CN104352221A - 一种便携式光学无创乳腺自查仪 - Google Patents
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Abstract
一种便携式光学无创乳腺自查仪，包括探头部分和主机部分，探头部分包括近红外光源和光敏探测器，近红外光源为能发射至少两种波长近红外光的集成多谱长LED光源；光敏探测器能探测射入乳腺组织光传输回来的反射光衰减变化；主机部分包括控制模块，其中显示模块、报警模块、数据存储模块、无线模块、A/D转换模块、驱动模块分别与控制模块连接，控制模块经驱动模块连接近红外光源，光敏探测器经放大滤波模块连接A/D转换模块，本发明可实时、无创、便携式地检测乳腺组织发生病变的可疑度，为医生诊断和用药提供参考依据，以及预警肿瘤出现或肿瘤恶化。本发明检测可靠性高、结构简单、成本低廉、可家用、可便携值得大范围推广和应用。
Description
技术领域
本发明为医疗仪器领域，特别涉及适用对乳腺组织病变进行大规模筛查或在家自查的一种便携式光学无创乳腺自查仪。
背景技术
女性乳腺是由皮肤、纤维组织、乳腺腺体和脂肪组成的，乳腺癌是发生在乳腺腺上皮组织的恶性肿瘤。乳腺癌中99％发生在女性，男性仅占1％。乳腺癌是***腺上皮细胞在多种致癌因子作用下，发生了基因突变，致使细胞增生失控。由于癌细胞的生物行为发生了改变，呈现出无序、无限制的恶性增生。它的组织学表现形式是大量的幼稚化的癌细胞无限增殖和无序状地拥挤成团，挤压并侵蚀破坏周围的正常组织，破坏***的正常组织结构。乳腺细胞发生突变后便丧失了正常细胞的特性，组织结构紊乱，细胞连接松散，癌细胞很容易脱落游离，随血液或淋巴液等播散全身，形成早期的远端转移，给乳腺癌的临床治愈增加了很大困难。全身重要脏器的转移如肺转移、脑转移、骨转移等都将直接威胁人的生命，因此乳腺癌是严重危及人体生命的恶性肿瘤。乳腺癌已成为当前社会的重大公共卫生问题。乳腺癌的疗效更多的取决于病期，提高早诊率是提高治愈率的关键，在早期乳腺癌中导管原位癌的治愈率可达到95％以上，并获得更多保留***的机会。由此可见，乳腺癌的早期发现、早期诊断，是提高疗效的关键。
定期检查病人的乳腺组织，并实时获悉乳腺组织的异常情况及异常程度。以及时地对肿瘤的出现和病理情况恶化进行预警，对病人的监护、为医生的诊断、用药等提供依据非常重要。尽可能的做到早发现、早诊断、早治疗。由于乳腺癌很早期时，临床上毫无症状，也无明显的肿块，是很难发现的，除非应用特殊的方法。目前临床初期检查常用的乳腺癌检查设备是医院中的大型钼靶X射线成像仪，检查者往往要到医院排队，扫描结果也往往要等待一段时间才能拿到，并且会造成一定的放射损伤，不利于身体健康，对早期的诊断也比较困难；CT、核磁共振价格较贵不适宜体检筛查；超声波对早期癌变的分辨率也不高；红外乳腺检测仪，虽然对人体无副作用、无创伤、诊断率高，但是患者仍需前往医院进行检查。少数妇女受陈旧观念的束缚，思想守旧，羞于查体，不愿意去医院检查乳腺，种种原因造成早期病例检出率很低，直接影响到后续治疗的治愈率。因此目前急需一种适合于家用自查或大规模筛查的可便携式、无创的、可快速检测实时给出诊断结果的乳腺自检仪器。
目前还没有满足上述需求的自查仪。本发明专利提出一种基于光学手段便携式无创检测病人乳腺组织异常的方法，采用了当前先进的电子、光学各领域技术，依据人体软组织对红外光辐射有选择吸收的特性，利用近红外光照射***，并检测来自胸部的反射光，如患有癌症，照入肿瘤部分的光线会被吸收所以反射光衰减，通过检测反射光的衰减程度可以将乳腺组织各种病变直观的显示在屏幕上，并通过相应的算法给出肿瘤存在的可疑度，以便于迅速准确的诊断各种乳腺疾病。该发明具有及时检测乳腺组织相关部位发生病变的可疑度、无创、便携可家用等优点。
