光声乳腺成像系统的制作方法

本实用新型涉及乳腺成像技术领域，具体涉及一种光声乳腺成像系统。

背景技术：

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。采用最多的是红外成像技术，但是红外成像技术分辨率较低，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。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种光声乳腺成像系统，解决目前的乳腺疾病检查，临床误诊率和漏诊率均较高的问题。

为解决上述的技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种光声乳腺成像系统，包括检测水槽以及与检测水槽相连的水循环系统和光声采集系统，上述检测水槽内设置平透镜，上述光声采集系统包括激光器、光纤和环形阵列探测器，上述环形阵列探测器位于检测水槽上方，并通过数据采集卡与工控主机信号连接；上述光纤位于平透镜的下方，并且上述激光器通过光纤将激光器发出的脉冲激光能量导引到平透镜下方并垂直向上照射。

作为优选，上述水循环系统包括设置于上述检测水槽的下方的水箱，上述水箱通过第一水泵与检测水槽相连，上述检测水槽的外边缘设置有回流槽，上述回流槽通过回流管与水箱相连，上述回流槽内设置有流量传感器，上述流量传感器与工控主机信号连接；上述水箱内设置有液位传感器，并且其进水管上设置有与液位传感器信号连接的第一电磁阀。

作为优选，上述检测水槽的底部设置有与水箱连接的水槽排水管，上述水槽排水管上设置有第二电磁阀，上述水箱通过第二水泵连接水箱排水管，上述水箱排水管上设置有第三电磁阀和流量开关，上述第一水泵、第二水泵、第二电磁阀、第三电磁阀和流量开关均与工控主机信号连接。

作为优选，上述检测水槽的下方设置有控制检测水槽中的平透镜进行升降的电机升降系统，所述电机升降系统信号连接有电机控制器，上述平透镜下方还设置有摄像单元，上述摄像单元用于观察人体乳腺与平透镜之间的位置关系，并根据观察结果通过电机升降系统控制检测水槽中的平透镜升降。

作为优选，所述检测水槽的下方还设置有控制光纤旋转的电机旋转系统，所述电机旋转系统与电机控制器信号连接并位于电机升降系统之上，所述电机旋转系统用于调节光纤所照射的人体乳腺位置。

作为优选，上述激光器包括激光器主机、激光头以及与工控主机信号连接激光控制器，上述激光头内设置有耦合器，激光头发出的脉冲激光经过耦合器耦合到光纤中。

作为优选，上述光纤通过接口固定在激光头上，并且光纤上的光纤出口设置有两个以上，两个以上的光纤出口均匀排布。

作为优选，上述环形阵列探测器上还依次连接有适配器，上述适配器与放大器的输入端口连接，上述放大器的输出端口与数据采集卡连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型的光声乳腺成像系统可对乳腺肿瘤进行早期诊断，它利用短脉冲激光照射人体乳腺组织，激发出宽频带的超声信号，该超声信号包含了乳腺组织内丰富的结构和功能信息。利用环形超声传感器阵列将超声信号采集下来，经有限元算法计算出组织内血红蛋白浓度和氧饱和度的二维分布，医生可通过该参数来对病灶的良恶性进行区分。

本实用新型采用光纤作为光学传输媒质避开了光学传输和光学扫描的干涉，保证了高效的光能量传输以及大范围的光学扫描；光纤采用单进多出，首先在物理结构上将激光能量分散开来，后通过散射片再次匀化处理，使照射到人体乳腺的光能量分布更加均匀；光纤末端与散射片作为一个整体组件，由电机旋转系统驱动进行环形扫描，对乳腺的覆盖面更大，扫描速度更快。

