專利名稱：用于生物組織醫(yī)學(xué)診斷的激發(fā)與三維傳感一體化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及生物醫(yī)學(xué)測(cè)量和醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于生物組織 醫(yī)學(xué)診斷的激發(fā)與三維傳感一體化裝置。
背景技術(shù)：
乳腺癌全球發(fā)病率較高的惡性腫瘤，現(xiàn)在我們國(guó)家有些城市的乳腺癌已經(jīng)占到女 性腫瘤發(fā)病的第一位，如上海和武漢，而北京、天津、哈爾濱等城市也已經(jīng)占到第二位，因此 乳腺癌對(duì)人類生命健康的威脅不容小覷。顱腦部位的損傷是一類常見(jiàn)的外傷，在我國(guó)每年 因交通事故死亡人數(shù)均超過(guò)10萬(wàn)人，每1分鐘都會(huì)有一人因?yàn)榻煌ㄊ鹿识鴤麣?，其中顱腦 損傷占一半以上。因此，快速、準(zhǔn)確地反映乳腺或顱腦的生理、病理狀況，尤其是早期腫瘤 和微小的損傷，對(duì)疾病的診斷、治療至關(guān)重要。除了光學(xué)、聲學(xué)、核磁共振成像技術(shù)外，新的 成像技術(shù)也不斷被應(yīng)用到乳腺或顱腦的醫(yī)學(xué)檢測(cè)中；而且傳統(tǒng)二維成像正在向三維成像發(fā) 展。熱聲成像技術(shù)是以脈沖微波作為成像激發(fā)源，基于生物組織內(nèi)部微波熱吸收差異 導(dǎo)致激發(fā)出不同強(qiáng)度的熱致超聲回波的特性，以超聲作為信息載體的非電離化的新興醫(yī)學(xué) 成像方法。它有效的結(jié)合了純微波成像的高對(duì)比度和純聲學(xué)成像的高穿透深度的優(yōu)點(diǎn)，可 實(shí)現(xiàn)厘米量級(jí)探測(cè)深度和微米量級(jí)成像精度的組織影像，具有完全非侵入性、無(wú)損性、非電 離化輻射等突出特性，被認(rèn)為將發(fā)展為新一代的醫(yī)學(xué)成像技術(shù)，成為非常有效的腫瘤和其 它組織病變的早期診斷方法。由于微波的吸收率直接與某些生物組織結(jié)構(gòu)功能特性如離子 電導(dǎo)率和水分含量相關(guān)，所以通過(guò)重建出組織對(duì)電磁波吸收或熱聲壓力的分布，即能夠反 映出生物體生理與病理狀態(tài)變化的信息。2000年Kruger等分別報(bào)道了將64個(gè)單元探頭在極坐標(biāo)系中以固定極角螺旋形 的依次間隔稀疏排列在一個(gè)半球面上接收熱聲信號(hào)的三維熱聲成像方法(R.A.Kruger， K. K. Kopecky, Α. Μ. Aisen, D. R. Reinecke, G. Α. Kruger, and W. L. Kiser, "Breast Cancer in Vivo Contrast Enhancement with Thermoacoustic CT at 434MHz_Feasibility Study, " Radiology, 216 (1), 279-283, 2000.)；該方式雖然不需要機(jī)械掃描即可實(shí)現(xiàn)三維 熱聲成像，但由于多個(gè)單元探頭間距太大且精確定位困難，其加工難度和空間分辨率受到 了極大的限制。2001年Xu等報(bào)道了采用單元聚焦探頭依次做圓周和線性扇形掃描來(lái)實(shí)現(xiàn) 二維熱聲層析成像(M. H. Xu, G. Ku, and L. H. Wang, "Microwave-induced thermoacoustic tomography using multi-sector scanning, "Med. Phys. , 28 (9), 1958-1963, 2001.)