发明内容
为解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种便携式光学无创乳腺自查仪，可实时、无创、便携式地检测乳腺组织发生病变的可疑度，为医生诊断和用药提供参考依据，以及预警肿瘤出现或肿瘤恶化。本发明检测可靠性高、结构简单、成本低廉、可家用、可便携值得大范围推广和应用。
为达到上述目的，本发明的技术方案为：
一种便携式光学无创乳腺自查仪，包括
探头部分和主机部分，所述探头部分包括近红外光源和光敏探测器，
近红外光源为能发射至少两种波长近红外光的集成多谱长LED光源；光敏探测器能探测射入乳腺组织光传输回来的反射光衰减变化；
所述主机部分包括控制模块，其中显示模块、报警模块、数据存储模块、无线模块、A/D转换模块、驱动模块分别与控制模块连接，控制模块经驱动模块连接近红外光源，光敏探测器经放大滤波模块连接A/D转换模块，主机部分对探测信号进行模数转换、数据处理与分析、显示数据及分析结果、可疑度大于阈值时进行报警、储存数据及分析结果；
控制模块：采用STM32F407芯片，用于向驱动器提供控制光源的信号，分析处理A/D转换模块提供的数据，并将数据和分析结果实时传送给显示模块显示给用户，同时把相关数据及分析结果存入存储模块以待查看,当跨越可疑度相关阈值时立即控制报警模块发送报警信号；
光源驱动模块：根据通道数的不同使用TB62726或TLC5916模块，用于驱动LED光源，能使多波长光源按照要求逐次点亮和熄灭，与所述探头部分连接；
放大滤波模块：将探测到的信号，经过放大滤波，传递给A/D转换模块进行模数转换，与光敏探测器相连；
数据存储模块：将数据及分析结果存储到存储器中，存储器分为两部分，分为主机存储器和扩展存储器，扩展存储器可以是u盘，SD卡等存储介质；
显示模块：将各个波长的探测信号绝对值的变化随时间的变化情况实时地显示出来，并将探测到的数据经过处理绘制成伪彩色图像显示出来。除此之外还会显示乳腺组织发生病变的可疑度指数；
报警模块：可用蜂鸣器与所述控制器相连，当可疑度指数大于设定阈值后发出警报给用户。
进一步的，所述探头部分以近红外光源为中心，多个光敏探测器均匀包绕其四周。
进一步的，所述探头部分以光敏探测器为中心，多个近红外光源均匀包绕其四周。
进一步的，所述近红外光源周围的光敏探测器至少为三个，所述近红外光源与所述的光敏探测器之间的距离为15mm～45mm，相邻的两个光敏探测器的中心点之间的距离不超过10mm，相邻的两个光敏探测器的中心点与光源中心点构成的夹角取值范围为0＜α＜60°，。
进一步的，所述近红外光源与所述的光敏探测器之间的距离对于普通黄皮肤或白皮肤的成年人，为20mm～30mm，相邻的两个光敏探测器的中心点之间的距离为0～5mm，相邻的两个光敏探测器的中心点与光源中心点构成的夹角取值范围为0＜α＜20°。
进一步的，所述光敏探测器周围的近红外光源至少为三个，所述近红外光源与所述的光敏探测器之间的距离为15mm～45mm，相邻的两个近红外光源的中心点之间的距离不超过10mm，相邻的两个近红外光源的中心点与光敏探测器中心点构成的夹角取值范围为0＜α＜60°。
进一步的，所述近红外光源与所述的光敏探测器之间的距离对于普通黄皮肤或白皮肤的成年人，为20mm～30mm，相邻的两个近红外光源的中心点之间的距离为0～5mm，相邻的两个近红外光源的中心点与光敏探测器中心点构成的夹角取值范围为0＜α＜20°。
进一步的，所述近红外光源波长范围在600-980nm，波长组合至少包括一个波长在700-800nm，一个波长在800-900nm，光源包含的各波长光能够分别被驱动控制点亮或熄灭。
相对于现有技术，本发明的有益效果为：