附图说明

图1为本实用新型的正视结构示意图。

图2为本实用新型的俯视结构示意图。

图3为本实用新型的右视结构示意图。

图4为本实用新型的立体结构示意图。

图5为本实用新型的光纤出口结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

参见图1～4，针对实用新型一个实施例，一种光声乳腺成像系统，包括检测水槽1以及与检测水槽1相连的水循环系统和光声采集系统，通过水循环系统能够将检测水槽注满水，上述检测水槽1内设置平透镜，检测水槽1为金属槽体，检测水槽1的底部设置有折叠式可压缩高分子材料，则平透镜放置在折叠式可压缩高分子材料上，这种软性连接用于检测水槽1与平透镜之间能够进行相对位移，并且能够在人体乳腺放置在平透镜上后能够产生相对位移而形成挤压状态，上述光声采集系统包括激光器2、光纤3和环形阵列探测器5，上述环形阵列探测器5位于检测水槽1上方，并通过数据采集卡7与工控主机8信号连接；上述光纤3位于平透镜的下方，并且上述激光器2通过光纤3将激光器2发出的脉冲激光能量导引到平透镜下方并垂直向上照射。

本实施例中，当需要对人体乳腺进行光声扫描时，通过水循环系统将检测水槽1注满水，然后通过光声采集系统中的激光器发出脉冲激光，激光器发出的脉冲激光能量通过光纤导引到平透镜下方，并垂直向上照射人体乳腺，人体乳腺吸收光能量后产生超声信号，超声信号经过检测水槽中的水作为媒介传输到环形阵列探测器中并由其转换为电信号，此电信号通过数据采集卡进行采集并保存到工控主机中完成数据的采集成像；成像后通过有限元算法计算出组织内血红蛋白浓度和氧饱和度的二维分布，医生可通过该参数来对病灶的良恶性进行区分。

本实施例通过更加精确地光声成像和有效的分析算法，能够进一步提高疾病检测的准确率，大大减少漏诊率和误诊率。

进一步地，针对本实用新型的另一个实施例，上述水循环系统包括设置于上述检测水槽1的下方的水箱9，上述水箱9通过第一水泵14与检测水槽1相连，上述检测水槽1的外边缘设置有回流槽，上述回流槽通过回流管10与水箱9相连，上述回流槽内设置有流量传感器，上述流量传感器与工控主机8信号连接；上述水箱9内设置有液位传感器29，并且其进水管上设置有与液位传感器29信号连接的第一电磁阀11。

本实施例中，为了通过水循环系统将检测水槽注满水，并且使检测水槽在整个使用过程中均处于满水状态，因此需通过水循环系统将检测水槽与水箱形成内循环；启动内循环时，首先需要启动第一电磁阀11使水从进水管向水箱9中进水，水箱内设置有液位传感器来控制水面高度，当液位达到传感器位置，液位传感器将信号发送给第一电磁阀11，第一电磁阀11关闭而停止进水，为了防止液位传感器失灵，在液位传感器的上方设置有安全开关30，通过安全开关30也可以关闭第一电磁阀；与此同时启动第一水泵14向检测水槽1中进行蓄水，当检测水槽1蓄满水后，检测水槽中的水会溢出到其外边缘的回流槽中，再通过回流管流回到水箱中，因此检测水槽中的水始终处于满水状态形成了内循环，当检测水槽1与水箱9之间形成内循环之后，回流管内的流量传感器会将信号传递给工控主机，然后会有系统提示灯点亮，提示操作者系统内循环已经形成。

进一步地，针对实用新型的另一个实施例，上述检测水槽1的底部设置有与水箱9连接的水槽排水管，上述水槽排水管上设置有第二电磁阀12，上述水箱9通过第二水泵15连接水箱排水管，上述水箱排水管上设置有第三电磁阀13和流量开关，流量开关用于检测水流是否结束，上述第一水泵14、第二水泵15、第二电磁阀12、第三电磁阀13和流量开关均与工控主机8信号连接。

本实施例中，为了在设备对疾病检测完成之后排空检测水槽1中的水，因此在检测水槽1的底部设置有与水箱连接的水槽排水管，当系统完成书记采集之后，工控主机发送信号给第一水泵14，使第一水泵14停止工作停止内循环，同时启动第二电磁阀12使检测水槽中的水全部向水箱9中进行回流，同时启动第二水泵15和第三电磁阀13向外排水，待水排完后，系统通过水箱排水管内设置的流量开关来检测水已全部排完，工控主机停止第二水泵15、第三电磁阀13。

由于在排水的过程中，水箱9内的液位传感器仍然在正常工作，为了避免第一电磁阀11接收到液位传感器的信号而又开始进水，因此在第二水泵15和第三电磁阀13之间设置有第一接口，第一电磁阀11和水箱9之间设置有第二接口，第一接口和第二接口之间设置有水管连接，在该水管上设置有第四电磁阀，第一电磁阀11与液位传感器、安全开关、第四电磁阀和第一水泵14均信号连接，当第一水泵14处于关闭的状态下时，第一电磁阀在任何情况下均不启动；假如第一电磁阀11启动而水循环系统处于排水状态时，可通过启动第四电磁阀使进水直接从第四电磁阀处排出。

进一步地，针对本实用新型的另一个实施例，上述检测水槽1的下方设置有控制检测水槽1中的平透镜进行升降的电机升降系统17，上述电机升降系统17信号连接有电机控制器18，上述平透镜下方还设置有摄像单元6，上述摄像单元6用于观察人体乳腺与平透镜之间的位置关系，并根据观察结果通过电机升降系统17控制检测水槽1中的平透镜进行升降。

本实施例中，当人躺到光声乳腺成像系统中后，人体乳腺放置在检测水槽中，通过摄像单元能够观察到人体乳腺与平透镜之间的位置关系，为了方便检测以及提高检测时的成像效率和准确率，因此需要将人体乳腺和平透镜调节到最佳的挤压状态，因此当摄像单元观察到人体乳腺与平透镜之间的挤压状态不佳时，通过人体摆位或通过电机升降系统来控制检测水槽中平透镜进行升降。

进一步地，针对本实用新型的另一个实施例，上述检测水槽1的下方还设置有电机旋转系统16，上述电机旋转系统16与电机控制器18信号连接并位于电机升降系统17之上，上述电机旋转系统16控制光纤3和散射片4旋转用于调节光纤3所照射的人体乳腺位置。

实际上，检测水槽1下方还设置有控制检测水槽1升降的第二电机升降系统，实现检测水槽1的升降，以实现环形阵列探测器5对于人体乳腺多个断层的扫描。

进一步地，针对本实用新型的另一个实施例，上述激光器2包括激光器主机21、激光头22以及与工控主机8信号连接激光控制器，上述激光头22内设置有耦合器，激光头22发出的脉冲激光经过耦合器耦合到光纤3中。

进一步地，针对本实用新型的另一个实施例，上述光纤3通过接口固定在激光头22上，并且光纤3上的光纤出口31设置有两个以上，激光能量单进多出，两个以上的光纤出口31均匀排布。

上述光纤3与平透镜之间还设置有散射片4。光纤3和散射片成为一个整体可随电机旋转系统16而旋转，从而调节从光纤3的光纤出口31射出的激光能量所照射的人体乳腺的位置。

本实施例中，相对于单进单出的激光能量更加集中的方式，将光纤设置为单进多出，可以根据需要从物理结构上对光纤出光口进行排布，使得激光能量相对比较分散，通过散射片再次匀化处理，一方面使照射到人体乳腺的光能量分布更加均匀，提高成像质量，另一方面还有助于提高散射片的使用寿命，如图5所示，采用了一进五出的设计，使激光能量呈方形排布。

进一步地，针对本实用新型的另一个实施例，上述环形阵列探测器5上还依次连接有适配器40，上述适配器40与放大器20的输入端口连接，上述放大器20的输出端口与数据采集卡7连接。

本实施例中，由于环形阵列探测器5采集的信号较为微弱，因此环形阵列探测器探测到的电信号经过适配器后转接后与放大器20的输入端口连接，放大器20对微弱的电信号放大后再传送到数据采集卡中对数据进行采集，最终采集到的数据保持到工控主机8中。

对于系统开关的通断，数字控制端口19与工控主机8信号连接，数字控制端口19与继电器32连接，开关电源通过继电器32与设备中所有直流部件连接，工控主机8通过数字控制器19的接收和发出的电平信号来控制继电器32工作，进而来控制开关电源与其它直流部件的通断关系。直流部件包括：所有电磁阀、所有水泵，放大器，所有风扇，工控主机。

