也會(huì)突然查出患癌,并且一經(jīng)發(fā)現(xiàn)就是中晚期,給患者本 人、家庭和社會(huì)帶來(lái)了巨大的精神痛苦和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。
[0005] 因此研究一種高效、安全、快速、全面的癌癥檢測(cè)手段迫在眉睫。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述現(xiàn)有醫(yī)學(xué)檢測(cè)設(shè)備的不足,提出一種基于量子超弦引 擎的中晚期癌癥成像檢測(cè)方法及系統(tǒng),以通過(guò)對(duì)患者體內(nèi)熒光蛋白的測(cè)試,定位、定性分析 獲得患者當(dāng)前癌細(xì)胞的擴(kuò)散區(qū)域,并進(jìn)行成像顯示,為癌癥患者的治療及研究提供依據(jù)。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0008] - ·檢測(cè)原理
[0009] 現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究表明,不同顏色的熒光蛋白可以標(biāo)記活體內(nèi)的不同組織,如神經(jīng)系 統(tǒng),癌變組織等等。量子雷達(dá)的成功研發(fā)證明了熒光量子成像的可實(shí)現(xiàn)性,表明量子理論在 成像上有明顯優(yōu)勢(shì)。熒光量子成像原理可被應(yīng)用于體內(nèi)癌細(xì)胞的熒光成像。
[0010] 本發(fā)明由量子光發(fā)射源發(fā)出糾纏光子對(duì),獲得正交極化光子對(duì)。正交極化光子對(duì) 被分光器分光后,以不同路徑傳播。其中探測(cè)癌細(xì)胞的極化光子通過(guò)透鏡和濾光器照射在 患者身體上,若患者體內(nèi)照射位置有癌細(xì)胞,則熒光蛋白與癌細(xì)胞產(chǎn)生反應(yīng),發(fā)出熒光,極 化光子穿過(guò)人體后被探測(cè)器所接收;另一極化光子直接經(jīng)過(guò)濾光器,被另一探測(cè)器接收。聯(lián) 合探測(cè)裝置對(duì)兩個(gè)探測(cè)器所探測(cè)到的光子進(jìn)行聯(lián)合測(cè)量,并將探測(cè)結(jié)果輸出至數(shù)據(jù)處理模 塊,把熒光輻射場(chǎng)、人體組織輻射場(chǎng)和量子探測(cè)光輻射場(chǎng)看成整個(gè)成像輻射場(chǎng)體系,通過(guò)探 測(cè)光子糾纏對(duì)與周?chē)椛鋱?chǎng)的作用變化,繼而分析輻射場(chǎng)分布的強(qiáng)度,來(lái)得到熒光分布的 圖像。利用成像算法,對(duì)熒光分布的圖像重建,進(jìn)而對(duì)患者體內(nèi)癌細(xì)胞的擴(kuò)散區(qū)域進(jìn)行定 位、定量分析,并在顯示器成像顯示信息。
[0011] 二.根據(jù)上述原理,本發(fā)明提出的基于量子超弦引擎的中晚期癌癥成像檢測(cè)系統(tǒng) 包括:
[0012] 量子光發(fā)射源:用于產(chǎn)生糾纏光子對(duì),從而獲得正交極化的光子,輸出給分光器;
[0013] 分光器:用于改變光路,使正交極化的光子沿垂直的兩路方向傳播;
[0014] 滑行面:用于移動(dòng)分光器的位置,調(diào)整檢測(cè)點(diǎn);
[0015] 凸透鏡:用于匯聚穿過(guò)分光器后的光子,使光子沿光路照射到患者身上;
[0016] 濾光器組:用于對(duì)各種色光起調(diào)節(jié)作用并且消除光線在患者表面所形成的閃耀反 光;
[0017] 測(cè)試床單元:用于承載患者,并通過(guò)調(diào)節(jié)測(cè)試床的位置使透鏡輸出的光能對(duì)患者 進(jìn)行全身照射掃描;
[0018] 檢測(cè)單元:用于對(duì)患者照射掃描后產(chǎn)生的光子信號(hào)進(jìn)行接收并檢測(cè),并將該光子 信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后輸送給圖像處理單元;
[0019] 圖像處理單元:用于對(duì)檢測(cè)單元輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理,以獲得熒光輻射場(chǎng)強(qiáng) 度,輸出給成像顯示器,并建立患者體內(nèi)癌細(xì)胞的擴(kuò)散區(qū)域的信息圖庫(kù);
