一种乳腺弹性成像探测阵列结构及其检测系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于医疗健康检测领域，具体涉及一种基于压电阻抗法的乳腺弹性成 像探测阵列结构及其检测系统。
【背景技术】
[0002] 乳腺是人体极为重要的器官之一，而与乳腺相关的疾病的发病率却一直处于居高 不下，该类疾病已经对居民的正常生产生活造成显著的影响，需要给予足够的重视。而在这 些乳腺相关的疾病中，乳腺癌是需要重点关注的恶性疾病，需要指出的是，尽管目前生活水 平和医疗条件在好转，但乳腺癌的发病率不断在持续升高且一直具有较高的死亡率。
[0003]目前对于这类恶性疾病采用的手段是早发现早治疗的应对政策，但乳腺癌癌变组 织的早期诊断依旧存在挑战：日常的触诊检查需要有较丰富的临床经验才能发现早起癌变 组织，无相关经验普通人们进行的身体自查几乎不可能发现；另外，乳腺癌变组织由于其特 异性低，对超声反射回波不明显。由此，体检时采用的常规超声检测来说也较难发现乳腺 癌。
[0004] 如何解决乳腺相关疾病尤其是乳腺癌的早发现与早诊断，已经成为了医疗界急需 解决的问题。值得关注的是，有研宄结果表明人体组织病变之后，其组织的弹性性质例如杨 氏模量会发生显著改变。基于这一特性，目前国内外学者提出了 "弹性成像"的概念，即利 用先进成像方法对组织的弹性性质成像，利用这些弹性模量作为诊断指标来判断人体组织 是否发生病变以及诊断病变的程度。目前应用较为广泛的弹性成像技术包括超声弹性成像 UE、核磁共振弹性成像MRI等方法。但乳腺癌癌变组织位于浅表层，超声弹性成像等技术由 于近场效应难以准确发现乳腺癌组织，因此急需提出适用于乳腺癌的弹性成像方法。 【实用新型内容】
[0005] 为了解决以上现有技术中存在的问题，本实用新型提出了一种基于压电阻抗法的 乳腺弹性成像检测系统及其检测方法，适用于对乳腺的健康监测，可进行和乳腺相关疾病 例如乳腺癌的早期诊断与治疗。
[0006] 本实用新型的一个目的在于提出一种基于压电阻抗法的乳腺弹性成像探测阵列 结构。
[0007] 本实用新型的乳腺弹性成像探测阵列结构包括：多个压电单元结构和支撑架；每 一个压电单元结构包括多条支撑条、支撑环、压电片、探针和应变片；其中，多条支撑条的一 端相交于支撑环的中心，另一端分别均匀固定在支撑环上，支撑条的数量为偶数个，形成中 心对称的结构；在每一条支撑条上均设置压电片；在多条支撑条的相交点的上部设置应变 片；在相交点的下部设置探针；多个压电单元结构设置在支撑架的内表面；各个压电单元 结构的探针与待测样品接触。
[0008] 支撑条为长条状，支撑环为圆环状，探针的针尖的形状为锥形。在压电单元结构 中，在中心对称分布的每条支撑条的一个表面设置压电片，构成单晶压电单元结构；或者， 在中心对称的每条支撑条的上表面和下表面分别设置压电片，构成双晶压电单元结构。
[0009] 本实用新型的另一个目的在于提出一种基于压电阻抗法的乳腺弹性成像检测系 统。
[0010] 本实用新型的乳腺弹性成像检测系统包括：探测阵列结构、压电阻抗测试仪、应变 测量仪、数据采集卡和计算机；其中，探测阵列结构包括多个压电单元结构和支撑架；每一 个压电单元结构包括支撑环、多条支撑条、压电片、应变片和探针；其中，支撑条为长条状， 支撑环为圆环状，多条支撑条的一端相交于支撑环的中心，另一端分别均匀固定在支撑环 上，支撑条的数量为偶数个，形成中心对称的结构；在每一条支撑条上均设置压电片；在多 条支撑条的相交点的上部设置应变片；在相交点的下部设置锥形的探针；多个压电单元结 构设置在支撑架的内表面；各个压电单元结构的探针与待测样品接触；压电片通过控制线 连接至压电阻抗测试仪；应变片通过控制线连接至应变测量仪；电阻抗测试仪和应变测量 仪分别连接至数据采集卡；数据采集卡连接至计算机。
