專利名稱：乳腺光學(xué)參數(shù)測量儀及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種人體或動物的醫(yī)療檢測儀器和使用方法，確切地說，涉及一種乳腺光學(xué)參數(shù)測量儀及其使用方法，屬于生物醫(yī)學(xué)儀器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
生物組織的一些生理特性(如血糖和血氧的含量、動脈硬化、癌變細胞等)都與組織的光學(xué)參數(shù)密切相關(guān)。特別是隨著激光技術(shù)的飛速發(fā)展，許多激光儀器和激光技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中。在光動力學(xué)療法中光劑量的控制和光學(xué)參數(shù)有很大的關(guān)系，因此，光學(xué)特性參數(shù)對于生物組織而言，不僅是一個十分重要的物理量，而且也是疾病診斷的重要依據(jù)。近年來，無損且低成本測量人體組織的光學(xué)參數(shù)，實現(xiàn)在體、實時和無損診斷疾病成為生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域里關(guān)注的熱點。
自從20世紀(jì)80年代以來，許多科學(xué)家都在致力于探索和研究如何對生物組織進行光學(xué)特性參數(shù)的測量方法和裝置，目前，已經(jīng)掌握和使用的測量方法主要有以下三種1.積分球法通過直接測量生物組織的總漫反射和總漫透射，從而間接得到該生物組織的吸收系數(shù)和折合散射系數(shù)。該測量方法得到的數(shù)據(jù)比較精確，但是缺點也比較突出生物組織必須制成切片，不能實現(xiàn)在體、無損、實時測量。
2.垂直入射光纖/電荷耦合器件CCD探測法基于時域或頻域的漫射方程理論，激光垂直入射到半無限大組織上，用光纖或CCD探測組織的背散射光，得到漫反射或能流率的空間分布，再由漫射方程非線性擬合出生物組織的吸收系數(shù)和折合散射系數(shù)。雖然采用CCD探測可以節(jié)省光纖掃描時間，但同時受到CCD分辨率的限制，從本質(zhì)上講，它與用光纖探測沒有本質(zhì)的區(qū)別。該方法可以實現(xiàn)在體、無損檢測，目前已用于人體皮膚測量實驗。但是在算法上需要同時擬合出吸收系數(shù)和折合散射系數(shù)，采用的漫射傳輸理論近似程度高，使所得到的光學(xué)參數(shù)的精確度下降。
3.傾斜入射光纖/CCD探測法基于穩(wěn)態(tài)漫射方程理論，激光傾斜入射到半無限大組織上，將12根光纖固定在一起形成光纖陣列，在與入射面偏移一個位置的平行平面上接收漫反射(或用CCD接收)，然后由漫射方程擬合出漫反射空間分布的中點和生物組織的有效散射系數(shù)，再由中點和有效散射系數(shù)間接求解吸收系數(shù)和折合散射系數(shù)。該方法是目前比較新穎的方法，可以實現(xiàn)在體、無損測量，但目前僅用于雞胸切片測量實驗。該方法在采樣上存在不足，原因是12根光纖被分成兩組一組為4根光纖，另一組為8根光纖，分布在中心兩側(cè)。其中第一組只有4根光纖，采樣點太少，原始數(shù)據(jù)的可靠性低。
總之，測量人體組織光學(xué)特性參數(shù)的方法并不多，測量人體乳腺組織光學(xué)參數(shù)的方法更少，因此，許多科技人員一直在探索和研究如何對人體乳腺組織或其它組織進行光學(xué)特性參數(shù)的測量儀器和方法。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種乳腺光學(xué)參數(shù)測量儀器及其使用方法，該儀器是一種無損、實時、在體、低成本的乳腺或其它軟組織光學(xué)參數(shù)測量儀器，藉助使用該儀器測量獲得的光學(xué)參數(shù)，能夠?qū)Σ∽兘M織的病變程度和位置作定性或定量的檢測和診斷，還可以對病變組織的激光治療提供參考光劑量。
