一种包括探针发射器装置的组织异常检测设备的制作方法

本发明涉及用于检测活组织中异常现象(例如肿瘤和钙化)的电磁检测系统，并且具体地但不是限制性地，涉及乳腺癌、大肠癌和前列腺癌的早期检测。

背景技术：

文献ep-a-2465428公开了一种采用探针发射器装置(即，发射器配备有在近场条件下与组织耦合的一个或两个天线)的组织异常检测方法。现有技术文献中所述的探针发射器装置由临床医生移动，用于在近场条件下照射患者的组织，从而产生由与上述组织交互作用产生的射频信号。该系统还包括用于接收所述结果信号的接收装置和用于处理所接收的数据的处理模块，以便提供指示所述组织中异常检测的信息。具体地，探针发射器装置具有固定的辐射频率范围，并且其构造为使得所得到的信号是由入射信号和由耦合的组织产生的感应射频信号的组合所产生的散射信号。

根据ep-a-2465428的描述，接收散射信号并电子分析散射信号，以检测与散射电场功率对频率和接收天线位置的图案中的零点或最小值相关的异常。

文献ep-a-2912998公开了一种组织异常检测设备，具有患者定位结构和探针天线装置，其中患者定位结构配置为允许假定患者的检测位置并且探针天线装置构造为辐射入射射频信号。该文献的探针天线装置与电机机械耦合，从而使探针天线装置滑动移动。

申请人已经实验性地了解到，文献ep-a-2912998所描述的装置在检测能力方面并不能提供令人满意的结果。

技术实现要素：

申请人面临的问题是提供一种异常检测设备，其允许有效地检测组织异常，而不需要极端结构和复杂电路的设备。

申请人已经发现，利用如所附权利要求1所述的组织异常检测设备可以增强异常现象的检测能力，避免过度复杂。该设备的具体实施例如从属权利要求2-18所述。

附图说明

参考附图通过作为示例的优选实施例的以下描述，本发明的其他特征和优点将变得显而易见，其中：

-图1示意性地示出了组织异常检测设备的优选实施例；

-图1a示出了可用于所述异常检测设备的接收模块的具体实施例；

-图2示出了可用于所述检测设备的探针天线装置的实施例；

-图3示出了所述探针发射器装置中包括的功能模块组件；

-图4示出了可用于所述探针发射器装置的天线辐射元件和相应的支撑结构的具体实施例。

具体实施方式

图1示出了组织异常检测设备1000的实施例，该组织异常检测设备1000可用于检测人体或动物体组织中的异常现象。异常现象可以是，例如，肿瘤和/或钙化。具体地，早期肿瘤(例如恶性乳腺癌、前列腺癌和结肠直肠癌)可以由检测设备1000检测到。

检测设备1000包括：患者定位结构1、探针发射器装置2、接收装置4和处理模块5(proc)，其中患者定位结构1配置为允许假定患者的检测位置。优选地，检测设备1000包括一个或多个反射壁3。

此外，根据具体实施例，检测设备1000包括控制器模块14(contr)和显示器16(disp)，其中控制器模块14通过有线或无线链路15连接至探针发射器装置2并连接至处理单元5。

患者定位结构1可以是设计为支撑患者或她/他的一个身体部位的支撑架。图1中的示例涉及患者定位结构1，其可以用于诊断前列腺癌、宫颈癌或直肠癌。

根据同样适用于诊断前列腺癌的示例，患者定位结构1包括平板型支架6。

检测设备1000还设置有安装架8，其中安装架8配置为支撑探针发射器装置2。具体地，安装架8设有滑动装置，该滑动装置配置为允许探针发射器装置2滑动运动，例如，按照包括探针轴线的平面上的方向md进行滑动运动。该滑动运动允许在操作配置中，使探针发射器装置2与患者身体接触，或使探针发射器装置2远离患者身体移动。优选地，滑动装置包括基座9和滑块10，其中基座9固定至平板型支架6，探针发射器装置2安装在滑块10上(例如，相对于平板型支架6处于倾斜配置)。患者可以躺在平板型支架6上，从而与探针发射器装置2的外部部分近距离接触。

根据另一个实施例，探针发射器装置2由关节杆(未示出)支撑，其中关节杆安装在框架上，框架可以放置在推车或三脚架上。该实施例特别适用于诊断与前列腺癌不同的异常现象。

探针发射器装置2被构造为辐射窄频带入射射频信号srad，以便在近场条件下照射患者组织。

为了本发明的目的，窄频带信号示出了带宽bw，该带宽足够小以用于假设，如果1/bw低于被照射的患者生物组织的弛豫时间，那么与身体相互作用的结果的响应可以被认为在带宽bw内是恒定的(典型值bw＞1khz)。

