一种热声、光声、超声三模态乳腺肿瘤检测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及热声、光声、超声三模态乳腺肿瘤检测装置及方法，其装置包括脉冲序列发生器、微波源、激光源、超声发射源、耦合器、探测器、数据采集模块和图像处理模块；被测组织置于耦合器中，微波源、激光源、超声发射源的能量辐射到耦合器中，产生的热声、光声、超声信号一同被探测器接收，然后经数据采集模块采集到图像处理模块；图像处理模块采用反投影算法分别进行热声、光声、超声图像的重建，得到三模态成像，最后将三模态成像叠加合成在同一图像上。本发明专利技术将各自单模态的优势集中于一套系统中，不仅可以排除对乳房水肿、炎症以及纤维腺瘤的误诊，还可以通过多种参数指标的结合提高检测早期乳腺癌的准确率。

A thermoacoustic, photoacoustic, and ultrasonic three mode breast tumor detection device and method

The invention relates to a heat light and sound sound, the three mode ultrasonic breast tumor detection device and a method thereof, the device comprises a pulse sequence generator, microwave source, laser source, ultrasonic emission source, coupler, detector, data acquisition module and image processing module; the measured tissue in the coupling device, a microwave source, laser source, ultrasonic transmitter the source of energy radiation to the coupler, the heat generated by the light and sound sound and ultrasonic signals to be received by a detector, then the data collecting module image processing module; image processing module uses the back projection algorithm respectively, thermoacoustic photoacoustic and ultrasound image reconstruction, three modal imaging, the imaging mode three in the same image superposition synthesis. The invention concentrates the advantages of each single mode in a set of systems, which not only excludes misdiagnosis of breast edema, inflammation and fibroadenoma, but also improves the accuracy of detection of early breast cancer through combination of various parameter indexes.

【技术实现步骤摘要】
一种热声、光声、超声三模态乳腺肿瘤检测装置及方法
本专利技术属于热声、光声和超声成像
，具体涉及一种热声、光声、超声三模态乳腺肿瘤检测装置及方法。
技术介绍
目前，医学影像一般采用单一模态进行成像。现有单一模态的医学影像存在其局限性，如热声成像，只可以提供深度病变组织和分子水平上的信息；光声成像，只可有效地进行生物组织结构和功能成像，对于生物组织的结构形态、生理病理特征、功能和代谢研究提供了重要的方法和手段；超声成像，只可用组织形态学层面上的成像，但是超声受气体和骨骼的阻碍，并且组织对比度较低。具体来说：热声成像是一种利用脉冲微波照射生物组织来激发热声信号的断层成像技术，既具有热声成像对不同组织的良好图像对比度，又具有超声成像图像分辨率较高的优势，有利于组织结构的细致观察和分析。热声成像将成为一种新型的无损检测技术。光声成像的基本原理是：短脉冲激光照射到生物组织上，激光能量被组织内的吸收体快速吸收导致温度升高，组织受热膨胀，产生超声波，这种现象称为光声效应。超声波穿过组织向外传播，被放置在组织周围的超声探测器接收，根据不同的接收方式，采用不同的重建算法，就可以得到在激光照射下组织内不同区域的光吸收分布，从而反映出不同组织间的吸收差异，以此判断组织的结构功能和病理特征。超声成像利用的是不同组织对超声波在声阻抗和衰减上的差别，通过接收回声信号得到组织结构信息，同时还能够实时的生成图像，设备可做成便携式，没有副作用，相对于其他成像技术而言检查价格便宜。但是超声图像对比度较低，不易实现早期病变的检测。