為了達到上述目的，本發(fā)明提供了一種乳腺光學(xué)參數(shù)測量儀，包括激光發(fā)生器和光纖耦合輸出的入射光纖探頭，探測光纖探頭則通過光纖順序連接光電探測器、放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和計算機；其特征在于該裝置還設(shè)有一個由計算機控制的三維移動工作臺，該工作臺上設(shè)有兩個可滑移、轉(zhuǎn)動的夾持桿，分別用于夾緊入射探頭和探測探頭，以使該兩個光纖探頭能沿設(shè)定方向同步整體移動，實現(xiàn)對組織表面各個斷層的掃描檢測；該工作臺的底部固裝在一個連接桿上，該連接桿的后端與一個可垂直旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)盤固裝成為一體，使得該連接桿能夠隨著該垂直轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動而同步旋轉(zhuǎn)，該轉(zhuǎn)盤的后側(cè)固裝在儀器底座上；連接桿的前端設(shè)有一個叉型支撐桿，該叉型支撐桿的凹槽內(nèi)固裝有一個由雙頭蝸桿和兩個渦輪組成的渦輪蝸桿傳動付，用于夾持受檢乳房或軟組織的兩塊透明板分別固裝在該兩個渦輪上；當(dāng)連接桿轉(zhuǎn)動時，叉型支撐桿和夾持在叉型支撐桿上的兩塊透明板，以及三維移動工作臺上的入射探頭和探測探頭都會同時旋轉(zhuǎn)，以便在兩個相互垂直方向上分別斷層檢測乳房或軟組織，再對這兩個相互垂直方向上的斷層檢測數(shù)據(jù)進行分析、計算處理，判斷和定位病變組織的位置和病變程度。
所述激光發(fā)生器經(jīng)光纖耦合輸出的激光波長為633～900nm的近紅外光，輸出功率范圍是0～1W，且連續(xù)可調(diào)；所述入射光纖探頭應(yīng)與被檢軟組織表面的法線方向構(gòu)成30°～60°的光入射角，而探測光纖探頭則垂直于被檢軟組織表面，且該探測探頭是一根直徑為200～600μm、數(shù)值孔徑為0.2～0.3的多模光纖，該探測光纖探頭的接收面與入射光纖探頭的入射面的偏移距離Δy為1.3±0.3mm。
所述受檢軟組織是乳房、人體或動物的其它軟組織、或生物切片。
為了達到上述目的，本發(fā)明還提供了一種乳腺光學(xué)參數(shù)測量儀的使用方法，其特征在于采用激光光源傾斜入射和偏移量間接測量光學(xué)參數(shù)的技術(shù)，即使得激光照射在組織表面后漫反射的空間分布的中點與光的入射點在水平方向存在一個位移Δx，且為了防止入射點附近數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，探測平面也與入射面不同兩者之間在二維平面的垂直方向設(shè)有大于一個平均自由程的位移Δy；然后對軟組織先后進行兩個相互垂直平面的測量，并根據(jù)該Δx位移量利用蒙特卡洛模型逆向求解生物組織的吸收系數(shù)和折合散射系數(shù)；再對這兩個相互垂直方向上的檢測數(shù)據(jù)與健康組織吸收系數(shù)與折合散射系數(shù)進行比較、分析，就可判斷和定位病變組織的位置和病變程度。
在利用蒙特卡洛模型逆向求解生物組織的吸收系數(shù)和折合散射系數(shù)的計算過程中要考慮夾持乳房或其它軟組織的透明板及其與探測光纖之間空氣層的影響。
所述探測探頭采用單根光纖進行一維徑向掃描來接收漫反射信息，以避免采用光纖陣列，因多根光纖的光耦合效率差異所帶來的采樣信號誤差。