[0020] 顯示器:用于對(duì)癌癥患者體內(nèi)的熒光蛋白進(jìn)行成像顯示,以及查看數(shù)據(jù)庫(kù)文件。
[0021] 三.利用本發(fā)明系統(tǒng)進(jìn)行中晚期癌癥檢測(cè)的方法,包括如下步驟:
[0022] 1)將正常人體置于測(cè)試床上,測(cè)試床位于測(cè)試艙內(nèi);將滑行面置于測(cè)試艙頂部,并 與分光器連接以控制分光器的位置,從而控制檢測(cè)點(diǎn)的位置;量子光發(fā)射源發(fā)出的光經(jīng)過(guò) 光路傳播照射到人體后,輸入到檢測(cè)單元,再經(jīng)過(guò)圖像處理單元,得到正常人體的輻射場(chǎng)分 布數(shù)據(jù);
[0023] 2)利用步驟1的測(cè)試結(jié)果,建立正常人體的輻射場(chǎng)強(qiáng)分布的矩陣數(shù)據(jù)庫(kù);
[0024] 3)以人體的正視圖為基準(zhǔn),橫向?yàn)閄軸,縱向?yàn)閅軸,建立二維坐標(biāo)系;
[0025] 4)癌癥患者躺在測(cè)試床上注入熒光蛋白后,接受照射掃描,通過(guò)調(diào)節(jié)測(cè)試床的位 置使輸出的光能對(duì)患者進(jìn)行全身照射掃描;
[0026] 5)用栗浦激光器照射偏硼酸鋇晶體,將光子對(duì)正交極化為:e光和〇光;
[0027] 6)利用分光器將光源器件產(chǎn)生的光子對(duì)分為兩路,分別為參考光路和信號(hào)光路;
[0028] 7)用信號(hào)光路的極化光子通過(guò)濾波器和透鏡對(duì)患者進(jìn)行照射掃描,隨后透射過(guò)人 體被電子倍增耦合EMCCD探測(cè)器所接收;用參考光路的極化光子通過(guò)濾波器后被光探測(cè)器 所接收;
[0029] 8)對(duì)兩路光信號(hào)進(jìn)行聯(lián)合測(cè)量,將檢測(cè)到的光子信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槟M電信號(hào),再經(jīng)過(guò) 放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字信號(hào);
[0030] 9)使用小波包閾值消噪方法對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行去噪處理,并通過(guò)光譜儀輸出熒光光 譜圖;
[0031 ] 10)由熒光光譜圖得到癌癥患者的癌細(xì)胞擴(kuò)散區(qū)域成像圖:
[0032] 10a)焚光光子經(jīng)生物組織傳輸后,其量子損傷傳輸概率為:
[0033] Ρω = 1-2|π?η(λ,ω ) |2(1-Β)(1_Ρλ)
[0034] 其中:Β是阻塞率,ρλ為經(jīng)典信道系統(tǒng)誤碼率,λ,ω為量子糾纏信道系數(shù)。
[0035] 10b)根據(jù)量子損傷傳輸概率,結(jié)合測(cè)得變化后的人體福射場(chǎng)分布,建立焚光福射 場(chǎng)的檢測(cè)矩陣H;
[0036] 10c)將檢測(cè)矩陣Η與正常人體輻射場(chǎng)強(qiáng)分布矩陣數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行對(duì)比,實(shí)現(xiàn)對(duì)熒光輻 射場(chǎng)的定性、定量分析:如果檢測(cè)矩陣Η中的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)有差異,則說(shuō)明對(duì)應(yīng)檢 測(cè)點(diǎn)存在熒光蛋白,即存在癌細(xì)胞,將癌細(xì)胞的分布繪制在人體的二維立體坐標(biāo)中,即得到 患者的癌細(xì)胞擴(kuò)散區(qū)域成像圖。
[0037] 11)將患者的癌細(xì)胞擴(kuò)散區(qū)域成像圖儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)中,以便與治療后的成 像圖進(jìn)行對(duì)比,來(lái)評(píng)價(jià)治療效果。
[0038] 本發(fā)明與現(xiàn)有癌癥檢測(cè)系統(tǒng)相比,具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0039] 1.本發(fā)明根據(jù)熒光蛋白對(duì)癌細(xì)胞的標(biāo)記關(guān)系確定患者體內(nèi)癌細(xì)胞的擴(kuò)散區(qū)域的 位置,所以定位更加準(zhǔn)確;