本发明装置小巧、使用简单、便于家用、无创、无伤害、检测迅速且可靠性极高。适用于乳腺病变的早期自查或大规模筛查，使用的时候患者只需单手操作便可完成检测，并且可通过显示屏幕实时查看检测结果。
本发明根据肿瘤与正常***的血液动力学参数ctHb(p＝0.005)、ctO2Hb(p＝0.002)、ctH2O(p＝0.014)和脂肪(p＝0.0003)差异明显；***的局部TOI参量(TOI＝ctHHb*ct H2O/％lipid)在肿瘤上端达到峰值，因此，利用TOI参量来衡量***肿瘤；
附图说明
图1为本发明装置结构框图；
图2为本发明的一个光源与六个光敏探测器的探头部分示意图；
图3为本发明的六个光源与一个光敏探测器的探头部分示意图；
图4为本发明的一个光源与六个光敏探测器的探头部分空间结构示意图；
图5为本发明的一个光源与八个光敏探测器的探头部分空间结构示意图；
图6为本发明的六个光源与一个光敏探测器的探头部分空间结构示意图；
图7为本发明的八个光源与一个光敏探测器探头部分结构示意图；
图8为本发明的主机部分示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式对本发明方案做进一步详细描述。
一种便携式光学无创乳腺自查仪，包括
探头部分和主机部分，所述探头部分包括近红外光源和光敏探测器，
近红外光源为能发射至少两种波长近红外光的集成多谱长LED光源；光敏探测器能探测射入乳腺组织光传输回来的反射光衰减变化；
所述主机部分包括控制模块，其中显示模块、报警模块、数据存储模块、无线模块、A/D转换模块、驱动模块分别与控制模块连接，控制模块经驱动模块连接近红外光源，光敏探测器经放大滤波模块连接A/D转换模块，主机部分对探测信号进行模数转换、数据处理与分析、显示数据及分析结果、可疑度大于阈值时进行报警、储存数据及分析结果；
控制模块：采用STM32F407芯片，用于向驱动器提供控制光源的信号，分析处理A/D转换模块提供的数据，并将数据和分析结果实时传送给显示模块显示给用户，同时把相关数据及分析结果存入存储模块以待查看,当跨越可疑度相关阈值时立即控制报警模块发送报警信号；
光源驱动模块：根据通道数的不同使用TB62726或TLC5916模块，用于驱动LED光源，能使多波长光源按照要求逐次点亮和熄灭，与所述探头部分连接；
放大滤波模块：将探测到的信号，经过放大滤波，传递给A/D转换模块进行模数转换，与光敏探测器相连；
数据存储模块：将数据及分析结果存储到存储器中，存储器分为两部分，分为主机存储器和扩展存储器，扩展存储器可以是u盘，SD卡等存储介质；
显示模块：将各个波长的探测信号绝对值的变化随时间的变化情况实时地显示出来，并将探测到的数据经过处理绘制成伪彩色图像显示出来。除此之外还会显示乳腺组织发生病变的可疑度指数；
报警模块：可用蜂鸣器与所述控制器相连，当可疑度指数大于设定阈值后发出警报给用户。
进一步的，所述探头部分以近红外光源为中心，多个光敏探测器均匀包绕其四周。
进一步的，所述探头部分以光敏探测器为中心，多个近红外光源均匀包绕其四周。
进一步的，所述近红外光源周围的光敏探测器至少为三个，所述近红外光源与所述的光敏探测器之间的距离为15mm～45mm，相邻的两个光敏探测器的中心点之间的距离不超过10mm，相邻的两个光敏探测器的中心点与光源中心点构成的夹角取值范围为0＜α＜60°，。
进一步的，所述近红外光源与所述的光敏探测器之间的距离对于普通黄皮肤或白皮肤的成年人，为20mm～30mm，相邻的两个光敏探测器的中心点之间的距离为0～5mm，相邻的两个光敏探测器的中心点与光源中心点构成的夹角取值范围为0＜α＜20°。