探针发射器装置2生成电磁场(即，入射信号)，该电磁场在近场与接触点周围的组织局部耦合。作为示例，关于前列腺肿瘤，观察到在会阴周围，该区域是电磁非常不均匀的并且也不能仅通过简单的宏观相对介电常数值来描述。然而，为了论证，对于混合脂肪和骨骼，假设在434mhz的相对介电常数在7到12之间，体内波长约为19-25cm。前列腺大小为3-4cm，当患者坐在平板型支架6上，并且腿部打开以有利于前列腺和探针发射器装置2之间的最小距离时，它被嵌入距放置探针发射器装置2的会阴位置3-4cm内。

更具体地，“近场”耦合意味着辐射天线(例如，探针发射器装置2)与目标之间的距离短于患者体内辐射所假设的波长。具体地，该距离低于波长的1/5，优选地，低于体内假设的波长的1/10或者甚至更少。作为示例，在前列腺检查中，辐射天线(例如，探针发射器装置2)和目标之间的距离包括在患者体内评估的波长的3/35-4/19的范围内。近场操作使得与恶性组织的耦合能够远高于用于微波成像的常规远场系统通常可实现的耦合。

肿瘤区域的深部组织中的癌细胞由射频激发，射频继而产生肿瘤组织的大介电常数值的二次电磁场(即诱导信号)。入射电磁场和感应电磁场产生散射电磁场(散射信号)。具体地，由于肿瘤就波长而言距探针发射器装置2的距离很近，所以散射场是入射场和由具有肿瘤的异形组织(如果存在)产生的场的复杂组合。

探针发射器装置2越接近嵌入异形组织中的肿瘤，并且与肿瘤的耦合越强，这继而产生具有多个散射零点的更复杂的后向散射图案。

现在参考图2描述探针发射器设备2的具体实施例。探针发射器装置2设置有天线辐射元件12，其中天线辐射元件12构造成辐射射频信号srad，该信号是线性极化的电磁场。具体地，天线辐射元件12照射非电离射频辐射。

此外，探针发射器装置2包括致动器13，致动器13机械地耦合至天线辐射元件12，使天线辐射元件旋转，从而旋转射频信号srad的线性极化。线性极化的方向用图1中的字母e表示。

更详细地，探针发射器装置2包括容纳天线辐射元件12和致动器13的外壳11。外壳11是电磁透明的，以避免与来自天线辐射元件12的波的任何显著的相互作用，或者它是具有与天线辐射元件12相当的介电常数的电介质，或者具有与正常组织相当的介电常数的电介质。

具体地，天线辐射元件12是定向天线。优选地，天线辐射元件12示出了包括主瓣的辐射图，该主瓣的角宽度在110°到150°之间或者更优选地等于120°。

根据示例，天线辐射元件12包括双环天线。作为双环天线的替代，可以采用贴片天线。

具体地，由双环天线12辐射的射频信号srad的线性极化e垂直于探针发射器装置2的纵向轴线并且位于包括天线的两个环的平面中。

致动器13包括电机，并且优选地可以是伺服机构，该伺服机构设有电动机、位置反馈电位器、减速齿轮以及致动器臂(未示出)。具体地，伺服机构13是数字伺服机构，其可以由数字信号控制。优选地，致动器13被容纳在铜层涂覆的容器中，以便为天线辐射元件12提供接地效果和防止电磁干扰的屏蔽效应。

根据具体实施例，致动器13配置为在预先建立角度的两个旋转方向上(顺时针或逆时针方向)旋转天线辐射元件12。优选地，最大旋转角度在60°到180°之间，具体地，在90°到180°之间。根据更优选的方案，天线从0°旋转到180°。

天线辐射元件12的旋转和与射频信号srad有关的极化e的旋转允许触发获得异常检测的干扰和散射现象。

致动器13配置为以等于或低于0.6转/每分钟的角速度执行天线辐射元件12的旋转。具体地，角速度在0.25到0.6转/每分钟之间。更具体地，角速度等于或低于0.25转/每分钟。

可以看出，对应于上述角速度值的慢速角度偏移可以通过致动器13以必要的精度和稳定性获得，与操作者手动移动天线辐射元件12可以实现的相反。还可以看出，患者定位结构有利地由介电材料制成，该介电材料相对于探针发射器装置2的外壳11具有最小(理想为零)的介电对比度。作为示例，可以在不使用具有可能引起由天线辐射元件12发出的辐射的反射或散射干扰的尺寸的金属元件的情况下制造患者定位结构1。具体地，可能使用的金属元素的尺寸低于λ/8，其中λ是探针发射器装置2发出的辐射的波长。