[0040] 2.本發(fā)明基于二維立體坐標(biāo),繪制的癌細(xì)胞擴(kuò)散區(qū)域成像圖更加直觀;
[0041] 3.本發(fā)明采用熒光量子成像技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè),短時(shí)間內(nèi)即可提供癌細(xì)胞擴(kuò)散區(qū) 域的信息,為患者的臨床治療爭(zhēng)取了寶貴時(shí)間;
[0042] 4.本發(fā)明是無(wú)創(chuàng)檢測(cè),檢測(cè)過(guò)程僅是對(duì)患者進(jìn)行光學(xué)掃描,不會(huì)對(duì)患者造成新的 創(chuàng)傷;
[0043] 5.本發(fā)明不僅僅局限于對(duì)癌癥的檢測(cè),在獲取其它物質(zhì)光譜的條件下,還可用于 其它疾病的臨床檢測(cè),具有廣泛的適用性。
【附圖說(shuō)明】
[0044] 圖1是本發(fā)明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖;
[0045]圖2是本發(fā)明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理框圖;
[0046] 圖3是本發(fā)明系統(tǒng)中的光路框圖;
[0047] 圖4是本發(fā)明檢測(cè)方法的實(shí)現(xiàn)流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0048] 以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0049] 參照?qǐng)D1和圖2,構(gòu)成本發(fā)明系統(tǒng)的部件包括:測(cè)試艙、測(cè)試床單元、光譜分析儀、圖 像處理器及顯示器。其中測(cè)試艙中包括量子光發(fā)射源1,分光器2,滑行面3,凸透鏡4,濾波器 組5,檢測(cè)單元7。量子光發(fā)射源1位于測(cè)試艙頂部中心,用于發(fā)出正交極化的光子對(duì);將滑行 面3置于測(cè)試艙頂部,并與分光器2連接以控制分光器的位置,從而控制檢測(cè)點(diǎn)的位置;分光 器2改變光路,使正交極化的光子沿垂直的兩路方向傳播;凸透鏡4位于分光器下方,用于匯 聚穿過(guò)分光器后的光子,使光子沿光路照射到患者身上;濾波器組5中的第一濾光器51位于 凸透鏡下方,用于消除光線在患者表面所形成的閃耀反光;濾波器組5中的第二濾光器52與 分光器處于同一水平位置上,用于對(duì)各種色光起調(diào)節(jié)作用;檢測(cè)單元7用于對(duì)患者照射掃描 后產(chǎn)生的光子信號(hào)進(jìn)行接收并檢測(cè)。
[0050]所述量子光發(fā)射源1,由電源11、激光栗浦12、偏硼酸鋇晶體13、棱鏡14、控制電路 15、反饋電路16組成;
[0051 ] 所述的濾光器組5由第一濾光器51、第二濾光器52組成;
[0052]所述測(cè)試床單元6,由電機(jī)控制器61、步進(jìn)電機(jī)62、測(cè)試床63組成;
[0053] 所述檢測(cè)單元7,由光探測(cè)器71、EMCCD探測(cè)器72、探測(cè)控制器73、光電轉(zhuǎn)換器74、放 大電路75、A/D轉(zhuǎn)換電路76組成;
[0054] 所述圖像處理單元8,由數(shù)據(jù)處理器81和光譜分析儀82組成。
[0055]量子光發(fā)射源1中的電源11為激光栗浦12提供能量,激光栗浦12同時(shí)輸出光信號(hào) 和電信號(hào),該光信號(hào)先經(jīng)過(guò)偏硼酸鋇晶體13,再通過(guò)棱鏡14匯聚后,獲得一對(duì)正交極化的光 子;該電信號(hào)通過(guò)反饋電路16輸送至控制電路15,控制電路15對(duì)電源輸出電壓進(jìn)行控制。 [0056]滑行面3與分光器2相連,用于調(diào)整檢測(cè)點(diǎn)的位置;分光器2改變光路,使正交極化 的光子沿垂直的兩路方向傳播,信號(hào)光路上的光子通過(guò)凸透鏡4,再通過(guò)第一濾波器51照射 至測(cè)試床63上的患者身上,電機(jī)控制器61對(duì)步進(jìn)電機(jī)62進(jìn)行控制,從而控制測(cè)試床的位置, 使光能對(duì)測(cè)試床63上的患者進(jìn)行全身照射掃描;而另一路參考光路上的光子通過(guò)第二濾波 器52被光檢測(cè)器71所接收。