所述方法包括下列操作步驟(1)開機預(yù)熱、準(zhǔn)備檢測儀器開機預(yù)熱，以保證激光輸出功率穩(wěn)定；然后設(shè)備自檢，使其回歸復(fù)位狀態(tài)；(2)進行激光檢測，并存儲檢測數(shù)據(jù)和進行計算處理人工操作旋轉(zhuǎn)渦輪蝸桿夾持機構(gòu)，使兩個透明板壓住乳房或軟組織，再根據(jù)被測人體具體情況選擇激光測試參數(shù)后，在計算機控制下先后分別進行水平和垂直兩個方向的激光檢測，分別獲得水平和垂直兩個表面的多個斷層漫反射空間分布參數(shù)；然后由計算機采用蒙特卡洛逆向算法，根據(jù)檢測參數(shù)求解各個斷層的吸收系數(shù)μa和折合散射系數(shù)μs′，并將檢測結(jié)果展示于顯示屏上；(3)診斷病變組織位置和病變程度如果乳房或軟組織中發(fā)現(xiàn)腫物，由計算機根據(jù)兩個方向的測試數(shù)據(jù)，擬算出該腫物的具體位置和大小，并以圖像形式加以顯示；再從數(shù)據(jù)庫中調(diào)出健康組織的相應(yīng)吸收系數(shù)和折合散射系數(shù)，將該兩個正常數(shù)據(jù)與檢測數(shù)據(jù)進行對比、分析，定性或定量判斷病變程度。
所述步驟(1)中，乳腺光學(xué)參數(shù)測量儀處于復(fù)位狀態(tài)時，計算機控制的三維移動工作臺的各個方向坐標(biāo)都歸零，夾持的透明板處于水平方向，探測光纖探頭與入射光纖探頭都位于夾持透明板的同一側(cè)，且對儀器輸出信號作零點校正。
所述步驟(2)中，選擇的激光工作參數(shù)包括光電轉(zhuǎn)換、放大電路中的光電倍增管的工作電壓范圍為300～1200V，若為雪崩二極管，則由儀器自動施加工作電壓；三維移動工作臺的工作參數(shù)是x、y、z方向掃描范圍0～25cm，x、y、z方向掃描步距≥5μm，且水平方向x的掃描時間≤2分鐘，探測光纖探頭與入射光纖探頭在垂直方向y的間隔距離Δy為1～1.6mm，且在檢測過程中，兩者始終作為整體儀器在乳房或軟組織表面的y方向進行移動，每移動一個步距后，探測光纖探頭就在與移動方向垂直的x方向上作一維掃描，直到遍歷整個乳房或軟組織的表面，結(jié)束檢測；在檢測過程中，可隨時“中斷”操作停止采樣。
本發(fā)明儀器用于測量乳腺等軟組織的光學(xué)特性參數(shù)(例如乳腺組織的吸收系數(shù)μa和折合散射系數(shù)μs′)，再通過與健康軟組織的光學(xué)特性參數(shù)進行對比，定性或定量判斷乳腺等軟組織的病變位置和程度，還可通過檢測獲得的參數(shù)值確定乳腺等軟組織激光理療或激光手術(shù)的劑量。該儀器不僅能夠用于人體乳腺組織的測量，也可用于動物和人體其它軟組織的光學(xué)特性參數(shù)測量。其優(yōu)點是儀器結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計精巧，體積小、成本低；例如采用渦輪蝸桿夾持機構(gòu)作為人體軟組織的夾持機構(gòu)和采用旋轉(zhuǎn)的叉型支撐桿來改變掃描方向，并充分利用計算機的同步控制采樣和數(shù)據(jù)處理功能，并控制三維移動工作臺和轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)，提高了儀器的精確性和自動化程度，使該儀器功能強(具有實時控制、數(shù)據(jù)采樣、數(shù)據(jù)處理、圖像處理等功能)，調(diào)整便利、簡單，操作容易，宜于推廣普及。此外，本發(fā)明優(yōu)選激光波長為近紅外光，以增大探測深度，且激光輸出功率可調(diào)，以適應(yīng)不同人體的激光劑量。探測探頭采用單根光纖掃描，實現(xiàn)多點采樣，可保證足夠多的原始數(shù)據(jù)，使得擬合的漫反射強度的空間分布曲線更加精確，也避免了多根光纖光耦合差異的問題。在對數(shù)據(jù)進行分析處理時，采用比較精確的蒙特卡洛逆向求解算法，使得求解得到的吸收系數(shù)和折合散射系數(shù)更加準(zhǔn)確?？傊景l(fā)明在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域里具有很好的推廣應(yīng)用前景。


