[發(fā)明專利]一種熱聲、光聲、超聲三模態(tài)乳腺腫瘤檢測裝置及方法

在審

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• 申請日: 2017-10-31
• 公開（公告）號: CN107713990A
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邢達(dá);袁暢;計(jì)鐘;楊思華
• 申請（專利權(quán)）人: 華南師范大學(xué)
• 主分類號: A61B5/00
• 分類號: A61B5/00;A61B5/05;A61B8/08
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司44245
• 代理人: 裘暉,林梅繁

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于熱聲、光聲和超聲成像技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種熱聲、光聲、超聲三模態(tài)乳腺腫瘤檢測裝置及方法。

背景技術(shù)

目前，醫(yī)學(xué)影像一般采用單一模態(tài)進(jìn)行成像。現(xiàn)有單一模態(tài)的醫(yī)學(xué)影像存在其局限性，如熱聲成像，只可以提供深度病變組織和分子水平上的信息；光聲成像，只可有效地進(jìn)行生物組織結(jié)構(gòu)和功能成像，對于生物組織的結(jié)構(gòu)形態(tài)、生理病理特征、功能和代謝研究提供了重要的方法和手段；超聲成像，只可用組織形態(tài)學(xué)層面上的成像，但是超聲受氣體和骨骼的阻礙，并且組織對比度較低。具體來說：

熱聲成像是一種利用脈沖微波照射生物組織來激發(fā)熱聲信號的斷層成像技術(shù)，既具有熱聲成像對不同組織的良好圖像對比度，又具有超聲成像圖像分辨率較高的優(yōu)勢，有利于組織結(jié)構(gòu)的細(xì)致觀察和分析。熱聲成像將成為一種新型的無損檢測技術(shù)。

光聲成像的基本原理是：短脈沖激光照射到生物組織上，激光能量被組織內(nèi)的吸收體快速吸收導(dǎo)致溫度升高，組織受熱膨脹，產(chǎn)生超聲波，這種現(xiàn)象稱為光聲效應(yīng)。超聲波穿過組織向外傳播，被放置在組織周圍的超聲探測器接收，根據(jù)不同的接收方式，采用不同的重建算法，就可以得到在激光照射下組織內(nèi)不同區(qū)域的光吸收分布，從而反映出不同組織間的吸收差異，以此判斷組織的結(jié)構(gòu)功能和病理特征。

超聲成像利用的是不同組織對超聲波在聲阻抗和衰減上的差別，通過接收回聲信號得到組織結(jié)構(gòu)信息，同時(shí)還能夠?qū)崟r(shí)的生成圖像，設(shè)備可做成便攜式，沒有副作用，相對于其他成像技術(shù)而言檢查價(jià)格便宜。但是超聲圖像對比度較低，不易實(shí)現(xiàn)早期病變的檢測。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有單一模式成像在乳房腫瘤檢測上所存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種熱聲、光聲、超聲三模態(tài)乳腺腫瘤檢測裝置及方法，為融合了多種成像技術(shù)的多模態(tài)成像技術(shù)，可同時(shí)獲取基于多種成像對比原理的診斷參數(shù)，將各自單模態(tài)的優(yōu)勢集中于一套系統(tǒng)中，不僅可以排除對乳房水腫、炎癥以及纖維腺瘤的誤診，還可以通過多種參數(shù)指標(biāo)的結(jié)合提高檢測早期乳腺癌的準(zhǔn)確率。

本發(fā)明檢測裝置采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種熱聲、光聲、超聲三模態(tài)乳腺腫瘤檢測裝置，包括脈沖序列發(fā)生器、微波源、激光源、超聲發(fā)射源、耦合器、探測器、數(shù)據(jù)采集模塊和圖像處理模塊，脈沖序列發(fā)生器分別與微波源、激光源、超聲發(fā)射源連接，圖像處理模塊與數(shù)據(jù)采集模塊連接；被測組織置于耦合器中，脈沖序列發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖序列交錯地觸發(fā)微波源、激光源、超聲發(fā)射源；微波源、激光源、超聲發(fā)射源的能量輻射到耦合器中，分別發(fā)生熱聲、光聲、聲反射效應(yīng)，相應(yīng)地產(chǎn)生熱聲、光聲、超聲信號，并一同被探測器接收，所接收的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集模塊采集到圖像處理模塊；圖像處理模塊采用反投影算法分別進(jìn)行熱聲、光聲、超聲圖像的重建，得到熱聲、光聲、超聲三模態(tài)成像，最后將三模態(tài)成像疊加合成在同一圖像上。

優(yōu)選地，所述脈沖序列發(fā)生器首先觸發(fā)超聲發(fā)射源向耦合器發(fā)射超聲波，數(shù)據(jù)采集卡工作，將探測器采集的電信號傳入數(shù)據(jù)采集卡中，采集的數(shù)據(jù)再導(dǎo)入圖像處理模塊中，數(shù)據(jù)采集卡停止工作；

延遲一段時(shí)間后，脈沖序列發(fā)生器觸發(fā)激光源發(fā)出脈沖激光,脈沖激光通過聚焦透鏡聚焦，照在被測組織上，激發(fā)出光聲信號,光聲信號經(jīng)過耦合器中的耦合液后被探測器接收,數(shù)據(jù)采集卡停止工作；

延遲一段時(shí)間后，脈沖序列發(fā)生器觸發(fā)微波源產(chǎn)生脈沖微波，并觸發(fā)數(shù)據(jù)采集卡開始工作；脈沖微波經(jīng)發(fā)射天線傳輸?shù)今詈掀髦校脽崧曅?yīng)激發(fā)產(chǎn)生熱聲信號，熱聲信號以超聲波形式輻射出去；超聲波最終傳輸?shù)教綔y器上，在探測器上轉(zhuǎn)換為電信號傳入數(shù)據(jù)采集卡，采集的數(shù)據(jù)再導(dǎo)入圖像處理模塊中。

優(yōu)選地，所述熱聲、光聲圖像的重建算法為：

超聲圖像的重建算法為：

式中i、j是重建點(diǎn)的二維空間坐標(biāo)；g_k是探測器陣元k的時(shí)域信號，通過數(shù)據(jù)采集模塊采集獲得；x_k、y_k是探測器陣元k的二維空間坐標(biāo)，為探測器的基本參數(shù)；c是聲速，N是探測器陣元總數(shù)目；P(i,j)為所重建的圖像像素值。

優(yōu)選地，所述探測器為多元環(huán)形陣列超聲探測器，陣元范圍為16-512，主頻為1-20MHz，相對帶寬是70％。

優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)采集模塊包括依次連接的前置放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)采集卡，前置放大器與探測器連接，數(shù)據(jù)采集卡與圖像處理模塊連接。

本發(fā)明熱聲、光聲、超聲三模態(tài)乳腺腫瘤檢測方法基于上述熱聲、光聲、超聲三模態(tài)乳腺腫瘤檢測裝置，包括如下步驟：