[0057] 量子光發(fā)射源1,分光器2,凸透鏡4,第一濾光器51,第二濾光器52,光探測(cè)器71, EMCXD探測(cè)器72構(gòu)成一個(gè)光路系統(tǒng),如圖3所示。
[0058] 檢測(cè)單元7中的光探測(cè)器71用于對(duì)參考光路的光子信號(hào)進(jìn)行探測(cè),EMCXD探測(cè)器 72,用于對(duì)信號(hào)光路的光子信號(hào)進(jìn)行檢測(cè),探測(cè)控制器73用于對(duì)EMCCD探測(cè)器進(jìn)行控制,光 電轉(zhuǎn)換器74將參考光路和信號(hào)光路聯(lián)合測(cè)量檢測(cè)到的光子信號(hào)變?yōu)槟M電信號(hào),該模擬電 信號(hào)依次經(jīng)放大電路75和A/D轉(zhuǎn)換電路76,輸出放大的數(shù)字信號(hào)給圖像處理單元。
[0059]圖像處理單元8中的數(shù)據(jù)處理器81用于將得到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行去噪后輸出給光譜 儀82,光譜儀82包括熒光光譜圖數(shù)據(jù)庫(kù)和熒光光譜分析模塊,熒光光譜圖數(shù)據(jù)庫(kù),用于存儲(chǔ) 熒光光譜圖;熒光光譜分析模塊,用于對(duì)熒光光譜圖進(jìn)行分析,通過(guò)計(jì)算熒光光譜圖中的輻 射場(chǎng)強(qiáng)度,再將該輻射場(chǎng)強(qiáng)度與正常人體輻射場(chǎng)強(qiáng)分布進(jìn)行對(duì)比,并對(duì)患者體內(nèi)癌細(xì)胞的 擴(kuò)散區(qū)域進(jìn)行定位、定量分析,繪制成癌癥患者的癌細(xì)胞擴(kuò)散區(qū)域成像圖。
[0060]參照?qǐng)D4,利用上述系統(tǒng)進(jìn)行癌癥患者成像檢測(cè)的方法,其實(shí)現(xiàn)步驟如下:
[0061 ]步驟1,得到正常人體的輻射場(chǎng)分布數(shù)據(jù)。
[0062] (1 . 1)將正常人體置于測(cè)試床上,測(cè)試床位于測(cè)試艙內(nèi);將滑行面置于測(cè)試艙頂 部,并與分光器連接以控制分光器的位置,從而控制檢測(cè)點(diǎn)的位置;
[0063] (1.2)量子光發(fā)射源發(fā)出的光經(jīng)過(guò)光路傳播照射到人體后,輸入到檢測(cè)單元,再經(jīng) 過(guò)圖像處理單元,得到正常人體的輻射場(chǎng)數(shù)據(jù);
[0064] (1.3)通過(guò)調(diào)整檢測(cè)點(diǎn)的位置,使量子光發(fā)射源發(fā)出的光能對(duì)人體進(jìn)行全身照射 掃描,從而得到正常人體全身各點(diǎn)的輻射場(chǎng)數(shù)據(jù)。
[0065] 步驟2,利用步驟1的測(cè)試結(jié)果,建立正常人體的輻射場(chǎng)強(qiáng)分布的矩陣數(shù)據(jù)庫(kù)。
[0066]步驟3,以人體的正視圖為基準(zhǔn),橫向?yàn)閄軸,縱向?yàn)閅軸,建立二維坐標(biāo)系。
[0067]步驟4,癌癥患者躺在測(cè)試床上注入熒光蛋白后,接受照射掃描,通過(guò)調(diào)節(jié)測(cè)試床 的位置使輸出的光能對(duì)患者進(jìn)行全身照射掃描。
[0068] 本發(fā)明是基于熒光蛋白對(duì)癌細(xì)胞的標(biāo)記作用來(lái)進(jìn)行患癌變組織的成像檢測(cè),所以 檢測(cè)前應(yīng)向患者注入對(duì)應(yīng)的熒光蛋白。
[0069] 步驟5,利用量子光發(fā)射源器件產(chǎn)生糾纏光子對(duì),采用栗浦激光器照射偏硼酸鋇晶 體。
[0070] (5.1)電源對(duì)激光栗浦器件提供能量,栗浦激光器件輸出的電壓信號(hào)通過(guò)反饋電 路輸送至控制電路;
[0071] (5.2)控制電路對(duì)電源輸出電壓進(jìn)行控制,使電源電壓達(dá)到穩(wěn)定;
[0072] (5.3)穩(wěn)定的電壓使量子光發(fā)射源器件產(chǎn)生正交極化光子對(duì),使光子對(duì)正交極化 為:e光和〇光。
[0073]步驟6,將正交極化的光子對(duì)分為垂直的兩路。
[0074] (6.1)利用分光器將量子光發(fā)射源產(chǎn)生的光子對(duì)分為兩路,分別為參考光路和信 號(hào)光路。
[0075] (6.2)參考光路和信號(hào)光路相互垂直,即得到傳播方向垂直的兩路極化光子。
[0076] 步驟7,信號(hào)光路的和參考光路的極化光子通過(guò)各自光路,分別輸出至所對(duì)應(yīng)的探 測(cè)器上。