[0011] 本实用新型采用多个压电单元结构设置在支撑架的内表面，形成类似于乳房表面 的形状，放置在待测样品，即待检测的乳腺组织上；在检测的过程中，支撑架为多个压电单 元结构提供支撑，并且可以调整支撑架与压电单元结构之间的距离，使得探针与待测样品 接触；各个压电单元结构的探针与待测样品接触；应变片检测探针与待测样品之间的接触 压力；应变测量仪测量得到接触压力，并通过调整压电单元结构与支撑架之间的距离调整 接触压力；压电阻抗测试仪测量各个压电单元结构的压电阻抗参数（压电阻抗参数包括导 纳G、相位0和阻抗Z)的频响曲线，得到其压电阻抗参数的共振频率；建立压电单元结构 的压电阻抗参数的共振频率与接触点的杨氏模量的关系，从而计算得到每一个压电单元结 构检测到的待测样品的局部杨氏模量；将所有的压电单元结构得到的局部杨氏模量按照压 电单元结构所对应的空间位置进行汇总集成，形成杨氏模量分布图，该杨氏模量分布图即 为乳腺的杨氏模量分布，进而对组织健康状态进行诊断。
[0012] 多个压电单元结构设置在支撑架的内表面，通过调整压电单元结构与支撑架之间 的距离使得各个探针的针尖与待测的乳腺组织的表面接触，由此探针针尖所组成的曲面与 乳腺表面一致，该曲面的形状亦与乳房表面的形状类似，这样可以方便的放置在待测的乳 腺组织上进行检测。
[0013] 多个压电单元结构中的每一个压电片分别通过控制线连接至压电阻抗测试仪的 一个通道；多个压电单元结构中的每一个应变片分别通过控制线连接至应变测量仪的一个 通道；本实用新型采用将多条控制线集成在支撑架上，再由支撑架分别连接至压电阻抗测 试仪和应变测量仪，从而实现每一个压电片分别通过控制线连接至压电阻抗测试仪的一个 通道，以及每一个应变片分别通过控制线连接至应变测量仪的一个通道。
[0014] 本实用新型的基于压电阻抗法的乳腺弹性成像检测系统的检测方法，包括以下步 骤：
[0015] 1)将探测阵列结构放置在待测样品上，各个压电单元结构的探针与待测样品接 触；
[0016] 2)应变片检测探针与样品之间的接触压力，应变测量仪测量得到接触压力，并通 过调整压电单元结构与支撑架之间的距离，调整接触压力；
[0017] 3)压电阻抗测试仪测量各个压电单元结构的压电阻抗参数的频响曲线，得到其压 电阻抗参数的共振频率，并且应变测量仪测量得到探针与样品之间的接触压力；
[0018] 4)数据采集卡采集分别采集压电阻抗测试仪测得的共振频率，以及应变测量仪测 量得到接触压力的值，并传递给计算机；
[0019] 5)计算机根据共振频率和接触压力的值，并依据建立的压电等效电路模型和得到 的解析力学关系公式，计算得到与待测样品相接触的每一个压电单元结构测得的局部弹性 信息，将所有的压电单元结构得到的局部弹性信息按照压电单元结构所对应的空间位置进 行汇总集成，形成弹性信息分布图，从而判断样品的健康程度。
[0020] 其中，在步骤5)中，弹性信息包括弹性性质kt和杨氏模量Ex，压电单元结构的共 振频率与弹性性质kt之间满足如下关系式：
【主权项】