；由于 需要同時(shí)做兩個(gè)方位的機(jī)械掃描，其系統(tǒng)穩(wěn)定性和時(shí)間分辨率被極大的降低。尤其需要指 出的是，以上熱聲成像方法的信號(hào)采集普遍采用單元換能器，通過(guò)不同方位以獲得不同方 向的熱聲信號(hào)，再經(jīng)復(fù)雜算法重建出組織的微波吸收分布，具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜穩(wěn)定性差、計(jì) 算量大、耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)，且難于實(shí)現(xiàn)三維的多模式聯(lián)合成像，在實(shí)際應(yīng)用中顯然存在相 當(dāng)大的局限性，無(wú)法滿足實(shí)際臨床的需求。

發(fā)明內(nèi)容為解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問(wèn)題，本實(shí)用新型的目的是提供一種用于生物組織醫(yī)學(xué) 診斷的激發(fā)與三維傳感一體化裝置，特別適用于早期乳腺癌檢測(cè)和顱腦損傷診斷等領(lǐng)域的 熱聲、超聲單個(gè)或聯(lián)合三維成像。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案是—種用于乳腺病變或顱腦損傷診斷的激發(fā)與三維傳感一體化裝置，由聲學(xué)單元和 熱聲激發(fā)單元構(gòu)成。所述聲學(xué)單元包括圓形齒輪、一個(gè)或一個(gè)以上弧形超聲陣列、內(nèi)裝有超 聲耦合液的碗狀弧形外殼和透過(guò)微波的保護(hù)膜。所述碗狀弧形外殼的頂部定位同心安裝所 述圓形齒輪，碗狀弧形外殼的側(cè)壁從頂部到底部鑲嵌弧度與碗狀弧形外殼相匹配的所述弧 形超聲陣列，碗狀弧形外殼的底部與所述保護(hù)膜密封結(jié)合。熱聲激發(fā)單元由喇叭天線和波 導(dǎo)管組成。所述喇叭天線位于保護(hù)膜下方，喇叭天線的底部與所述波導(dǎo)管連接。碗狀弧形 外殼的下沿與喇叭天線的上沿轉(zhuǎn)動(dòng)連接。作為本實(shí)用新型的一種實(shí)施例，所述碗狀弧形外殼從頂部到底部鑲嵌一個(gè)所述弧 形超聲陣列。該激發(fā)與三維傳感一體化裝置在檢測(cè)時(shí)，需要至少圍繞被測(cè)生物組織旋轉(zhuǎn)180 度，才可獲得完備數(shù)據(jù)的三維熱聲圖像，耗時(shí)比較長(zhǎng)。作為本實(shí)用新型的另一種實(shí)施例，所述碗狀弧形外殼從頂部到底部鑲嵌三個(gè)或三 個(gè)以上所述弧形超聲陣列。該激發(fā)與三維傳感一體化裝置在檢測(cè)時(shí)，圍繞被測(cè)生物組織旋 轉(zhuǎn)較小的角度，即可獲得完備數(shù)據(jù)的三維熱聲圖像；但由于采用了多個(gè)弧形超聲陣列，成本 較高。本實(shí)用新型優(yōu)選的實(shí)施例是，所述碗狀弧形外殼從頂部到底部鑲嵌兩個(gè)所述弧形 超聲陣列。本實(shí)用新型更優(yōu)選的是兩個(gè)所述弧形超聲陣列夾角為90度地鑲嵌在碗狀弧形 外殼上。該優(yōu)選的激發(fā)與三維傳感一體化裝置在檢測(cè)時(shí)，圍繞被測(cè)生物組織旋轉(zhuǎn)90度，即 可獲得完備數(shù)據(jù)的三維熱聲圖像；檢測(cè)耗時(shí)短，成本合理。當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在實(shí)際檢測(cè)不需要完備數(shù)據(jù)的情況下，上述激發(fā) 與三維傳感一體化裝置只需圍繞被測(cè)生物組織旋轉(zhuǎn)更小的角度。本實(shí)用新型所述每個(gè)弧形超聲陣列可以含有512、256或128個(gè)陣元，陣元之間的 刻縫寬為0. 