專利名稱：超聲誘導發(fā)光無損傷成像方法及其裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種醫(yī)學影像診斷技術，特別涉及一種利用對生物體無害的弱超聲誘導生物體或組織產(chǎn)生自體內源性發(fā)光，并利用此內源性發(fā)光進行無損傷結構成像的超聲誘導發(fā)光無損傷成像方法及其裝置。
目前在醫(yī)學影像診斷中普遍使用的成像技術中，X射線透射成像、X射線斷層掃描(CT)、核磁共振成像等均對人體組織有較大程度的損傷，而且X射線斷層掃描儀、核磁共振成像儀的造價比較昂貴；B型超聲成像對人體基本沒有損傷，而且B型超聲成像儀的造價亦較低，但由于是組織界面反射成像，所以無法實現(xiàn)層析，且分辨率較低(對簡單結構的體內組織，最好的分辨率為幾個毫米)，對比度較差。光學成像技術(包括時間分辨光學成像、頻域光學成像、光學相干層析術等)具有對人體無損傷、分辨率高等特點，但是，由于這些方法都是利用外部光源，而生物組織對外源光有強烈散射和吸收，目前的技術水平只能達到對深度為毫米量級的淺層生物組織成像，很難實現(xiàn)對深層組織的精確測量，同時，這些方法成像都是利用組織的光學特性來實現(xiàn)的，其成像對比度僅僅單一地來源于組織的光學特性差異。
本發(fā)明的目的在于提供一種超聲誘導發(fā)光無損傷成像方法，利用對生物體無害的弱超聲誘導生物體或組織產(chǎn)生自體內源性發(fā)光，并利用此內源性發(fā)光無損傷地對生物體或組織結構實現(xiàn)精確成像。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種超聲誘導發(fā)光無損傷成像裝置。
本發(fā)明的超聲誘導發(fā)光無損傷成像方法包括如下步驟——頻率為20KHz-10MHz的超聲直接作用于生物體或組織，并誘導生物體或組織產(chǎn)生自體內源性發(fā)光；——光接收組件將此自體內源性發(fā)光轉換為電信號；——電信號通過模數(shù)轉換為數(shù)字信號；——處理數(shù)字信號并進行影像重建，獲得生物體或組織的結構圖像。
超聲可以由通用的正弦信號源經(jīng)功率放大后驅動超聲換能器產(chǎn)生，可以為連續(xù)聲場，也可以為脈沖聲場；可以為均勻分布的聲場，也可以為聚焦聲場。光接收組件是用于探測光的裝置，例如CCD照像系統(tǒng)、光共聚焦掃描系統(tǒng)。模數(shù)轉換可以用通用的模數(shù)轉換器實現(xiàn)，例如National Instruments公司生產(chǎn)的系列圖像采集卡，或Princeton Instruments公司生產(chǎn)的CCD控制器。圖像重建可以用通用的圖像處理軟件結合計算機實現(xiàn)，例如用National Instruments公司開發(fā)的LabVIEW軟件或Princeton Instruments公司開發(fā)的WINVIEW軟件實現(xiàn)。
本發(fā)明所用的超聲頻率為20KHz-10MHz時，可以得到清晰的生物體或組織圖像；當超聲頻率為20KHz～1MHz時，獲取的圖像最清晰，信噪比可達3.47。
本發(fā)明的超聲誘導發(fā)光無損傷成像裝置由超聲發(fā)生組件、光接收組件、模數(shù)轉換器、計算機組成，超聲發(fā)生組件與計算機電氣連接，光接收組件、模數(shù)轉換器與計算機依次電氣連接。
超聲發(fā)生組件可以采用現(xiàn)有的超聲發(fā)生組件，由函數(shù)發(fā)生器、功率放大器和超聲換能器電氣連接組成。發(fā)明人為本發(fā)明專門設計了一種更有利于直接作用于生物體或組織并形成大面積柱形聲場的超聲換能器，以便獲得更清晰的圖像，它是一塊直徑為50mm，厚3mm的壓電陶瓷片，兩個圓面鍍有銀導電膜，均由導線引出，形成兩個電極，它能被經(jīng)功率放大器放大后的正弦信號驅動而產(chǎn)生超聲。超聲換能器的一個圓面用熱沉膠固定于循環(huán)水盒上，工作時可開啟循環(huán)水使換能器致冷。