圖1是本發(fā)明乳腺光學(xué)參數(shù)測量儀的結(jié)構(gòu)組成示意圖。
圖2是本發(fā)明乳腺光學(xué)參數(shù)測量儀的光學(xué)系統(tǒng)工作原理示意圖。
圖3是本發(fā)明儀器在被檢組織表面上激光照射的入射面與接收面相對位置示意圖。
圖4是本發(fā)明乳腺光學(xué)參數(shù)測量儀的使用方法操作流程方框圖。
具體實施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細描述。
本發(fā)明乳腺光學(xué)參數(shù)測量儀是一種醫(yī)療檢測和診斷儀器，主要用于測量生物組織的重要物理參數(shù)(即吸收系數(shù)和折合散射系數(shù))，再通過對所獲得的測量數(shù)據(jù)進行分析處理，來檢測、判斷病變組織的位置和程度。尤其是，該儀器能夠?qū)崿F(xiàn)斷層掃描，可精確地確定病變組織的位置。
參見圖1，介紹本發(fā)明乳腺光學(xué)參數(shù)測量儀的結(jié)構(gòu)組成激光發(fā)生器1(輸出激光波長為633～900nm的近紅外光，輸出功率為0～1W，且連續(xù)可調(diào))和光纖耦合輸出的入射光纖探頭5(其與被檢軟組織表面構(gòu)成30°～60°的激光入射角)，與被檢組織表面的法線方向垂直的探測光纖探頭6(由一根直徑為200～600μm、數(shù)值孔徑為0.2～0.3的多模光纖組成)則通過光纖順序連接由光電倍增管或雪崩二極管組成的光電轉(zhuǎn)換探測、放大電路2、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3和計算機4。一個由計算機4控制的三維移動工作臺11，該工作臺上設(shè)有兩個可滑移、轉(zhuǎn)動的夾持桿，分別用于夾緊入射探頭5和探測探頭6，以使該兩個光纖探頭能沿設(shè)定方向和設(shè)定角度進行同步整體移動，實現(xiàn)對組織表面各個斷層的掃描檢測。該工作臺11的底部固裝在一個連接桿12上，該連接桿12的后端與一個可垂直旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)盤13固裝成為一體，使得該連接桿12能夠跟隨著受計算機控制的該垂直轉(zhuǎn)盤13的轉(zhuǎn)動而同步旋轉(zhuǎn)，該轉(zhuǎn)盤13的后側(cè)固裝在儀器底座14上。連接桿12的前端設(shè)有一個叉型支撐桿10，該叉型支撐桿10的凹槽內(nèi)固裝有一個由雙頭蝸桿和兩個渦輪組成的渦輪蝸桿傳動付9，用于夾持受檢乳房7或人體或動物的其它軟組織或生物切片的兩塊有機玻璃透明板8分別固裝在該兩個渦輪上。這樣，當(dāng)連接桿12轉(zhuǎn)動時，叉型支撐桿10和夾持在叉型支撐桿10上的兩塊有機玻璃透明板8，以及三維移動工作臺11上的入射探頭5和探測探頭6都會同時隨之旋轉(zhuǎn)同樣的角度，這種機構(gòu)可保證在兩個相互垂直方向上對乳房7或軟組織分別進行斷層檢測，再對這兩個相互垂直方向上的斷層檢測數(shù)據(jù)進行分析、計算處理，就可以在任何方向上判斷和定位病變組織的位置和病變程度。