技术实现思路
为了解决现有单一模式成像在乳房肿瘤检测上所存在的技术问题，本专利技术提出一种热声、光声、超声三模态乳腺肿瘤检测装置及方法，为融合了多种成像技术的多模态成像技术，可同时获取基于多种成像对比原理的诊断参数，将各自单模态的优势集中于一套系统中，不仅可以排除对乳房水肿、炎症以及纤维腺瘤的误诊，还可以通过多种参数指标的结合提高检测早期乳腺癌的准确率。本专利技术检测装置采用下述技术方案实现：一种热声、光声、超声三模态乳腺肿瘤检测装置，包括脉冲序列发生器、微波源、激光源、超声发射源、耦合器、探测器、数据采集模块和图像处理模块，脉冲序列发生器分别与微波源、激光源、超声发射源连接，图像处理模块与数据采集模块连接；被测组织置于耦合器中，脉冲序列发生器产生的脉冲序列交错地触发微波源、激光源、超声发射源；微波源、激光源、超声发射源的能量辐射到耦合器中，分别发生热声、光声、声反射效应，相应地产生热声、光声、超声信号，并一同被探测器接收，所接收的数据通过数据采集模块采集到图像处理模块；图像处理模块采用反投影算法分别进行热声、光声、超声图像的重建，得到热声、光声、超声三模态成像，最后将三模态成像叠加合成在同一图像上。优选地，所述脉冲序列发生器首先触发超声发射源向耦合器发射超声波，数据采集卡工作，将探测器采集的电信号传入数据采集卡中，采集的数据再导入图像处理模块中，数据采集卡停止工作；延迟一段时间后，脉冲序列发生器触发激光源发出脉冲激光,脉冲激光通过聚焦透镜聚焦，照在被测组织上，激发出光声信号,光声信号经过耦合器中的耦合液后被探测器接收,数据采集卡停止工作；延迟一段时间后，脉冲序列发生器触发微波源产生脉冲微波，并触发数据采集卡开始工作；脉冲微波经发射天线传输到耦合器中，利用热声效应激发产生热声信号，热声信号以超声波形式辐射出去；超声波最终传输到探测器上，在探测器上转换为电信号传入数据采集卡，采集的数据再导入图像处理模块中。优选地，所述热声、光声图像的重建算法为：超声图像的重建算法为：式中i、j是重建点的二维空间坐标；gk是探测器阵元k的时域信号，通过数据采集模块采集获得；xk、yk是探测器阵元k的二维空间坐标，为探测器的基本参数；c是声速，N是探测器阵元总数目；P(i,j)为所重建的图像像素值。优选地，所述探测器为多元环形阵列超声探测器，阵元范围为16-512，主频为1-20MHz，相对带宽是70％。优选地，所述数据采集模块包括依次连接的前置放大器、A\D转换器、数据采集卡，前置放大器与探测器连接，数据采集卡与图像处理模块连接。本专利技术热声、光声、超声三模态乳腺肿瘤检测方法基于上述热声、光声、超声三模态乳腺肿瘤检测装置，包括如下步骤：S1、将被测组织置于耦合器中；S2、先利用脉冲序列发生器触发超声发射源向耦合器中发射超声波，数据采集模块工作；将探测器采集的电信号传入数据采集模块中，采集的数据再导入图像处理模块中，数据采集模块停止工作；S3、延迟一段时间后，利用脉冲序列发生器触发激光源发出脉冲激光,该脉冲激光通过聚焦透镜聚焦，照在被测组织上，激发出光声信号,光声信号经过耦合器中的耦合液后被探测器接收,数据采集模块停止工作；S4、延迟一段时间后，利用脉冲序列发生器触发微波源产生脉冲微波，并触发数据采集模块开始工作；脉冲微波经发射天线传输到耦合器中，利用热声效应激发产生热声信号，热声信号以超声波形式辐射出去；超声波最终传输到探测器上，在探测器上转换为电信号传入数据采集模块，采集的数据再导入图像处理模块中；S5、根据导入图像处理模块中的热声、光声、超声信号数据，图像处理模块采用反投影算法进行图像重建处理，分别得到微波热声、光声、超声三模态成像；S6、将三模态成像叠加合成在同一图像上。本专利技术相对于现有技术具有如下的优点及有益效果：1、热声成像具有很好的空间分辨率和成像对比度，非电离辐射的成像模式，具有很高的安全性；超声成像对于肌肉和软组织显像良好，对于显示固体和液体之间的界面有特别的用处，而且能够显示脏器的结构，同时还能够实时的生成图像，设备可做成便携式，没有副作用。本专利技术采用热声、光声、超声三模态对乳腺肿瘤进行检测，不仅可以排除对乳房水肿、炎症以及纤维腺瘤的误诊，还可以通过多种参数指标的结合提高检测早期乳腺癌的准确率。2、本专利技术能够获取微波吸收系数、电偶极距、光吸收系数、声阻抗等多种物理参数，实现病变肿瘤组织的功能和强度成像；采用基于可视化水成分(热声成像)、互补的可视化脂质(光声成像)和病变处的形貌信息(超声成像)这三种模态协同成像的模式，最终能呈现出一套独特而重要的早期肿瘤诊断的成像工具，而且具有体积小、重量轻的特点，具备快速成像检测的能力，便于产业化。附图说明图1是本专利技术热声、光声、超声三模态乳腺肿瘤检测装置的结构示意图；图2是本专利技术三模态成像的时序图，其中2-1为系统时钟；2-2为微波源触发；2-3为热声信号采集；2-4为激光器触发；2-5为光声信号采集；2-6为超声发射器触发；2-7超声信号采集；图3是检测被测组织的热声、光声、超声三种模态的互补成像，其中a为样品，b为光声成像图，c为热声成像图，d为超声成像图。具体实施方式下面结合实施例与附图对本专利技术作进一步详细的叙述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例如图1所示，本专利技术热声、光声、超声三模态乳腺肿瘤成像检测装置，开发的三模式肿瘤检测设备主要包括：微波源、激光源、超声发射源、耦合器、探测器、数据采集模块、脉冲序列发生器和图像处理模块，脉冲序列发生器分别与微波源、激光源、超声发射源连接，图像处理模块与数据采集模块连接，脉冲序列发生器和图像处理模块设置在计算机中；脉冲序列发生器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热声、光声、超声三模态乳腺肿瘤检测装置，其特征在于，包括脉冲序列发生器、微波源、激光源、超声发射源、耦合器、探测器、数据采集模块和图像处理模块，脉冲序列发生器分别与微波源、激光源、超声发射源连接，图像处理模块与数据采集模块连接；被测组织置于耦合器中，脉冲序列发生器产生的脉冲序列交错地触发微波源、激光源、超声发射源；微波源、激光源、超声发射源的能量辐射到耦合器中，分别发生热声、光声、声反射效应，相应地产生热声、光声、超声信号，并一同被探测器接收，所接收的数据通过数据采集模块采集到图像处理模块；图像处理模块采用反投影算法分别进行热声、光声、超声图像的重建，得到热声、光声、超声三模态成像，最后将三模态成像叠加合成在同一图像上。

【技术特征摘要】
1.一种热声、光声、超声三模态乳腺肿瘤检测装置，其特征在于，包括脉冲序列发生器、微波源、激光源、超声发射源、耦合器、探测器、数据采集模块和图像处理模块，脉冲序列发生器分别与微波源、激光源、超声发射源连接，图像处理模块与数据采集模块连接；被测组织置于耦合器中，脉冲序列发生器产生的脉冲序列交错地触发微波源、激光源、超声发射源；微波源、激光源、超声发射源的能量辐射到耦合器中，分别发生热声、光声、声反射效应，相应地产生热声、光声、超声信号，并一同被探测器接收，所接收的数据通过数据采集模块采集到图像处理模块；图像处理模块采用反投影算法分别进行热声、光声、超声图像的重建，得到热声、光声、超声三模态成像，最后将三模态成像叠加合成在同一图像上。2.根据权利要求1所述的热声、光声、超声三模态乳腺肿瘤检测装置，其特征在于，所述脉冲序列发生器首先触发超声发射源向耦合器发射超声波，数据采集卡工作，将探测器采集的电信号传入数据采集卡中，采集的数据再导入图像处理模块中，数据采集卡停止工作；延迟一段时间后，脉冲序列发生器触发激光源发出脉冲激光,脉冲激光通过聚焦透镜聚焦，照在被测组织上，激发出光声信号,光声信号经过耦合器中的耦合液后被探测器接收,数据采集卡停止工作；延迟一段时间后，脉冲序列发生器触发微波源产生脉冲微波，并触发数据采集卡开始工作；脉冲微波经发射天线传输到耦合器中，利用热声效应激发产生热声信号，热声信号以超声波形式辐射出去；超声波最终传输到探测器上，在探测器上转换为电信号传入数据采集卡，采集的数据再导入图像处理模块中。3.根据权利要求2所述的热声、光声、超声三模态乳腺肿瘤检测装置，其特征在于，所述延迟一段时间为延迟1-50微秒。4.根据权利要求1所述的热声、光声、超声三模态乳腺肿瘤检测装置，其特征在于，所述热声、光声图像的重建算法为：超声图像的重建算法为：式中i、j是重建点的二维空间坐标；gk是探测器阵元k的时域信号，通过数据采集模块采集获得；xk、yk是探测器阵元k的二维空间坐标，为探测器的基本参数；c是声速，N是探测器阵元总数目；P(i,j)为所重建的图像像素值。5.根据权利要求1所述的热声、光声、超声三模态乳腺肿瘤检测装置，其特征在于，所述探测器...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢达，袁畅，计钟，杨思华，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：广东,44