进一步的，所述光敏探测器周围的近红外光源至少为三个，所述近红外光源与所述的光敏探测器之间的距离为15mm～45mm，相邻的两个近红外光源的中心点之间的距离不超过10mm，相邻的两个近红外光源的中心点与光敏探测器中心点构成的夹角取值范围为0＜α＜60°。
进一步的，所述近红外光源与所述的光敏探测器之间的距离对于普通黄皮肤或白皮肤的成年人，为20mm～30mm，相邻的两个近红外光源的中心点之间的距离为0～5mm，相邻的两个近红外光源的中心点与光敏探测器中心点构成的夹角取值范围为0＜α＜20°。
进一步的，所述近红外光源波长范围在600-980nm，波长组合至少包括一个波长在700-800nm，一个波长在800-900nm，光源包含的各波长光能够分别被驱动控制点亮或熄灭。
如图1所示，本发明主要由探头部分和主机两部分组成。探头部分由近红外光源和光敏探测器组成，主机通过数据线与探头部分相连，用于驱动光源和接收数据，然后将接收的信号放大滤波后再经过A/D转换模块，传递给控制模块，同时进行数据处理与分析、绘制伪彩色图像，然后将数据和分析结果储存在存储模块中留作以后查看，并将分析结果(可疑度指数)和相应图像传入显示模块，同时判断可疑度指数是否高于设定阈值，如果高于相关阈值立即报警端。
如图2、3所示，本发明的探头部分部分由包括一个光源和六个光敏探测器(或八个光敏探测器)或者由一个光敏探测器和六个光源(或八个光源)组成。为了使探头部分能与人体被测部位更好的贴合从而使探测精度更高、数据信息更加准确，所以将探头部分构造成花瓣式外形。
如图4所示，光源os(至少可发射三个波长近红外光光源)，a-f是与光源距离为p1-p6的光敏探测器。b1-b6为光子的运动轨迹。此时为光源os复用，每一个探测器都与光源构成一个光学通路，不同的光敏探测器可以探测到不同部位的信息。在皮肤表面，就一对光敏探测器(至少为两个相邻的光敏探测器组成)而言，可以有不同的排列方式，如果探测器数量增多则相邻两个探测器的夹角变小，探测到的信息量就越大。是以os为中心相邻两个探测器所成的夹角。在图5中，因为有六个光敏探测器围成所以α＝60°。
如图5所示，光源os(至少可发射三个波长近红外光光源)，a-h是与光源距离为p1-p8的光敏探测器。b1-b8为光子的运动轨迹。此时为光源os复用，每一个探测器都与光源构成一个光学通路，不同的光敏探测器可以探测到不同部位的信息。在皮肤表面，就一对光敏探测器(至少为两个相邻的光敏探测器组成)而言，可以有不同的排列方式，如果探测器数量增多则相邻两个探测器的夹角变小，探测到的信息量就越大。是以os为中心相邻两个探测器所成的夹角。在图6中，因为有八个光敏探测器围成所以α＝45°。
如图6所示，探头部分也可以是由六个光源os1-os6，一个光敏探测器p组成。此时光敏探测器P为复用，每一个光源都与光敏探测器构成一个光学通路，光敏探测器可以探测到不同部位的信息。是以p为中心，相邻两个探测器所成的夹角。在这里，因为由六个光源所围成，所以β＝60°。
如图7所示，探头部分也可以是由八个光源os1-os8，一个光敏探测器p组成。此时光敏探测器P为复用，每一个光源都与光敏探测器构成一个光学通路，光敏探测器可以探测到不同部位的信息。是以p为中心，相邻两个探测器所成的夹角。在这里，因为由八个光源所围成，所以β＝45°。
如图8所示，为主机部分的外观设计，m1为扩展SD卡插卡口，m2为充电电源线插口，m3是为了便于患者自查而设计的可翻折式显示屏幕，m4的设计可以使患者单手手持操作，方便患者自查，m5是与探头部分的连接部分，m6为该仪器的控制开关。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种便携式光学无创乳腺自查仪，其特征在于，包括
探头部分和主机部分，所述探头部分包括近红外光源和光敏探测器，