參見圖2和圖3，介紹本發(fā)明儀器的工作原理其中輸出功率連續(xù)可調(diào)的半導(dǎo)體激光器1經(jīng)光纖輸出的近紅外激光束(波長為633～900nm)照射在生物組織樣品的表面上，其入射面A如圖3所示。入射光纖探頭5和探測光纖探頭6都固裝在三維移動工作臺11的y方向的滑塊上，使得二者在y方向可以整體移動。該探測光纖探頭6的接收面B與入射光纖探頭5的入射面A的偏移距離Δy為1.3±0.3mm。在計算機控制的三維移動工作臺的控制下，每當(dāng)探測光纖探頭6和入射光纖探頭5兩者沿y方向移動一個距離時，就可以對組織表面實現(xiàn)某一斷層的一維(x方向)的掃描檢測。另外，探測光纖探頭6還可以在x、z方向自由移動。該儀器用探測光纖探頭6接收由組織7產(chǎn)生的漫反射光的信號強度，并輸入到光電轉(zhuǎn)換、放大電路2中。先將光信號轉(zhuǎn)換成電信號后，再進行放大，然后由模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3將模擬電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后輸送到計算機4中。計算機4中設(shè)有控制軟件，控制工作臺11的移動與采樣同步進行。此時，探測光纖探頭6從位置①開始掃描，最后到達位置②，完成預(yù)設(shè)的掃描范圍后，計算機4的內(nèi)存就存儲了漫反射強度與空間位置的二維矩陣數(shù)據(jù)。再使用蒙特卡洛模型擬合漫反射強度的空間分布(去掉中心點附近的測量值)，得到實際的中心點x坐標(biāo)，該坐標(biāo)值與光的入射點有一個偏移Δx。
本發(fā)明使用的求解吸收系數(shù)和折合散射系數(shù)的工作原理簡介如下當(dāng)無限細光束入射到高散射介質(zhì)中時，若光束的穿透深度遠遠小于生物組織本身的厚度時，可以把生物組織看作半無限大介質(zhì)。根據(jù)該生物組織特性，假設(shè)所有光子在入射到平均自由程深度就已經(jīng)全部被散射，則入射光束在介質(zhì)中產(chǎn)生的光強分布等效于在1個平均自由程深度處的各向同性點光源。如果是光垂直照射在組織表面時，這個點光源位置的x坐標(biāo)與光的入射點相同；但是，當(dāng)光傾斜照射在組織表面上時，其x坐標(biāo)就會與入射點偏離，假設(shè)偏離距離為Δx，則Δx＝3Dsinθtissue，式中，θtissue為光在組織中的折射角，當(dāng)入射角和組織的折射率已知時，可由斯涅爾定律求得；D為擴散系數(shù)，它取決于組織的吸收系數(shù)μa和折合散射系數(shù)μs′，計算公式為D=13(0.35μa+μs′).]]>用蒙特卡洛模型擬合漫反射強度的空間分布，可以得到兩個參數(shù)變量Δx和有效消光系數(shù)μeff，其中μeff與吸收系數(shù)和擴散系數(shù)有關(guān)，即μeff=μaD;]]>將上述三個計算公式或方程聯(lián)立，得到下述計算公式μa=Dμeff2μs′=13D-0.35μa]]>就可求解得到人體或動物組織的吸收系數(shù)μa和折合散射系數(shù)μs′。
眾所周知，散射系數(shù)與折合散射系數(shù)之間存在關(guān)系式μs′＝(1-g)μs。對于生物組織來講，式中的各向異性因子g＝0.7～0.96。而對于乳腺組織，前向散射更大一些，一般來說可以取g≈0.9。因此，對于乳腺組織μs≈10μs′.。
本發(fā)明儀器在使用三維移動工作臺控制入射光纖探頭和探測光纖探頭在y方向的移動必須保持同步，以保證Δy不變。其中探測光纖探頭還可以在x和z方向獨立移動x方向用于進行掃描，z方向則用于調(diào)節(jié)探測時光纖探頭與軟組織表面的距離。
此外，在用蒙特卡洛逆向求解算法中還要考慮有機玻璃透明板的影響以及有機玻璃透明板與探頭之間空氣層的影響，保證解的精確性。
本發(fā)明乳腺光學(xué)參數(shù)測量儀的使用方法，是采用激光光源傾斜入射和偏移量間接測量光學(xué)參數(shù)的技術(shù)，即使得激光照射在組織表面后漫反射的空間分布的中點與光的入射點在水平方向存在一個位移Δx，且為了防止入射點附近數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，探測平面也與入射面不同兩者之間在二維平面的垂直方向也設(shè)有大于一個平均自由程的位移Δy；然后對軟組織先后進行兩個相互垂直平面的測量，并根據(jù)該Δx位移量利用蒙特卡洛模型逆向求解生物組織的吸收系數(shù)和折合散射系數(shù)；再對這兩個相互垂直方向上的檢測數(shù)據(jù)與健康組織吸收系數(shù)與折合散射系數(shù)進行比較、分析，就可判斷和定位病變組織的位置和病變程度。