如图2所示，探针发射器装置2还设置有探针控制器17(cnt)和发射器模块18。

探针控制器17配置为监控并控制探针发射器装置2中所包括的一些模块/部件，并并从/向外部控制器模块14接收/发送数据和命令信号。探针控制器17可以是微控制器。作为示例，控制器模块14是个人电脑pc。

发射器模块18配置为产生具有固定频率的射频信号srad。作为示例，发射器模块18产生辐射，该辐射具有频率的范围在1mhz-1000mhz之间，并且具体地在1mhz-900mhz之间，甚至更具体地在300mhz-700mhz之间。

图3以功能模块的形式示出了根据具体实施例的探针发射器装置2中所包括的部件的示意图。图3中所示的探针发射器装置2包括电子板7，该电子板7连接至天线12并承载致动器13(mt)、探针控制器17(cnt)以及发射器模块18(tx)。

此外，根据示例，电子板7还包括供电模块19和通信模块20(comm)。

供电模块19包括一个或多个电池21(batt)，优选地，可充电电池。作为示例，可以使用四个100mah的镍氢电池。供电模块19还包括由电池21供电的供电和接通电路22(v-circ)。电池21与用于充电电缆的充电插头cp连接。

优选地，供电控制电路23(v-cont)连接至供电和接通电路22并且配置为控制电池21的电压电平和探针发射器装置2的断开或接通。

根据具体实施例，探针发射器装置2还设置有第一接口模块24，该第一接口模块24连接至供电和接通电路22，具有开/关按钮25和led指示器26，该led指示器26配置为显示探针发射器装置2的状态。

优选地，探针发射器装置2还设置有第二接口模块27，其类似于第一接口模块24。第一接口模块24和第二接口27放置在探针发射器装置2上的不同位置处，以允许操作者根据探针发射器装置2的具体方向选择最方便的接口来使用。

连接至探针控制器17的通信模块20根据优选地无线技术(例如蓝牙规范)确保与控制器模块14(图1)的通信。

作为示例，发射器模块18配置为以433.9mhz的频率操作并产生具有100mw或更少功率的电信号。可以看出，使用上述较低的功率值允许使检测设备1000无创，因为这可以避免显著的热效应。有利地，发射器模块18还设置有反馈电路(例如，锁相回路)以便生成具有稳定频率的电信号。

优选地，发射器模块18的输出连接至振幅变化模块28(a-var)，该振幅变化模块28允许改变由发射器模块18生成的电信号的振幅电平。根据示例，振幅变化模块28是衰减器。根据具体实施例，振幅变化模块28可以是调幅器，该调幅器配置为调制由发射器模块18产生的电信号的振幅并根据正弦调制信号表示载波信号，该正弦调制信号具有例如1-100hz的频率。

振幅变化模块28(a-var)的输出通过电端子29连接至天线辐射元件12，该电端子29允许在旋转天线辐射元件12期间保持电接触。具体地，电端子29是设置有带内弹簧的线轴(linchpin)的电刷触头。

通过仅在图3中示出的支撑结构30来支撑天线辐射元件12。

具体地，探针控制器17通过通信模块20与控制器模块14交换数据和命令信号，并且控制发射器模块18、振幅变化模块28和致动器13。

图4示出了一总成的具体实施例，该总成包括天线辐射元件12、致动器13(具体地，伺服机构)、电端子29以及支撑结构30。

具体地，图4中示出的天线辐射元件12是双环天线。支撑结构30包括可旋转基座31(具体地，圆盘)，其中天线辐射元件12固定至可旋转基座31。可旋转基座31机械地连接至伺服机构13。

可旋转基座31由导电材料制成并且设置有滑动路径32，可以通过电端子29的末端接触该滑动路径32。具体地，可旋转基座31是印刷电路板，该印刷电路板由多氯联苯制成并且涂有铜层和额外的镀金层，该镀金层与电端子29接触。

作为示例，电端子29处于连接至发射器模块18(或振幅变化模块28)的输出的杆的形式，并且电端子29配置为带有相应的末端的电刷，该电刷在相应的内弹簧的压力下抵靠滑动路径32。具体地，使用三个电端子29：两个端子29作为电接地，并且另一个端子29承载电信号。使用三个端子29允许施加在可旋转基座31上的压力均匀分布。