[0077] (7.1)信號(hào)光路的極化光子通過(guò)濾波器和凸透鏡,沿光路照射至測(cè)試床特定位置;
[0078] (7.2)將患者放置在測(cè)試床上,電機(jī)控制器調(diào)整步進(jìn)電機(jī),從而控制測(cè)試床的位 置,使輸出的光能對(duì)患者進(jìn)行全身照射掃描;
[0079] (7.3)信號(hào)光子對(duì)患者進(jìn)行照射掃描,穿過(guò)人體透射出來(lái),被EMC⑶探測(cè)器所接收。
[0080] (7.4)參考光路的光子通過(guò)濾波器后沿光路被光探測(cè)器所接收。
[0081]步驟8,對(duì)兩路光子信號(hào)進(jìn)行聯(lián)合測(cè)量,將檢測(cè)到的光子信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槟M電信號(hào), 再經(jīng)過(guò)放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字信號(hào)。
[0082] (8.1)利用聯(lián)合檢測(cè)器對(duì)兩路光子進(jìn)行聯(lián)合檢測(cè),得到光譜信號(hào);
[0083] (8.2)采用光電轉(zhuǎn)換電路將檢測(cè)光譜信號(hào)變?yōu)槟M電信號(hào);
[0084] (8.3)采用放大電路將模擬電信號(hào)進(jìn)行放大;
[0085] (8.4)采用A/D轉(zhuǎn)換電路將放大后的模擬電信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換,變?yōu)閿?shù)字信號(hào)。
[0086] 步驟9,使用小波包閾值消噪方法對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行去噪處理,并通過(guò)光譜儀輸出熒 光光譜圖;
[0087] (9. la)選擇小波包的最大分解尺度J,對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行J層小波包分解,得到完整 的二叉樹(shù);
[0088] (9. lb)從第J層開(kāi)始,當(dāng)兩個(gè)子結(jié)點(diǎn)的香農(nóng)熵之和小于父結(jié)點(diǎn)的香農(nóng)熵時(shí),將這兩 個(gè)子結(jié)點(diǎn)合并,最終得到的小波包分解樹(shù)的小波包分解系數(shù)Ci ;
[0089] (9.1c)根據(jù)噪聲方差〇和小波包分解系數(shù)Cl相應(yīng)層的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)Μ計(jì)算表閾值:
[0090] (9. Id)使用閾值τ對(duì)小波包分解系數(shù)Cl進(jìn)行消噪處理,得到新的小波包分解系數(shù):
[0092] (9. le)用新的小波包分解系數(shù)(^'進(jìn)行小波包重構(gòu),獲得去噪后的數(shù)字信號(hào);
[0093] (9.2)將去噪后的數(shù)字信號(hào)輸送至光譜分析儀進(jìn)行分析,輸出熒光光譜圖;
[0094] (9.3)將該熒光光譜圖輸出至熒光光譜圖數(shù)據(jù)庫(kù)和熒光光譜分析模塊進(jìn)行存儲(chǔ)和 分析。
[0095] 步驟10,由熒光光譜圖得到癌癥患者的癌細(xì)胞擴(kuò)散區(qū)域成像圖。
[0096] (10.1)熒光光子經(jīng)生物組織傳輸后,其量子損傷傳輸概率為:
[0097] Ρω = 1-2|π?η(λ,ω ) |2(1-Β)(1_Ρλ),
[0098] 其中:Β是阻塞率,為經(jīng)典信道系統(tǒng)誤碼率,λ為量子糾纏信道系數(shù),ω為經(jīng)典量 子糾纏信道系數(shù);
[0099] (10.2)考慮量子損傷傳輸概率,結(jié)合測(cè)得變化后的人體輻射場(chǎng)分布,建立熒光輻 射場(chǎng)的檢測(cè)矩陣Η:
[0100] (10.2a)當(dāng)探測(cè)到人體有部位發(fā)出熒光時(shí),系統(tǒng)探測(cè)到初始糾纏態(tài)的概率為Ρο,探 測(cè)到噪聲光子Pf的概率為(l-Po),探測(cè)光子將被熱化,成像光子量子態(tài)可用原始態(tài)來(lái)表示:
[0101] p2e=(l-n)Pie+P〇Pe
[0102] 其中:〇〈n〈i,表示光子的生存系數(shù);pe為糾纏態(tài)密度矩陣;pe= |Φ〉(Θ)(Θ)〈Ψ I I ψ>(θ) 代表一個(gè)雙光子系統(tǒng);
[0103] (10.2b)由成像光子量子態(tài)得出對(duì)應(yīng)量子數(shù)的能量為:
[0105] 其中:η,β為不同光量子態(tài)所對(duì)應(yīng)的量子數(shù);EJ為爲(wèi)的本征值;μ是磁導(dǎo)率;c為真 空中光速;ζ為成像諧振子的能量;α為量子光譜成像的精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù) 電子的電荷,ft為約化普朗克常數(shù)。
[0106] 10b3)由不同的量子數(shù),構(gòu)造檢測(cè)矩陣
[0107] (10.3)將檢測(cè)矩陣Η與正常人體輻射場(chǎng)強(qiáng)分布矩陣數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行對(duì)比,實(shí)現(xiàn)對(duì)熒光 輻射場(chǎng)的定性、定量分析;
[0108] 如果檢測(cè)矩陣Η中的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)有差異,則說(shuō)明對(duì)應(yīng)檢測(cè)點(diǎn)存在熒光 蛋白,即存在癌細(xì)胞;
[0109] 若檢測(cè)矩陣Η中的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)沒(méi)有差異或差異很小,則說(shuō)明對(duì)應(yīng)檢測(cè) 點(diǎn)不存在熒光蛋白,即不存在癌細(xì)胞;
[0110] (10.4)將癌細(xì)胞的分布繪制在人體的二維立體坐標(biāo)中,即得到患者的癌細(xì)胞擴(kuò)散 區(qū)域成像圖。
[0111] 步驟11,將患者的癌細(xì)胞擴(kuò)散區(qū)域成像圖儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)中,以便與治療后 的成像圖進(jìn)行對(duì)比,來(lái)評(píng)價(jià)治療效果。
[0112] 以上描述僅是本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)例,不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的任何限制,顯然對(duì)于本 領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)人員來(lái)說(shuō),在了解了本
【發(fā)明內(nèi)容】
和原理后,都可能在不背離本發(fā)明原理、結(jié)構(gòu)的 情況下,進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上的各種修改和改變,但是這些基于本發(fā)明思想的修正和改變?nèi)?在本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于量子超弦引擎的中晚期癌癥成像檢測(cè)系統(tǒng),包括: 量子光發(fā)射源(1):用于產(chǎn)生糾纏光子對(duì),從而獲得正交極化的光子,輸出給分光器; 分光器(2):用于改變光路,使正交極化的光子沿垂直的兩路方向傳播; 滑行面(3):用于移動(dòng)分光器的位置,調(diào)整檢測(cè)點(diǎn); 凸透鏡(4):用于匯聚穿過(guò)分光器后的光子,使光子沿光路照射到患者身上; 濾光器組(5):用于對(duì)各種色光起調(diào)節(jié)作用并且消除光線在患者表面所形成的閃耀反 光; 測(cè)試床單元(6):用于承載患者,并通過(guò)調(diào)節(jié)測(cè)試床的位置使透鏡輸出的光能對(duì)患者進(jìn) 行全身照射掃描; 檢測(cè)單元(7):用于對(duì)患者照射掃描后產(chǎn)生的光子信號(hào)進(jìn)行接收并檢測(cè),并將該光子信 號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后輸送給圖像處理單元; 圖像處理單元(8):用于對(duì)檢測(cè)單元輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理,W獲得巧光福射場(chǎng)強(qiáng) 度,輸出給成像顯示器,并建立患者體內(nèi)癌細(xì)胞的擴(kuò)散區(qū)域的信息圖庫(kù); 顯示器(9):用于對(duì)癌癥患者體內(nèi)的巧光蛋白進(jìn)行成像顯示,W及查看數(shù)據(jù)庫(kù)文件。