參見圖4，介紹本發(fā)明使用方法的操作步驟(1)開機預(yù)熱、準(zhǔn)備檢測通常儀器要開機預(yù)熱30分鐘，以保證激光輸出功率穩(wěn)定；然后設(shè)備自檢，使其回歸復(fù)位狀態(tài)；此時，儀器自動檢測的項目包括計算機控制的三維移動工作臺的各個方向坐標(biāo)都歸零，夾持的透明板位于水平方向，探測光纖探頭與入射光纖探頭都位于夾持透明板的同一側(cè)，儀器輸出信號作零點校正。
(2)進行激光檢測，并存儲檢測數(shù)據(jù)和進行計算處理人工操作旋轉(zhuǎn)渦輪蝸桿夾持機構(gòu)，使兩個透明板壓住乳房或軟組織(此時人處于放松狀態(tài))，再根據(jù)被測人體具體情況選擇激光測試參數(shù)后，在計算機控制下先后進行水平和垂直兩個方向的激光檢測，分別獲得水平和垂直兩個表面的多個斷層漫反射空間分布參數(shù)；然后由計算機采用蒙特卡洛逆向算法，根據(jù)檢測參數(shù)求解各個斷層的吸收系數(shù)μa和折合散射系數(shù)μs′，并將結(jié)果展示于顯示屏上；該步驟選擇的激光工作參數(shù)包括光電放大電路中的光電倍增管的工作電壓范圍為300～1200V，若為雪崩二極管，則由儀器自動施加工作電壓；三維移動工作臺的工作參數(shù)是x、y、z方向掃描范圍0～25cm，x、y、z方向掃描步距≥5μm，且水平方向x的掃描時間≤2分鐘，探測光纖探頭與入射光纖探頭在垂直方向y的間隔距離Δy為1.0～1.6mm，且在檢測過程中，兩者始終作為整體一起在乳房或軟組織表面的y方向進行移動，每移動一個步距后，探測光纖探頭就在與移動方向垂直的x方向上作一維掃描，直到遍歷整個乳房或軟組織的表面，結(jié)束檢測；完成水平方向檢測后，水平表面的多個斷層的漫反射空間分布信息就已經(jīng)存儲在計算機內(nèi)存中。然后操作儀器進行垂直方向的檢測，此時的各項指標(biāo)和參數(shù)都與水平檢測相同。完成垂直檢測后，垂直表面的多個斷層的漫反射空間分布信息也存儲在計算機內(nèi)存中。這時，全部操作結(jié)束。在檢測過程中，可隨時執(zhí)行“中斷”選項操作停止采樣。
這時，儀器進入數(shù)據(jù)處理步驟，即分別調(diào)入水平和垂直兩個表面的各個斷層的原始數(shù)據(jù)，利用內(nèi)部軟件模塊的計算功能，使用蒙特卡洛逆向算法求解得到各個斷層的吸收系數(shù)μa和折合散射系數(shù)μs′，并在顯示器上顯示出來。
(3)診斷病變組織位置和病變程度如果乳房或軟組織中發(fā)現(xiàn)腫物，由計算機根據(jù)兩個方向的原始測試數(shù)據(jù)，擬算出該腫物的具體位置和大小，并以圖像形式加以顯示；再從數(shù)據(jù)庫中調(diào)出健康組織的相應(yīng)吸收系數(shù)和折合散射系數(shù)，將該兩個正常數(shù)據(jù)與檢測數(shù)據(jù)進行對比、分析，定性或定量判斷病變程度。
權(quán)利要求