1. 一种乳腺弹性成像探测阵列结构，其特征在于，所述探测阵列结构包括：多个压电 单元结构和支撑架；每一个压电单元结构包括多条支撑条、支撑环、压电片、探针和应变片； 其中，多条支撑条的一端相交于支撑环的中心，另一端分别均匀固定在支撑环上，支撑条的 数量为偶数个，形成中心对称的结构；在每一条支撑条上均设置压电片；在多条支撑条的 相交点的上部设置应变片；在相交点的下部设置探针；多个压电单元结构设置在支撑架的 内表面；各个压电单元结构的探针与待测样品接触。
2. 如权利要求1所述的探测阵列结构，其特征在于，所述支撑条为长条状。
3. 如权利要求1所述的探测阵列结构，其特征在于，所述支撑环为圆环状。
4. 如权利要求1所述的探测阵列结构，其特征在于，所述探针的针尖的形状为锥形。
5. 如权利要求1所述的探测阵列结构，其特征在于，在所述压电单元结构中，在中心对 称分布的每条支撑条的一个表面设置压电片，构成单晶压电单元结构；或者，在中心对称的 每条支撑条的上表面和下表面分别设置压电片，构成双晶压电单元结构。
6. -种乳腺弹性成像检测系统，其特征在于，所述检测系统包括：探测阵列结构、压电 阻抗测试仪、应变测量仪、数据采集卡和计算机；其中，探测阵列结构包括多个压电单元结 构和支撑架；每一个压电单元结构包括支撑环、多条支撑条、压电片、应变片和探针；其中， 多条支撑条的一端相交于支撑环的中心，另一端分别均匀固定在支撑环上，支撑条的数量 为偶数个，形成中心对称的结构；在每一条支撑条上均设置压电片；在多条支撑条的相交 点的上部设置应变片；在相交点的下部设置探针；多个压电单元结构设置在支撑架的内表 面；各个压电单元结构的探针与待测样品接触；所述压电片通过控制线连接至压电阻抗测 试仪；所述应变片通过控制线连接至应变测量仪；所述电阻抗测试仪和应变测量仪分别连 接至数据采集卡；所述数据采集卡连接至计算机。
7. 如权利要求6所述的检测系统，其特征在于，多条控制线集成在支撑架上，再由支撑 架分别连接至压电阻抗测试仪和应变测量仪，从而每一个压电片分别通过控制线连接至压 电阻抗测试仪的一个通道，以及每一个应变片分别通过控制线连接至应变测量仪的一个通 道。
8. 如权利要求6所述的检测系统，其特征在于，所述支撑条为长条状。
9. 如权利要求6所述的检测系统，其特征在于，所述支撑环为圆环状。
10. 如权利要求6所述的检测系统，其特征在于，在所述压电单元结构中，在中心对称 分布的每条支撑条的一个表面设置压电片，构成单晶压电单元结构；或者，在中心对称的每 条支撑条的上表面和下表面分别设置压电片，构成双晶压电单元结构。
【专利摘要】本实用新型公开了一种乳腺弹性成像探测阵列结构及其检测系统。本实用新型的探测阵列结构包括：多个压电单元结构和支撑架；每一个压电单元结构包括多条支撑条、支撑环、压电片、探针和应变片；其中，多条支撑条的一端相交于支撑环的中心，另一端分别均匀固定在支撑环上，支撑条的数量为偶数个，形成中心对称的结构；在每一条支撑条上均设置压电片；在多条支撑条的相交点的上部设置应变片；在相交点的下部设置锥形的探针。本实用新型适合于癌变组织位于浅表层的乳腺癌，解决了超声弹性成像难以完成的浅表层组织的探测难题；单可靠，既可协助医务人员进行身体检查，也可以适用家庭中日常的身体自查，有助于乳腺相关疾病的早发现与早治疗。
【IPC分类】A61B5-05
【公开号】CN204428033
【申请号】CN201420846415
【发明人】李法新, 付际, 李晓, 谭池
【申请人】北京大学
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2014年12月26日