03mm。本實(shí)用新型所述的弧形超聲陣列可以只接收熱聲信號(hào)；也可以通過(guò)多路開(kāi)關(guān)與脈 沖電壓發(fā)生器相連，分時(shí)地激勵(lì)產(chǎn)生超聲信號(hào)、接收超聲回波信號(hào)和接收熱聲信號(hào)。本實(shí)用新型與外部設(shè)備相連后，比如圓形齒輪與驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接，波導(dǎo)管與微波發(fā) 生器連接，弧形超聲陣列與測(cè)控系統(tǒng)連接等，即可實(shí)現(xiàn)被測(cè)生物組織的三維熱聲成像；如果 所述測(cè)控系統(tǒng)包括脈沖電壓發(fā)生器，則可實(shí)現(xiàn)被測(cè)生物組織的熱聲、超聲聯(lián)合三維成像。本實(shí)用新型工作過(guò)程是被測(cè)生物組織由頂部開(kāi)口進(jìn)入碗狀弧形外殼內(nèi)并浸沒(méi)于 超聲耦合液中，沿波導(dǎo)管傳播的脈沖微波通過(guò)保護(hù)膜后輻射到被測(cè)生物組織的各個(gè)部分， 被測(cè)生物組織受激發(fā)產(chǎn)生熱聲信號(hào)；弧形超聲陣列通過(guò)圓形齒輪由外部動(dòng)力帶動(dòng)圍繞著被 測(cè)生物組織轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)接收中各個(gè)方向的熱聲信號(hào)，實(shí)現(xiàn)三維熱聲信號(hào)的激發(fā)與傳感。當(dāng)弧 形超聲陣列還與脈沖電壓發(fā)生器連接時(shí)，所述弧形超聲陣列圍繞被測(cè)生物組織轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，分 時(shí)地激勵(lì)產(chǎn)生超聲信號(hào)、接收超聲回波信號(hào)和接收熱聲信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)三維熱聲和超聲信 號(hào)的激發(fā)與傳感。
4[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下的優(yōu)點(diǎn)(1)與現(xiàn)有技術(shù)公開(kāi)的只能獲得二維熱聲圖像的裝置相比，本實(shí)用新型可以獲得 被測(cè)生物組織的三維熱聲、超聲信號(hào)，而且將三維成像信號(hào)的激發(fā)與傳感一體化，實(shí)現(xiàn)了結(jié) 構(gòu)的小型化和實(shí)用化，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且便攜。(2)與背景技術(shù)中記載的采用單元探頭的三維成像熱聲傳感器相比，本實(shí)用新型 用弧形超聲陣列替代傳統(tǒng)的單元探頭，有效的提高了系統(tǒng)傳感的時(shí)間和空間分辨率。(3)本實(shí)用新型的傳感裝置為可做圓周掃描的凹弧形結(jié)構(gòu)，除乳腺和顱腦外，還可 廣泛應(yīng)用于其它不規(guī)則凸出結(jié)構(gòu)組織或小動(dòng)物的發(fā)育與病變檢測(cè)等三維醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域。

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1的仰視圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例作具體說(shuō)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解本實(shí) 用新型所述裝置的尺寸并不限于下述實(shí)施例，可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，但都在本實(shí)用 新型保護(hù)的范圍內(nèi)。實(shí)施例1如圖1和2所示，用于乳腺三維醫(yī)學(xué)診斷的激發(fā)與三維傳感一體化裝置，由聲學(xué)單 元和熱聲激發(fā)單元構(gòu)成，包括如下元件1.圓形齒輪、2.弧形超聲陣列、3.碗狀弧形外殼、5.保護(hù)膜、6.喇叭天線、7.波導(dǎo) 管。其中圓形齒輪1、弧形超聲陣列2、碗狀弧形外殼3和保護(hù)膜5構(gòu)成聲學(xué)單元，喇叭天線 6和波導(dǎo)管7組成熱聲激發(fā)單元。碗狀弧形外殼3頂部和底部都為圓形開(kāi)口，其頂部直徑為30cm，定位同心安裝圓 形齒輪1。圓形齒輪1的加工的齒數(shù)為48。在碗狀弧形外殼3的側(cè)壁上、從頂部到底部鑲 嵌兩個(gè)夾角為90度的弧形超聲陣列2，每個(gè)弧形超聲陣列的中心頻率為2. 5MHz，相對(duì)帶寬 為75%，面積為IOOmmX IOmmXO. 8mm，含有128個(gè)陣元，陣元之間的刻縫寬為0. 03mm。碗狀 弧形外殼3底部直徑為5cm，與保護(hù)膜5密封結(jié)合。保護(hù)膜5可以保護(hù)熱聲激發(fā)單元且同時(shí) 可透過(guò)微波。碗狀弧線外殼3內(nèi)盛有超聲耦合液4。在保護(hù)膜5的下方裝有喇叭天線6，喇 叭天線6底部連接有波導(dǎo)管7。碗狀弧形外殼3的下沿與喇叭天線6的上沿轉(zhuǎn)動(dòng)連接。被測(cè)乳腺8，進(jìn)入碗狀弧形外殼3內(nèi)，浸沒(méi)在超聲耦合液4中。沿波導(dǎo)管7傳播的 經(jīng)耦合的1. 2GHz脈沖微波通過(guò)喇叭天線6，透過(guò)保護(hù)膜5輻射到被測(cè)乳腺8上激發(fā)光聲信 號(hào)。聲學(xué)單元通過(guò)外部動(dòng)力帶動(dòng)做圓周轉(zhuǎn)動(dòng)，接收各個(gè)方位的熱聲信號(hào)；弧形超聲陣列2還 與外部的脈沖電壓發(fā)生器連接，其分時(shí)地激勵(lì)產(chǎn)生超聲信號(hào)和接收超聲回波信號(hào)；所述熱 聲信號(hào)、超聲回波信號(hào)傳導(dǎo)給外部信號(hào)數(shù)據(jù)處理設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)被測(cè)乳腺的熱聲、超聲單個(gè) 或聯(lián)合三維成像。實(shí)施例2 —種用于乳腺三維醫(yī)學(xué)診斷的激發(fā)與三維傳感一體化裝置，與實(shí)施例1 結(jié)構(gòu)相似，不同之處在于一個(gè)弧形超聲陣列2鑲嵌在碗狀弧形外殼3的側(cè)壁上，所述弧形 超聲陣列2的中心頻率為2. 5MHz，相對(duì)帶寬為75%，面積為IOOmmX IOmmX0. 8_，含有512
5個(gè)陣元，陣元之間的刻縫寬為0. 03mm。本實(shí)施例所述的用于乳腺三維醫(yī)學(xué)診斷的激發(fā)與三維傳感一體化裝置，外部沒(méi)有 脈沖電壓發(fā)生器連接，僅接收熱聲信號(hào)，實(shí)現(xiàn)被測(cè)乳腺的熱聲三維成像。實(shí)施例3 —種用于顱腦三維醫(yī)學(xué)診斷的激發(fā)與三維傳感一體化裝置，與實(shí)施例1 結(jié)構(gòu)相似，不同之處在于碗狀弧形外殼3的頂部直徑為65cm，圓形齒輪1的加工的齒數(shù)為 120。兩個(gè)弧形超聲陣列2夾角為90度地固定在碗狀弧形外殼3的側(cè)壁上，每個(gè)弧形超聲 陣列2含有256個(gè)陣元，陣元之間的刻縫寬為0. 03mm，其中心頻率為3. 5MHz，相對(duì)帶寬為 75%，面積為 80mmX IOmmXO. 8mm 實(shí)施例4 一種用于顱腦三維醫(yī)學(xué)診斷的激發(fā)與三維傳感一體化裝置，與實(shí)施例1 結(jié)構(gòu)相似，不同之處在于碗狀弧形外殼3的頂部直徑為65cm，圓形齒輪1的加工的齒數(shù)為 120。三個(gè)弧形超聲陣列2圓周對(duì)稱地固定在碗狀弧形外殼3的側(cè)壁上。