1.一種乳腺光學(xué)參數(shù)測量儀，包括激光發(fā)生器和光纖耦合輸出的入射光纖探頭，探測光纖探頭則通過光纖順序連接光電探測器、放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和計算機；其特征在于該裝置還設(shè)有一個由計算機控制的三維移動工作臺，該工作臺上設(shè)有兩個可滑移、轉(zhuǎn)動的夾持桿，分別用于夾緊入射探頭和探測探頭，以使該兩個光纖探頭能沿設(shè)定方向同步整體移動，實現(xiàn)對組織表面各個斷層的掃描檢測；該工作臺的底部固裝在一個連接桿上，該連接桿的后端與一個可垂直旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)盤固裝成為一體，使得該連接桿能夠隨著該垂直轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動而同步旋轉(zhuǎn)，該轉(zhuǎn)盤的后側(cè)固裝在儀器底座上；連接桿的前端設(shè)有一個叉型支撐桿，該叉型支撐桿的凹槽內(nèi)固裝有一個由雙頭蝸桿和兩個渦輪組成的渦輪蝸桿傳動付，用于夾持受檢乳房或軟組織的兩塊透明板分別固裝在該兩個渦輪上；當(dāng)連接桿轉(zhuǎn)動時，叉型支撐桿和夾持在叉型支撐桿上的兩塊透明板，以及三維移動工作臺上的入射探頭和探測探頭都會同時旋轉(zhuǎn)，以便在兩個相互垂直方向上分別斷層檢測乳房或軟組織，再對這兩個相互垂直方向上的斷層檢測數(shù)據(jù)進行分析、計算處理，判斷和定位病變組織的位置和病變程度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的乳腺光學(xué)參數(shù)測量儀，其特征在于所述激光發(fā)生器經(jīng)光纖耦合輸出的激光波長為633～900nm的近紅外光，輸出功率范圍是0～1W，且連續(xù)可調(diào)；所述入射光纖探頭應(yīng)與被檢軟組織表面的法線方向構(gòu)成30°～60°的光入射角，而探測光纖探頭則垂直于被檢軟組織表面，且該探測探頭是一根直徑為200～600μm、數(shù)值孔徑為0.2～0.3的多模光纖，該探測光纖探頭的接收面與入射光纖探頭的入射面的偏移距離(Δy)為1.3±0.3mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的乳腺光學(xué)參數(shù)測量儀，其特征在于所述受檢軟組織是乳房、人體或動物的其它軟組織、或生物切片。
4.一種乳腺光學(xué)參數(shù)測量儀的使用方法，其特征在于采用激光光源傾斜入射和偏移量間接測量光學(xué)參數(shù)的技術(shù)，即使得激光照射在組織表面后漫反射的空間分布的中點與光的入射點在水平方向存在一個位移(Δx)，且為了防止入射點附近數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，探測平面也與入射面不同兩者之間在二維平面的垂直方向設(shè)有大于一個平均自由程的位移(Δy)；然后對軟組織先后進行兩個相互垂直平面的測量，并根據(jù)該位移量(Δx)利用蒙特卡洛模型逆向求解生物組織的吸收系數(shù)和折合散射系數(shù)；再對這兩個相互垂直方向上的檢測數(shù)據(jù)與健康組織吸收系數(shù)與折合散射系數(shù)進行比較、分析，就可判斷和定位病變組織的位置和病變程度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的乳腺光學(xué)參數(shù)測量儀的使用方法，其特征在于在利用蒙特卡洛模型逆向求解生物組織的吸收系數(shù)和折合散射系數(shù)的計算過程中要考慮夾持乳房或其它軟組織的透明板及其與探測光纖之間空氣層的影響。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的乳腺光學(xué)參數(shù)測量儀的使用方法，其特征在于所述探測探頭采用單根光纖進行一維徑向掃描來接收漫反射信息，以避免采用光纖陣列，因多根光纖的光耦合效率差異所帶來的采樣信號誤差。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的乳腺光學(xué)參數(shù)測量儀的使用方法，其特征在于所述方法包括下列操作步驟(1)開機預(yù)熱、準(zhǔn)備檢測儀器開機預(yù)熱，以保證激光輸出功率穩(wěn)定；然后設(shè)備自檢，使其回歸復(fù)位狀態(tài)；(2)進行激光檢測，并存儲檢測數(shù)據(jù)和進行計算處理人工操作旋轉(zhuǎn)渦輪蝸桿夾持機構(gòu)，使兩個透明板壓住乳房或軟組織，再根據(jù)被測人體具體情況選擇激光測試參數(shù)后，在計算機控制下先后分別進行水平和垂直兩個方向的激光檢測，分別獲得水平和垂直兩個表面的多個斷層漫反射空間分布參數(shù)；然后由計算機采用蒙特卡洛逆向算法，根據(jù)檢測參數(shù)求解各個斷層的吸收系數(shù)μa和折合散射系數(shù)μs′，并將檢測結(jié)果展示于顯示屏上；(3)診斷病變組織位置和病變程度如果乳房或軟組織中發(fā)現(xiàn)腫物，由計算機根據(jù)兩個方向的測試數(shù)據(jù)，擬算出該腫物的具體位置和大小，并以圖像形式加以顯示；再從數(shù)據(jù)庫中調(diào)出健康組織的相應(yīng)吸收系數(shù)和折合散射系數(shù)，將該兩個正常數(shù)據(jù)與檢測數(shù)據(jù)進行對比、分析，定性或定量判斷病變程度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的乳腺光學(xué)參數(shù)測量儀的使用方法，其特征在于所述步驟(1)中，乳腺光學(xué)參數(shù)測量儀處于復(fù)位狀態(tài)時，計算機控制的三維移動工作臺的各個方向坐標(biāo)都歸零，夾持的透明板處于水平方向，探測光纖探頭與入射光纖探頭都位于夾持透明板的同一側(cè)，且對儀器輸出信號作零點校正。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的乳腺光學(xué)參數(shù)測量儀的使用方法，其特征在于所述步驟(2)中，選擇的激光工作參數(shù)包括光電轉(zhuǎn)換、放大電路中的光電倍增管的工作電壓范圍為300～1200V，若為雪崩二極管，則由儀器自動施加工作電壓；三維移動工作臺的工作參數(shù)是x、y、z方向掃描范圍0～25cm，x、y、z方向掃描步距≥5μm，且水平方向x的掃描時間≤2分鐘，探測光纖探頭與入射光纖探頭在垂直方向y的間隔距離(Δy)為1～1.6mm，且在檢測過程中，兩者始終作為整體儀器在乳房或軟組織表面的(y)方向進行移動，每移動一個步距后，探測光纖探頭就在與移動方向垂直的(x)方向上作一維掃描，直到遍歷整個乳房或軟組織的表面，結(jié)束檢測；在檢測過程中，可隨時“中斷”操作停止采樣。
全文摘要
一種乳腺光學(xué)參數(shù)測量儀及其使用方法，該儀器由激光發(fā)生器、計算機、三維移動工作臺、連接桿、轉(zhuǎn)盤、叉型支撐桿和渦輪蝸桿夾持機構(gòu)等部件組成，該裝置采用激光光源傾斜入射和偏移量間接測量光學(xué)參數(shù)的技術(shù)，在兩個相互垂直方向上分別斷層檢測乳房、軟組織、或生物切片，并對這兩個相互垂直方向上的斷層檢測數(shù)據(jù)進行分析、計算處理，再與健康組織吸收系數(shù)與折合散射系數(shù)進行比較、判斷和定位病變組織的位置和病變程度。本發(fā)明是一種無損、實時、在體、低成本的乳腺測量儀，結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計精巧，體積小、成本低，測量精度和自動化程度高，功能強，調(diào)整便利、簡單，操作容易，宜于推廣普及。
文檔編號G06Q50/00GK101019762SQ20071006462
公開日2007年8月22日 申請日期2007年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月21日
發(fā)明者孫萍 申請人:北京師范大學(xué)