光接收組件是用于探測光的裝置，例如CCD照像系統(tǒng)、光共聚焦掃描系統(tǒng)。
模數(shù)轉換器可采用通用的模數(shù)轉換器，或帶有模數(shù)轉換功能的其他裝置，例如National Instruments公司生產(chǎn)的系列圖像采集卡，或Princeton Instruments公司生產(chǎn)的CCD控制器。
計算機內裝有通用的圖像處理軟件，例如用National Instruments公司開發(fā)的LabVIEW軟件或Princeton Instruments公司開發(fā)的WINVIEW軟件，用于生物體或組織圖像重建及處理。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有下列優(yōu)點(1)本超聲誘導發(fā)光無損傷成像方法結合了超聲對機體具有較強的穿透能力及光學成像具有高分辨、無損傷的優(yōu)點，不會對生物體產(chǎn)生放射性損傷，所以與傳統(tǒng)的醫(yī)學影像診斷方法相比具有無損傷、分辨率高的優(yōu)點；(2)由于本超聲誘導發(fā)光無損傷成像方法的對比度來源于組織與聲場相互作用特性、組織與光場相互作用特性和組織的聲誘導光產(chǎn)生的特性，所以與傳統(tǒng)成像方法的單一對比度來源相比較，本成像方法的對比度有很大程度的提高；(3)本超聲誘導無損傷成像裝置的各組件的造價較低，所以整體裝置的造價亦相對較低，又由于本裝置的結構較為簡單，所以生產(chǎn)裝配較為容易，使用操作亦比較方便。
下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步描述。


圖1是本發(fā)明超聲誘導發(fā)光無損傷成像裝置的結構方框圖；圖2為一離體新鮮豬肝臟組織(20×20×2mm)在微弱光照下的外形圖；圖3為圖2的豬肝臟組織被弱超聲誘導的發(fā)光圖像；圖4是一裸鼠在微弱光照下的外形圖；圖5是圖4的裸鼠被弱超聲誘導的發(fā)光圖像。
實施例1圖1示出了本發(fā)明超聲誘導發(fā)光無損傷成像裝置的結構，由圖1可見，本裝置由超聲發(fā)生組件1、光接收組件2、模數(shù)轉換器3、計算機4組成，其中超聲發(fā)生組件1由函數(shù)發(fā)生器1-1、功率放大器1-2、超聲換能器1-3依次序電氣連接構成；光接收組件2由照像鏡頭2-1與探測器2-2連接構成；超聲發(fā)生組件1與計算機4電氣連接，光接收組件2、模數(shù)轉換器3與計算機4依次電氣連接；5為被測生物體(或組織)、6為暗室。選用各構件連接組成本裝置，其中函數(shù)發(fā)生器1-1選用Tektronix公司制造的AFG320型任意函數(shù)發(fā)生器；功率放大器1-2選用ENI公司制造的2100L型寬帶功率放大器；超聲換能器1-3為一塊直徑為50mm，厚3mm的壓電陶瓷片，兩個圓面鍍有銀導電膜，均由導線引出，形成兩個電極，它能被經(jīng)功率放大器放大后的正弦信號驅動而產(chǎn)生超聲。超聲換能器的一個圓面用熱沉膠固定于循環(huán)水盒上，工作時可開啟循環(huán)水以致冷換能器；照像鏡頭2-1選用適用于弱光拍攝的Nikon公司制造的大數(shù)字孔徑鏡頭(50mm，f/1.2型)；探測器2-2選用美國Princeton Instruments公司制造的背向照明的致冷TE/CCD-512TKB型CCD；模數(shù)轉換器3選用美國Princeton Instruments公司制造的ST-130型控制器；計算機4選用IBM586微機。