2. 根據(jù)權(quán)利1所述的系統(tǒng),其中量子光發(fā)射源(1),包括電源(11),激光累浦(12)、偏棚 酸領(lǐng)晶體(13)、棱鏡(14)、控制電路(15)和反饋電路(16);電源(11)為激光累浦(12)提供能 量,激光累浦(12)同時(shí)輸出光信號(hào)和電信號(hào),該光信號(hào)先經(jīng)過(guò)偏棚酸領(lǐng)晶體(13),再通過(guò)棱 鏡(14)匯聚后,獲得一對(duì)正交極化的光子;該電信號(hào)通過(guò)反饋電路(16)輸送至控制電路 (15),控制電路(15)對(duì)電源輸出電壓進(jìn)行控制。3. 根據(jù)權(quán)利1所述的系統(tǒng),其中的檢測(cè)單元(7),包括光探測(cè)器(71)、電子倍增禪合 EMCCD探測(cè)器(72)、探測(cè)控制器(73)、光電轉(zhuǎn)換器(74)、放大電路(75)、A/D轉(zhuǎn)換電路(76);光 探測(cè)器(71)用于對(duì)參考光路的光子信號(hào)進(jìn)行探測(cè),EMCCD探測(cè)器(72)用于對(duì)信號(hào)光路的光 子信號(hào)進(jìn)行檢測(cè),探測(cè)控制器(73)用于對(duì)EMCCD探測(cè)器進(jìn)行控制,光電轉(zhuǎn)換器(74)將參考光 路和信號(hào)光路聯(lián)合測(cè)量檢測(cè)到的光子信號(hào)變?yōu)槟M電信號(hào),該模擬電信號(hào)依次經(jīng)放大電路 (75)和A/D轉(zhuǎn)換電路(76),輸出放大的數(shù)字信號(hào)給圖像處理單元。4. 根據(jù)權(quán)利1所述的系統(tǒng),其中所述的圖像處理單元(8),包括數(shù)據(jù)處理器(81)、光譜儀 (82);數(shù)據(jù)處理器(81)用于將得到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行去噪后輸出給光譜儀(82),光譜儀(82) 對(duì)該數(shù)字信號(hào)進(jìn)行分析,W獲得巧光光譜圖,并將該巧光光譜圖輸出至巧光光譜圖數(shù)據(jù)庫(kù) 和巧光光譜分析模塊,W獲得癌癥患者的癌細(xì)胞擴(kuò)散區(qū)域成像圖。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng),其中的光譜儀包括巧光光譜圖數(shù)據(jù)庫(kù)和巧光光譜分析 模塊, 所述巧光光譜圖數(shù)據(jù)庫(kù),用于存儲(chǔ)巧光光譜圖; 所述巧光光譜分析模塊,用于對(duì)巧光光譜圖進(jìn)行分析,通過(guò)計(jì)算巧光光譜圖中的福射 場(chǎng)強(qiáng)度,再將該福射場(chǎng)強(qiáng)度與正常人體福射場(chǎng)強(qiáng)分布進(jìn)行對(duì)比,并對(duì)患者體內(nèi)癌細(xì)胞的擴(kuò) 散區(qū)域進(jìn)行定位、定量分析,繪制成癌癥患者的癌細(xì)胞擴(kuò)散區(qū)域成像圖。6. 利用權(quán)利要求1進(jìn)行中晚期癌癥成像檢測(cè)的方法,包括如下步驟: 1)將正常人體置于測(cè)試床上,測(cè)試床位于測(cè)試艙內(nèi);將滑行面置于測(cè)試艙頂部,并與分 光器連接W控制分光器的位置,從而控制檢測(cè)點(diǎn)的位置;量子光發(fā)射源發(fā)出的光經(jīng)過(guò)光路 傳播照射到人體后,輸入到檢測(cè)單元,再經(jīng)過(guò)圖像處理單元,得到正常人體的福射場(chǎng)分布數(shù) 據(jù); 2) 利用步驟1的測(cè)試結(jié)果,建立正常人體的福射場(chǎng)強(qiáng)分布的矩陣數(shù)據(jù)庫(kù); 3. W人體的正視圖為基準(zhǔn),橫向?yàn)閄軸,縱向?yàn)閅軸,建立二維坐標(biāo)系; 4) 癌癥患者躺在測(cè)試床上注入巧光蛋白后,接受照射掃描,通過(guò)調(diào)節(jié)測(cè)試床的位置使 輸出的光能對(duì)患者進(jìn)行全身照射掃描; 5) 用累浦激光器照射偏棚酸領(lǐng)晶體,將光子對(duì)正交極化為:e光和0光; 6) 利用分光器將光源器件產(chǎn)生的光子對(duì)分為兩路,分別為參考光路和信號(hào)光路; 7) 