根据所公开的示例，耦合结构30还包括固定基座33(具体地，圆盘)，其中伺服机构13固定在该固定基座33上。该固定基座33设置有用于电端子29通过的孔，并且该固定基座33可以是多氯联苯制成并涂有铜的电路印刷版。

可以看出，有利地，可旋转基座31配置成为双环天线12提供接地效果，这允许增加其方向性。此外，可以在可旋转基座31上增加额外的部件以进一步增加双环天线12的方向性。

根据图4中所示的实施例，匹配元件34(例如金属线)已经被固定至可旋转基座31以实现发射器模块18和双环天线12之间的阻抗匹配。

如图1中的示例所示，接收装置4位于平板型支架6的下方，优选地位于地板上。检测设备1000还可以设置有至少一个反射壁3，其定位成反射由探针发射器装置2产生的至少一部分入射射频信号srad，优选地该信号不照射到患者组织，从而提供用于干涉测量的反射电磁信号sr。发射壁3以这样的方式定位以避免它屏蔽或妨碍从探针发射器装置2到接收装置4的视线传播。

根据优选的示例，特别适用于图1中的实施例，可以使用四个反射壁3：每一个反射壁3正交于地板并形成围绕接收装置4的反射结构。作为示例，反射壁3由两侧涂有聚乙烯的板制成，并且该板具有提供反射和屏蔽效果的铝。具体地，反射壁3从地板延伸至平板型支架6。优选地，关于射频信号srad的频率，反射器壁3示出了反射率r，该反射率的振幅的范围在0.6到1之间，更优选地接近1。

图1a中示出了接收装置4的具体实施例。相应地，图1a中的接收装置设置有阵列38，该阵列38包括，作为示例，至少两个接收天线r1和r2。作为示例，两个天线r1和r2是印刷电路板上的耦极子。作为另一个实施例，阵列38包括一个或两个子阵列，每一个子阵列具有八个天线。根据另一实施例，阵列38由六个天线形成。

阵列38允许提供与所产生的电磁信号sin和反射壁3所反射的电磁信号sr相对应的电信号，其中该sin信号由所照射的患者组织反向散射并从所产生的反向散射电磁信号sbs获得。

阵列38中所包括的天线可以水平设置，即平行于地板。

接收装置4还包括接收器模块39(rx)，该接收器模块39配置为处理阵列38提供的电信号(例如，执行过滤和放大步骤)并产生接收的电信号vrec以将该vrec信号供应至处理模块5。具体地，接收器模块39配置为产生多个接收的电信号vrec，每一个vrec对应于在阵列38的不同天线(r1或r2)处接收的信号。

在具体的情况下，振幅变化模块28(图3)构造为作为调幅器来操作，接收装置4包括振幅解调器(未示出)，该振幅解调器配置为从阵列38提供的电信号中获取电信号vrec，该电信号vrec对应于在阵列38处接收的载波信号。可以看出，由探针发射器装置2执行的幅度调制所给出的进一步贡献在于，触发允许获取异常检测的干扰和散射现象。

处理模块5可以构造为通过应用处理算法来处理多个接收的电信号vrec。具体地，处理算法配置为，针对所使用的阵列38的每一个天线，分析接收的电信号vrec的功率对应于相应时间的趋势，以便确定零或最小值或低于阈值的值的存在。接收的电信号vrec的功率取决于在阵列38的相应天线处接收的电磁场的功率。检测到功率的零或最小或低于阈值的值表示存在不同质性，例如肿瘤组织。

具体地，处理单元5允许运行算法以定位图案中的散射零点或最小值并向用户提供指示(例如，在显示器16上显示)，该用户被告知探针发射器装置2与患者的身体的区域接触，其中存在不同质性，例如肿瘤组织。

控制器模块14还配置为通过链路15来控制接收模块4的操作。

操作示例

在操作中，关于前列腺癌、宫颈癌或直肠癌，患者坐在平板型支架6上(处于妇科位置)，其中由于滑块10的运动，探针发射器装置2与患者身体(低臀和会阴)近距离接触。关于诊断其他类型的异常现象，上述关节臂可用于适当地与患者身体接触。

由探针发射器装置2辐射的射频信号srad照射患者的组织，在近场下与组织耦合。

在产生射频信号srad期间，通过致动器13使天线辐射元件12在外壳11内旋转，其中致动器13从探针控制器17接收命令。作为示例，天线辐射元件的旋转是连续地或通过对应于小角度，即小于1°的步长进行的。在旋转天线辐射元件12期间，外壳11保持固定。天线辐射元件12的旋转使与射频信号srad相关的线性极化e也相应的旋转。