近红外光源为能发射至少两种波长近红外光的集成多谱长LED光源；光敏探测器能探测射入乳腺组织光传输回来的反射光衰减变化；
所述主机部分包括控制模块，其中显示模块、报警模块、数据存储模块、无线模块、A/D转换模块、驱动模块分别与控制模块连接，控制模块经驱动模块连接近红外光源，光敏探测器经放大滤波模块连接A/D转换模块，主机部分对探测信号进行模数转换、数据处理与分析、显示数据及分析结果、可疑度大于阈值时进行报警、储存数据及分析结果；
控制模块：采用STM32F407芯片，用于向驱动器提供控制光源的信号，分析处理A/D转换模块提供的数据，并将数据和分析结果实时传送给显示模块显示给用户，同时把相关数据及分析结果存入存储模块以待查看,当跨越可疑度相关阈值时立即控制报警模块发送报警信号；
光源驱动模块：根据通道数的不同使用TB62726或TLC5916模块，用于驱动LED光源，能使多波长光源按照要求逐次点亮和熄灭，与所述探头部分连接；
放大滤波模块：将探测到的信号，经过放大滤波，传递给A/D转换模块进行模数转换，与光敏探测器相连；
数据存储模块：将数据及分析结果存储到存储器中，存储器分为 两部分，分为主机存储器和扩展存储器，扩展存储器为是u盘，SD卡，或其他存储介质；
显示模块：将各个波长的探测信号绝对值的变化随时间的变化情况实时地显示出来，并将探测到的数据经过处理绘制成伪彩色图像显示出来，除此之外还会显示乳腺组织发生病变的可疑度指数；
报警模块：用蜂鸣器与所述控制器相连，当可疑度指数大于设定阈值后发出警报给用户。
2.根据权利要求1所述的便携式光学无创乳腺自查仪，其特征在于，所述探头部分以近红外光源为中心，多个光敏探测器均匀包绕其四周。
3.根据权利要求1所述的便携式光学无创乳腺自查仪，其特征在于，所述探头部分以光敏探测器为中心，多个近红外光源均匀包绕其四周。
4.根据权利要求2所述的便携式光学无创乳腺自查仪，其特征在于，所述近红外光源周围的光敏探测器至少为三个，所述近红外光源与所述的光敏探测器之间的距离为15mm～45mm，相邻的两个光敏探测器的中心点之间的距离不超过10mm，相邻的两个光敏探测器的中心点与光源中心点构成的夹角取值范围为0＜α＜60°。
5.根据权利要求2所述的便携式光学无创乳腺自查仪，其特征在于，所述近红外光源与所述的光敏探测器之间的距离对于普通黄皮肤或白皮肤的成年人，为20mm～30mm，相邻的两个光敏探测器的中心点之间的距离为0～5mm，相邻的两个光敏探测器的中心点与光源中心点构成的夹角取值范围为0＜α＜20°。
6.根据权利要求3所述的便携式光学无创乳腺自查仪，其特征 在于，所述光敏探测器周围的近红外光源至少为三个，所述近红外光源与所述的光敏探测器之间的距离为15mm～45mm，相邻的两个近红外光源的中心点之间的距离不超过10mm，相邻的两个近红外光源的中心点与光敏探测器中心点构成的夹角取值范围为0＜α＜60°。
7.根据权利要求3所述的便携式光学无创乳腺自查仪，其特征在于，所述近红外光源与所述的光敏探测器之间的距离对于普通黄皮肤或白皮肤的成年人，为20mm～30mm，相邻的两个近红外光源的中心点之间的距离为0～5mm，相邻的两个近红外光源的中心点与光敏探测器中心点构成的夹角取值范围为0＜α＜20°。
8.根据上述任一权利要求所述的便携式光学无创乳腺自查仪，其特征在于，所述近红外光源波长范围在600-980nm，波长组合至少包括一个波长在700-800nm，一个波长在800-900nm，光源包含的各波长光能够分别被驱动控制点亮或熄灭。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20150218 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |