三维高清晰度乳腺成像仪制造技术

本发明专利技术为三维高清晰度乳腺成像仪，属于生物医学成像领域，用于乳腺疾病的无损检测。本发明专利技术根据图像的灰度、组织结构、外形尺寸，特别是根据乳房组织的光学特性参数半定量或定性判断乳腺组织的病变位置和程度。采用被称为医学“治疗窗口”的近红外光（６００～９００ｎｍ）作为光源，用特殊的编码孔径对照射光进行空间调制，被调制后的光束对人体乳腺组织进行无损探测，接收携带了乳腺组织结构信息的透射光，形成数字式近红外光学扫描全息图。然后，利用数字解码技术提取乳腺组织的信息，并以三维、高清晰度图像的方式显示出来。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于生物医学成像领域，主要用于乳腺疾病的检测，通过成像的方式，三维、高清晰显示乳房的内部结构，根据图像的灰度、组织形状，特别是根据乳房组织的特性光学参数半定量或定性判断乳腺组织的病变位置和程度。
技术介绍
目前，用于乳腺疾病检查的方法主要是各种成像法，如钼靶X光成像、核磁共振成像、超声成像、红外成像。然而，这些传统的成像技术都存在着一定的局限性。钼靶X射线照相会对人体造成电离辐射，破坏细胞中的DNA，诱发细胞癌变。虽然，X光成像具有较高的分辨率，但是有损检测的缺点限制了这一成像技术的普查应用；核磁共振成像突出的优点是无创、无电离辐射，并且可以对人体组织做出形势与功能两方面的诊断。但是，核磁共振的核心部件“高频强磁场”造价高，给病人带来昂贵的费用，不适合用作普查手段；超声成像的优点是对人体无损、无创、无电离辐射，同时它又能提供人体断面实时的动态图像，因此成为目前乳腺检查的主要成像技术。但是，由于超声波的波长比光波大4个数量级，使得衍射扩散成为超声成像的致命弱点。超声波在人体中传播时将发生严重的衍射和散射，从而造成图像的分辨率降低，超声成像的分辨率只有几个毫米，不能用于早期肿瘤的诊断。红光透射成像仪是目前最廉价、最普遍的乳腺检查仪器，几乎遍及各个城市和县镇。但是，红光透射成像仪生成的是整个乳腺组织的直接透射像，所有阴影重叠，分辨率低，病变组织的形状模糊，难以判断具体形状和位置，导致临床误诊率和漏诊率较高。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高清晰度、高衬比度、高分辨率、三维显示的乳腺普查仪器。本专利技术的解决方案是采用被称为医学“治疗窗口”的近红外光(600～900nm)作为光源，用特殊的编码孔径对照射光进行空间调制，被调制后的光束对人体乳腺组织进行无损探测，透射光便携带了组织内部的结构信息，然后利用数字解码技术提取乳腺组织的信息，并以三维、高清晰度图像的方式显示出来。本专利技术采用优化带板编码的光学扫描全息术两步成像方案。即用优化带板编码的近红外激光束实时照射乳房，采集信息，然后，通过数字解码，实现三维、高清晰度图像显示。以下对两步成像的具体方法进行介绍。第一步扫描全息图的记录过程，即对物体的编码过程，得到的扫描全息图称为编码像。人体组织在波长为780nm处存在吸收极小值，因此，在这一波长处组织具有较强的前向散射特性，对于成像系统而言，具有对生物组织较大的穿透深度。如果同时将激光的输出功率提高到人体所能承受的阈值，那么，成像系统的穿透深度将会更大。人体乳房在夹持的状态下厚度大约为5cm，为了保证这一穿透深度，本专利技术将光源的波长定位在780nm，而使激光器输出功率大于1W。由于光学系统存在一定程度的损耗，到达人体组织的激光功率通常小于100mW。由大功率半导体激光器产生的波长为780nm的近红外激光束，经光纤耦合输出，照射液晶空间光调制器，读出液晶空间光调制器上由计算机实时生成的优化带板扫描图形。目前，在光学扫描全息术中采用的是机械或声光扫描装置，带来耗时、噪音、干扰等问题。本专利技术采用计算机优化方法设计扫描图形，并将事先设计好的不同位置的扫描图形存在图像库中，在采集扫描全息图时调用，实现快速、实时二维扫描，并将扫描时间缩短到5分钟以内。扫描图形的优化设计采用模拟退火算法，以菲涅耳波带板为基本图形，在基本图形的基础上加上调制函数，通过对调制函数的优化，最终得出具有圆对称结构、并保证系统点扩散函数接近理想二维狄拉克函数(即δ函数)的扫描图形。透过液晶空间光调制器的调制激光束，经过透镜和位于透镜后焦面的小孔光阑，滤掉液晶空间光调制器的高级次衍射光，只保留零级衍射光。