该旋转(即角度偏移)以固定的角速度在旋转方向上进行，直到达到预先建立的最大角度(即90°或180°)，因此该旋转在相反的方向上进行。在旋转期间，刷型端子29确保了天线辐射元件12被馈送由发射器模块18产生的电信号。

此外，应注意，临床医生通过控制器模块14激活天线辐射元件12的旋转，控制器模块14通过优选的无线链路15连接到探针控制器17并自动执行。作为示例，在120秒内执行180°旋转。

产生的反向散射电磁信号sbs从患者组织中出现并干扰反射的电磁信号sr：因此产生到达接收装置4的阵列38的所得电磁信号sin。通过接收器模块39来处理由阵列38提供的电信号，其中接收器模块39产生相应的电信号vrec。

处理模块5分析电信号vrec并(例如，在模数转换后)获得从其中检测相应的零和最小值的数据(如果有的话)，然后将这样的结果显示在显示器16上。处理模块5分析在包括所进行的旋转的操作间隔期间所获得的电信号vrec。

作为示例，执行与天线辐射元件12的旋转一起进行的照射步骤，直到检测到异常或达到预定时间。

应注意到，申请人已证实，天线辐射元件12的上述可控旋转和射频信号srad的线性极化e允许以特定效率产生可以检测到最小值或零点的现象。

控制器模块14可以报告由天线辐射12所假定的位置和从阵列38所获取的测量值，从而保证在多个诊断周期(诊断周期相隔几个星期)重复诊断测试以诊断出组织的任何变化或疾病的演变。

具体地，处理模块5可以配置为将从控制单元14获得的天线辐射元件12所假定的旋转角度的位置与相应的零值或最小值进行映射。此外，处理模块5可以指示阵列38的哪个天线已经检测到零或最小值。

另一个实施例

根据具体实施例，如图2和3所示，电子板7还设置有位置传感器35。根据该实施例，探针发射器装置2包括滑动罩36，滑动罩36放置在设有天线辐射元件的探针发射器装置2的一端上。滑动罩36承载磁体37，当磁体37接近传感器本身时，它可以由位置传感器35检测到。可以使用外壳11的相同材料来制造滑动罩36。

操作时，如果滑动罩36适当地抵靠在患者身体上，则由位置传感器35来检测磁体，其中位置传感器35产生检测信号，该检测信号允许探针控制器17识别正确有效的配置从而能够照射射频信号srad。

相反，如果探针发射器装置2和滑动罩6没有被充分推到患者身体上，那么磁体37就不在位置传感器35附近：在这种情况下，位置传感器35产生另一检测信号，该检测信号允许探针控制器17识别非正确有效的配置，从而禁用/防止照射射频信号srad。

***

可以看出，设有所述探针发射器装置2的检测设备1000减少了已知设备的复杂和笨重，并允许获取高检测性能。实际上，申请人注意到射频信号的线性极化的所述旋转是一种产生用于检测异常的现象的有效方式。

此外，申请人指出，上述设备被实现为避免临床医生握住探针发射器装置，因此消除了临床医生和探针之间的耦合，因为耦合本身可能会产生错误的零值或最小值，带来错误的诊断。

此外，上述检测设备1000保证了探针发射器装置2、患者和阵列38之间固定的相互位置。

上述检测设备1000提供了检测步骤的自动实现，并避免在照射期间探针发射器装置2的复杂运动。

天线辐射元件12和整个检测设备100可以实现为尺寸减小，从而允许高机动性并因此覆盖身体的每个区域中的异常检测。

***

附图中使用的附图标记列表：

检测设备1000

患者定位结构1

探针发射器装置2

反射壁3

接收装置4

处理模块5(proc)

平板型支架6

电子板7

安装架8

基座9

滑块10

外壳11

天线辐射元件12

致动器13

控制器模块14(contr)

有线或无线链路15

显示器16(disp)

探针控制器17(cnt)

发射器模块18

供电模块19

通信模块20(comm)

电池21(batt)

供电和接通电路22(v-circ)

供电控制电路23(v-cont)

第一接口模块24

开/关按钮25

led指示器26

第二接口模块27

振幅变化模块28

电端子29

耦合结构30

可旋转基座31

固定基座33

匹配元件34

位置传感器35

滑动罩36

磁体37

阵列38

接收器模块39

充电插头cp

线性极化e

射频信号srad

所产生的电磁信号sin

所产生的反向散射的电磁信号sbs

反射的电磁信号sr

电信号vrec