權(quán)利要求一種用于生物組織醫(yī)學(xué)診斷的激發(fā)與三維傳感一體化裝置，其特征在于所述激發(fā)與三維傳感一體化裝置由聲學(xué)單元和熱聲激發(fā)單元構(gòu)成；所述聲學(xué)單元包括圓形齒輪(1)、一個(gè)或一個(gè)以上弧形超聲陣列(2)、內(nèi)裝有超聲耦合液(4)的碗狀弧形外殼(3)和透過(guò)微波的保護(hù)膜(5)；所述碗狀弧形外殼(3)的頂部定位同心安裝所述圓形齒輪(1)，碗狀弧形外殼(3)的側(cè)壁從頂部到底部鑲嵌弧度與碗狀弧形外殼(3)相匹配的所述弧形超聲陣列(2)，碗狀弧形外殼(3)的底部與所述保護(hù)膜(5)密封結(jié)合；熱聲激發(fā)單元由喇叭天線(6)和波導(dǎo)管(7)組成；所述喇叭天線(6)位于保護(hù)膜(5)下方，喇叭天線(6)的底部與所述波導(dǎo)管(7)連接；碗狀弧形外殼(3)的下沿與喇叭天線(6)的上沿轉(zhuǎn)動(dòng)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激發(fā)與三維傳感一體化裝置，其特征在于所述碗狀弧形外 殼(3)的側(cè)壁從頂部到底部鑲嵌一個(gè)所述弧形超聲陣列(2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激發(fā)與三維傳感一體化裝置，其特征在于所述碗狀弧形外 殼(3)的側(cè)壁從頂部到底部鑲嵌兩個(gè)所述弧形超聲陣列(2)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的激發(fā)與三維傳感一體化裝置，其特征在于所述兩個(gè)弧形超 聲陣列(2)的夾角為90度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激發(fā)與三維傳感一體化裝置，其特征在于所述碗狀弧形外 殼(3)的側(cè)壁從頂部到底部鑲嵌三個(gè)或三個(gè)以上所述弧形超聲陣列(2)。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種用于生物組織醫(yī)學(xué)診斷的激發(fā)與三維傳感一體化裝置，由聲學(xué)單元和熱聲激發(fā)單元構(gòu)成。聲學(xué)單元包括圓形齒輪、一個(gè)或一個(gè)以上弧形超聲陣列、內(nèi)裝有超聲耦合液的碗狀弧形外殼和保護(hù)膜。所述碗狀弧形外殼的頂部定位同心安裝所述圓形齒輪，碗狀弧形外殼的側(cè)壁從頂部到底部鑲嵌弧度與碗狀弧形外殼相匹配的所述弧形超聲陣列，碗狀弧形外殼的底部與所述保護(hù)膜密封結(jié)合。熱聲激發(fā)單元由喇叭天線和波導(dǎo)管組成。所述喇叭天線位于保護(hù)膜下方，其底部與所述波導(dǎo)管連接。碗狀弧形外殼的下沿與喇叭天線的上沿轉(zhuǎn)動(dòng)連接。本實(shí)用新型將三維熱聲成像的激發(fā)與傳感一體化，與必要的外部設(shè)備連接后，即可實(shí)現(xiàn)三維熱聲、超聲單個(gè)或聯(lián)合成像。
文檔編號(hào)A61B8/00GK201624673SQ201020146889
公開(kāi)日2010年11月10日 申請(qǐng)日期2010年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月1日
發(fā)明者劉國(guó)棟, 徐景坤, 曾呂明, 楊迪武 申請(qǐng)人:江西科技師范學(xué)院