偏振片和1/4波片组成的圆起偏器，可将受优化带板调制的激光束转变为圆偏振光，直接照射被测物体。大相对孔径非球面透镜将透过被测物体的光束会聚于光电倍增管上，通过1/4波片和检偏器组成的圆检偏器检测出信号光，实现偏振选通。光阑用于空间选通。利用偏振选通和空间选通相结合的复合选通技术，可以有效地去掉多次漫射光所造成的背景噪音，极大地提高重建图像的衬比度和信噪比。光电倍增管将光信号实时转变为电信号，送入计算机内存。扫描结束之后，计算机内存中便存储了扫描全息图矩阵，完成了扫描全息图的记录过程。第二步扫描全息图的再现过程，即对物体的解码过程，得到的再现像称为解码像。这一过程是在计算机中进行的，充分体现了数字全息的优势。假设优化带板透过率函数为FOZP，当其用平面显示器显示出来时(本专利技术用的是空间光调制器)叠加了一直流项，这一直流项会造成强的背景噪音，这是一般的非相干编码孔径成像技术的原理噪音。我们采用构造互补全息图的方法来抑制背景噪音。首先构造一个正编码函数(1+FOZP)和一个负编码函数(1-FOZP)，然后将两个编码函数分别扫描得到的正全息图Hp和负全息图Hn作相减运算(Hp-Hn)，得到互补全息图Hpn。这样就可以消除直流项所带来的全息图上的背景噪音。解码时用双极性的FOZP对互补全息图进行相关解卷积，即可得到无背景噪音的物体的再现像。利用构造数字互补全息图的方法进行解码，得到高清晰度、高衬比度的物体再现像，这是本专利技术的关键技术之一。最后通过旋转扫描叉车，改变扫描方向，得到其它检测方向的图像，综合出被检物体的三维像。有益效果1.采用空间调制的光束照射物体，对物体信息进行编码，然后，对物体的编码像进行数字相关解码，得到物体在不同纵向位置精确的重建像。2.采用计算机和液晶空间光调制器实时生成的编码图形进行无运动扫描的方法，摈弃了机械、声光等扫描装置，不仅减小了仪器的体积、重量，而且将信号采集时间缩短到5分钟以内，达到了临床实用水平。3.采用计算机优化的波带板图形作为编码图形，使得成像系统的点扩散函数更接近理想的二维狄拉克函数，提高了成像质量。4.构造数字互补全息图，采用互补解码函数，消除非相干全息成像的零级衍射像和孪生像，极大地提高了再现像的信噪比和分辨率。5.应用偏振选通和空间选通相结合的复合选通技术，达到将弹道光、蛇行光与漫射光分离的目的，有效地抑制了因漫射光造成的重建图像的背景噪音。6.优选激光波长为780nm，以及适当提高激光功率，可以增大成像深度，提高人体组织的探测厚度。7.仪器结构设计精巧，比如，将光学系统集成在光学头中，将探测系统集成在光电接收头中，采用左右螺杆带动两螺母开合夹持装置，采用扫描叉车改变扫描方向等。附图说明图1是本专利技术三维高清晰度乳腺成像仪结构示意图，图2是本专利技术三维高清晰度乳腺成像仪光学成像原理1中1-激光电源；2-光学头；3-光电接收头；4-被检人体组织；5-扫描叉车；6-左右螺杆带动两螺母开合夹持装置；7、8-分别是计算机控制的360°转台和X-Y电移台；9-计算机；图2中S-大功率半导体激光器；SLM-液晶空间光调制器；L1-透镜；F1-小孔光阑；P-起偏器；Q1、Q2-1/4波片；O-被测物体；L2-非球面透镜；PMT-光电倍增管；A-检偏器；F2-光阑；PC-计算机；A/D-模数变换器；f1-透镜L1焦距；f2-非球面透镜L2焦距；文中OZP-优化带板；FZP-菲涅耳波带板；实施例本专利技术采用的是非相干编码孔径成像技术，强烈的背景噪音是这种技术普遍存在的原理噪音，我们采用以下几种方法消除这种技术固有的噪音。方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维高清晰度乳腺成像仪，主要包括激光器及电源、光学头、光电接收头、旋转式扫描叉车、开合夹持装置、控制台，其特征在于：采用优化带板编码的光学扫描全息术两步成像方案，即利用近红外光学扫描全息术实时采集乳腺组织结构信息，然后，通过数字解码，重建乳腺组织的三维图像。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谢敬辉，孙萍，莫晓丽，
申请(专利权)人：北京理工大学，北京师范大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]