本实用新型的工作原理：

1、首先启动整机的总开关，再启动激光器电源键，整机处于通电待工作状态；设备正常需预热30分钟左右时间；

2、启动显示器上面的控制软件，对系统进行初始化设置，初始化对象包括：激光器，电机控制器，数据采集卡等；

3、启动第一电磁阀整机开始进水到水箱，水箱里面有液位传感器来控制水面高度，当液位达到传感器位置，系统会自动关闭第一电磁阀停止进水；与此同时自动启动水泵向检测水槽中进行蓄水，当检测水槽中需满水之后，水会溢出到回流槽中，再通过回流管回到水箱中，因此检测水槽中的水始终处于满水状态；

4、当检测水槽与水箱之间形成内循环之后，回流管端口的传感器会将信号传递到工控主机，然后显示器上会有提示灯点亮，提示操作者系统内循环已经形成；

5、内循环形成后，病人可以俯卧到设备上进行摆位准备检查，操作者可通过摄像单元观察人体乳腺与散射片上方的平透镜的微挤压状态，进而来指导病人做摆位，如果挤压状态不理想，可通过电机升降系统来调整乳腺挤压状态，达到最佳效果；

6、摆位完成后，启动设备采集系统，激光器发射出的脉冲激光经过耦合器耦合到光纤中，耦合器装在激光头里面，图上未示出；光纤中的脉冲激光能量通过光纤导引到人体乳腺下方并垂直向上照射，经散射片、平透镜后照射到人体乳腺中；照射到人体乳腺中的光能量被吸收后产生超声信号，超声信号经过水作为煤质传输到环形阵列探测器并由其探测转化成电信号，该阵列探测器共有96个阵元，每个阵元上的电信号经过适配器后转接后与放大器输入端口连接，放大器对微弱的电信号放大后再传送到采集卡中对数据进行采集，采集到的数据保存于工控机中；上面表述是对单个5cm直径成像区域进行数据采集；

7、对单个位置上的人体乳腺区域进行信号采集后，系统通过电机旋转系统进行旋转定位扫描，来实现对人体乳腺多个位置进行激光照射和数据采集；

8、由于要定量成像，所以系统采用了两种激光波长来激发超声信号，即：第一个波长完成对乳腺旋转扫描采集数据之后，系统将对激光器切换波长，切换波长后按照上面的第6步骤和第7步骤再采集一组数据；两种激光波长下的不同位置上的信号全部采集完，系统通过delay and sum算法对乳腺组织内部进行实时成像，并将两种激光波长下的不同位置上的图像展示在显示器上面，用于操作医生对病人病灶进行排查；

9、在完成所有数据的采集之后，系统会停止水泵的工作停止内循环，同时启动电磁阀使水槽中的水全部向水箱中回流，同时启动水泵和电磁阀将水箱中的水向外排水，待水排完后，系统通过排水管的传感器识别使第二水泵，第二电磁阀和第三电磁阀停止工作，恢复正常。这样完整的一次人体数据采集就完成了；

10、在步骤8中，delay and sum算出的图像展示在显示器上主要用于才做医生对病人乳腺内部情况的一个预览，如果发现某些位置上有疑似病灶，那么操作医生可以在软件上选择这些图像并点击确定，系统会自动将有疑似病灶的数据发送到另外一台独立的PC上面，该PC上面安装了我们产品专用的独立软件系统，该独立软件系统会对传送过来的数据进行深度处理，得到该病灶的血红蛋白浓度和氧饱和度；该独立软件处理具备人机交互功能以及图像后处理功能外，其计算血红蛋白浓度和氧饱和度的算法就是采用有限元方法来计算；

11、为了满足EMC和安规的要求，在激光器主机的一侧设置有浪涌抑制器26、滤波器25和变压器模块28；在变压器模块28上还设置有电源接口27，用于接入交流电源；为了减少噪音，在机器的侧壁上设置有隔音棉24；为了减震，在激光头的侧壁由减震材料23构成。

在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”、“优选实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本实用新型的范围内。

尽管这里参照本实用新型的多个解释性实施例对本实用新型进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变形和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。