用信號(hào)光路的極化光子通過(guò)濾波器和透鏡對(duì)患者進(jìn)行照射掃描,隨后透射過(guò)人體被 EMCCD探測(cè)器所接收;用參考光路的極化光子通過(guò)濾波器后被光探測(cè)器所接收; 8) 對(duì)兩路光信號(hào)進(jìn)行聯(lián)合測(cè)量,將檢測(cè)到的光子信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槟M電信號(hào),再經(jīng)過(guò)放大、 模數(shù)轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字信號(hào); 9) 使用小波包闊值消噪方法對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行去噪處理,并通過(guò)光譜儀輸出巧光光譜 圖; 10) 由巧光光譜圖得到癌癥患者的癌細(xì)胞擴(kuò)散區(qū)域成像圖: 10a)巧光光子經(jīng)生物組織傳輸后,其量子損傷傳輸概率為: Ρ" = 1-2|π?η(λ, ω ) |2(i-b^1-Pa) 其中:B是阻塞率,PA為經(jīng)典信道系統(tǒng)誤碼率,λ為量子糾纏信道系數(shù),ω為經(jīng)典量子糾纏 信道系數(shù); 10b)根據(jù)量子損傷傳輸概率,結(jié)合測(cè)得變化后的人體福射場(chǎng)分布,建立巧光福射場(chǎng)的 檢測(cè)矩陣Η; 10c)將檢測(cè)矩陣Η與正常人體福射場(chǎng)強(qiáng)分布矩陣數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行對(duì)比,實(shí)現(xiàn)對(duì)巧光福射場(chǎng) 的定性、定量分析:如果檢測(cè)矩陣Η中的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)有差異,則說(shuō)明對(duì)應(yīng)檢測(cè)點(diǎn) 存在巧光蛋白,即存在癌細(xì)胞; 若檢測(cè)矩陣Η中的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)沒(méi)有差異或差異很小,則說(shuō)明對(duì)應(yīng)檢測(cè)點(diǎn)不 存在巧光蛋白,即不存在癌細(xì)胞; 將癌細(xì)胞的分布繪制在人體的二維立體坐標(biāo)中,即得到患者的癌細(xì)胞擴(kuò)散區(qū)域成像 圖。 11) 將患者的癌細(xì)胞擴(kuò)散區(qū)域成像圖儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)中,W便與治療后的成像圖 進(jìn)行對(duì)比,來(lái)評(píng)價(jià)治療效果。7.由權(quán)利6所述的中晚期癌癥成像檢測(cè)方法,其中步驟1 Ob)中根據(jù)量子損傷傳輸概率, 結(jié)合測(cè)得變化后的人體福射場(chǎng)分布,建立巧光福射場(chǎng)的檢測(cè)矩陣H,按如下步驟進(jìn)行; lObl)當(dāng)探測(cè)到人體有部位發(fā)出巧光時(shí),系統(tǒng)探測(cè)到初始糾纏態(tài)的概率為Po,探測(cè)到噪 聲光子Ρι6的概率為(1-Po),探測(cè)光子將被熱化,成像光子量子態(tài)可W用原始態(tài)來(lái)表示:其中:〇句<1,表示光子的生存系數(shù);P%糾纏態(tài)密度矩陣;pe= 沖其中:Ιφ〉^ 代表一個(gè)雙光子系統(tǒng); 1化2)由成像光子量子態(tài)得出對(duì)應(yīng)量子數(shù)的能量為:其中:η, β為不同光量子態(tài)所對(duì)應(yīng)的量子數(shù);En嘴4的本征值;μ是磁導(dǎo)率;c為真空中光 速;Z為成像諧振子的能量;α為量子光譜成像的精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù);癢中:es是電子的 電荷,方為約化普朗克常數(shù)。 1化3)由不同的量子數(shù),構(gòu)造檢測(cè)矩P
【文檔編號(hào)】A61B5/00GK105832292SQ201610146668
【公開(kāi)日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年3月15日
【發(fā)明人】聶敏, 石力, 宗時(shí)春, 楊光, 王林飛, 任杰, 許敏
【申請(qǐng)人】西安郵電大學(xué)