將上述裝置應用于對離體生物組織的成像，取離體新鮮豬肝臟組織，切成20×20×2mm大小一塊，放置在暗室6內超聲換能器1-3面上，在微弱光照下記錄如圖2所示的外形圖；關上暗室，通過計算機調節(jié)函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生頻率為1.2MHz的正弦信號，經(jīng)功率放大為100W后驅動超聲換能器1-3，產(chǎn)生弱超聲，該弱超聲到達肝臟組織的功率密度約為0.38W/cm2(遠低于美國FDA的超聲對人體安全標準23bar，相當于19.32W/cm2)，在弱超聲的誘導作用下，肝臟組織產(chǎn)生自體內源性發(fā)光，探測器2-2通過照像鏡頭2-1記錄發(fā)光信號15min并將發(fā)光信號轉化為電信號，模數(shù)轉換器3對電信號進行模數(shù)轉換為數(shù)字信號后將其輸入計算機，在計算機中利用Princeton Instruments公司開發(fā)的WINVIEW軟件進行圖像重建及數(shù)據(jù)處理即可得到如圖3所示的發(fā)光圖像。由圖可見，本發(fā)明方法可以對生物組織成像，圖像較清晰，信噪比為2.51。
實施例2將實施例1中所述裝置應用于對生物活體的成像，取實驗用裸鼠一只，麻醉后放入暗室6內的超聲換能器1-3上，在微弱光照下記錄如圖4所示的外形圖，關上暗室；通過計算機4調節(jié)函數(shù)發(fā)生器1-1產(chǎn)生頻率40KHz的正弦信號，經(jīng)功率放大器1-2放大為50W后驅動超聲換能器1-3，產(chǎn)生弱超聲，該弱超聲到達鼠體的功率密度約為0.18W/cm2(遠低于美國FDA的超聲對人體安全標準23bar，相當于19.32W/cm2)，在弱超聲的誘導作用下，裸鼠體產(chǎn)生自體內源性發(fā)光，探測器2-2通過照像鏡頭2-1記錄發(fā)光信號15min并將發(fā)光信號轉化為電信號，模數(shù)轉換器3對電信號進行模數(shù)轉換為數(shù)字信號后將其輸入計算機4，在計算機4中利用Princeton Instruments公司開發(fā)的WINVIEW軟件進行圖像重建及數(shù)據(jù)處理即可得到如圖5所示的發(fā)光圖像，可見圖像清晰，信噪比達3.47。說明本發(fā)明方法較好地對生物體成像，也說明當所述的超聲頻率為20KHz～1MHz時，獲取的圖像最清晰。
權利要求
1.一種超聲誘導發(fā)光無損傷成像方法，其特征在于包括如下步驟——頻率為20KHz-10MHz的超聲直接作用于生物體或組織，并誘導生物體體組織產(chǎn)生自體內源性發(fā)光；——光接收組件將此自體內源性發(fā)光轉換為電信號；——電信號通過模數(shù)轉換為數(shù)字信號；——處理數(shù)字信號并進行影像重建，獲得生物體或組織的結構圖像。
2.按照權利要求1所述的超聲誘導發(fā)光無損傷成像方法，其特征在于所述的超聲頻率為20KHz-1MHz。
3.一種超聲誘導發(fā)光無損傷成像裝置，其特征在于由超聲發(fā)生組件、光接收組件、模數(shù)轉換器、計算機組成，超聲發(fā)生組件與計算機電氣連接，光接收組件、模數(shù)轉換器與計算機依次電氣連接；超聲發(fā)生組件由函數(shù)發(fā)生器、功率放大器和超聲換能器電氣連接組成。
4.按照權利要求3所述的超聲誘導發(fā)光無損傷成像裝置，其特征在于構成超聲發(fā)生組件的超聲換能器是一塊直徑為50mm，厚3mm的壓電陶瓷片，兩個圓面鍍有銀導電膜，均由導線引出，形成兩個電極，其中一個圓面用熱沉膠固定于循環(huán)水盒上。
全文摘要
一種超聲誘導發(fā)光無損傷成像方法包括:弱超聲直接作用于生物體或組織,誘導生物體或組織產(chǎn)生自體內源性發(fā)光;光接收組件將此發(fā)光轉換為電信號;電信號通過模數(shù)轉換為數(shù)字信號;處理數(shù)字信號獲得生物體或組織的結構圖像。超聲誘導發(fā)光無損傷成像裝置由超聲發(fā)生組件、光接收組件、模數(shù)轉換器、計算機構成;本發(fā)明結合了弱超聲對機體具有較強穿透能力及光學成像具有高分辨、無損傷的優(yōu)點,用于生物醫(yī)學影像診斷得到高分辨率、清晰的圖像。
文檔編號G01N29/00GK1274845SQ00117209
公開日2000年11月29日 申請日期2000年6月27日 優(yōu)先權日2000年6月27日
發(fā)明者邢達, 何永紅 申請人:華南師范大學