专利名称：电阻抗断层成像乳腺肿瘤检测仪及其构成方法
技术领域：
本发明涉及一种在被测乳房部分注入安全的交变激励恒定电流，并在边界测量被测目标表面的电压信号，由被测得的电信号利用图像重构算法产生乳房断面的阻抗图像。这种图像是被检测部位的剖面，因此称为电阻抗断层图像，简称EIT，用来检测乳腺瘤，构成电阻抗断层成像乳腺肿瘤检测仪。
众所周知目前对乳腺恶性肿瘤的检测，一般是检测乳腺软组织的损伤情况，如囊肿和肿瘤，但目前还没有检测软组织损伤的好办法，通常一般用钼靶X光摄像来鉴别，这种图像是结构性成像，它不能反映其功能性变化，或利用计算机断层扫描成像(即CT)、但成本昂贵、且对人体组织有害，而EIT是建立在当乳腺生成囊肿和肿瘤时，其生成部分的解电常数ε将会发生变化。肿瘤周围高密度血管化的组织与肿瘤血管组织形成明显对照，且呈低电阻抗特性，我们可以对电极输入恒定电流，然后测量电压电极上的电压来计算乳腺断面的阻抗分布图，如若生成肿瘤，就会在阻抗分布图上呈现肿瘤图象，这是一种具有广泛应用前景的新型成像技术。随着乳腺癌发病率上升，直接危害妇女健康，据美国国家癌症研究所报道，美国妇女一生中有1/8的人会患乳腺癌，第11～12分钟就有一人死于此病，而上海地区此病发病率也在逐渐上升，占癌症第三位，严重危害妇女生命。因此研究早期发现乳腺癌的检测手段具有非常重要的社会意义。
本发明的目的公开一种电阻抗断层成像乳腺肿瘤检测仪及其构成方法，利用先进的EIT技术，设计一种低成本，且普及的乳腺肿瘤检测仪，用于发现早期乳腺肿瘤，以造福于广大妇女。
为了达到上述目的，本发明实施方案是这样考虑的假设人体被检测的某一部面区域为A，A的边界条件为∂A]]>，根据MAXWII理论，该区域的阻抗为ρ，电位为Φ，它们的分布应满足LapLace方程ρ-1·Φ=0边界条件Φ=Φρ-1·∂Φ∂n=J0]]>其中Φ0是边界上的电位J0是边界的电流密度∂Φ/∂n]]>为沿∂A]]>外法向导数因此，EIT的求解总是就转化为已知边界条件，求解阻抗分布和内部电位分布的非线性化问题，但人体内阻抗P，电位分布Φ的Laplace方程不能用解析法来直接求解P，它只能用“解正面问题最优化”的方法，借助于选代计算来实现。在EIT中是采用有限元来解正面问题。从而把解Laplace方程转为求解线性方程组，本发明采用小区域非均匀分割和神经网络方法来提高EIT的分辨率，重建图像，质量尚佳。
根据上述原理形成本发明的技术方案它由来集阻抗数据的电流电极，测量电压的测量电极，恒定电流源，频率合成器，两组激励模拟复选开关，差分电压放大器，主放大器，A/D转换，微机及成像显示系统组成。其工作原理是将多个电流电极等间隔安置在乳房周围，通过激励模拟复选开关，选择二个电极作为激励电极，此时，由频率合成器产生电压信号，注入电压--电流转换器产生相应频率的恒定电流，通过复选开关注入已选通的电流电极，此时，另一组多路模拟复选开关，去测量各个电极间的电位差，并输送到具有高输入阻抗的差分放大器，进行前置放大，后经电压放大后，输送到A/D转换器，该数据输入到数字信号处理器DSP电路处理后，输入微机，在EIT中采用有限元来解正面问题，从而把解Laplace方程转为求解线性方程组，本发明采用小区域非均匀分割和神经网络方法来提高EIT的分辨率，重建图像，效果甚佳。
下面结合附图对本发明作进一步说明。
附
图1是本发明方框原理图。
附图2是本发明电极组结构、分布示意图。
附图3是本发明频率合成器方框原理图。
附图4是本发明宽带恒流源电原理图。
参考附图1和附图2，本发明由16只(或32只)用有机复合材料制造的电极1，等间隔地布置在乳房周围，通过一组16选2(或32选2)的激励模拟复选开关(3、4)，选择2个电极作为激励电极，此时由频率合成器产生的电压信号注入电压--电流变换器，产生相应频率的恒定电流，通过复选开关4，注入已选通的电流电极1；此时，另一组16选2(或32选2)的复选开关3，去测量各电极间的电位差，并输入到高阻抗的差分放大器7作前置放大，然后经电压放大器8，放大后输送到A/D变换器9，将模拟电位差信号转换成数字信号，该数字信号输入到数字信号处理器(DSP)10，经处理后输送到微机11或打印机12打印。
实施例电极组1采用有机复合材料制造，电极为15mm正方体，中孔孔径Φ4mm，电极直径为Φ2mm的铜材做成，安置在中孔中心，在电极与中孔间有2mm厚橡皮圈，16只(或32只)相同电极均匀安装在Φ200mm的支架上。恒流源带宽为10KHZ～50MHZ的宽带恒流源，恒定电流为1mA，参考附图4。它由三只集成运算放大器组成，其中一只运放接成恒流源电路，另外二只运放接成电压跟随器，起隔离作用，宽带恒流源受频率合成器输出电压控制(Ui)，只要Ui不变，输出电流I0也是恒定的，与负载大小无关。频率合成器6为恒流源提供10KHZ～50MHZ每隔2KHZ的稳定注入电压，该电路的不同频率的产生，由计算机在N=250～5内设置可变分频比实现，参考附图1和3，频率合成器由压控振荡器6-1、可变分频器6-2、鉴相器6-3、低通滤波器6-4、晶振器6-5和分频器6-6组成。晶振采用20MHZ，经10000次分频得到2KHZ信号送到数字鉴相器与压控振荡器的信号经可变分频电路分频后信号进行鉴相，然后通过低通滤波器去控制压控振荡器，该电路的不同频率的产生，由计算机在N=250-5内设置可变分频比实现，所选用电子元器件均为高集成器件，应用本发明检测仪，在临床测试520例中，诊断符合率为93.3％，其中恶性肿瘤为87.8％，良性肿瘤为95.1％，增生性疾病为93.7％，具有诊断率高，成本低，无伤害，成像清晰等特点，适宜于中小医院的推广使用。
权利要求
1.一种利用成像法乳腺肿瘤检测仪的构成方法，其特征在于1)在被测乳房部位注入安全的交变激励恒定电流，并在边界测量被测目标表面重构算法产生乳房断层的阻抗图象，这种图象是被测部位的剖面，所以称为电阻抗成像法，简称EIT。2)利用EIT技术而设计的乳腺肿瘤析测仪，由采集阻抗数据的电流电极，测量电压的测量电极组成复合电极(1)、恒定电流源(5)、频率合成器(6)、两组激励模拟复选开关(3、4)、差分放大器7、电压放大器8、A/D模数转换9、DSP10、微机11和打印机12组成，它是将多个电流电极等间隔地安置在乳房周围，通过激励模拟复选开关3、选择二个电极作为激励电极，此时，由频率合成器6产生电压信号、通过电压--电流变频器产生相应频率的恒定电流，并通过复选开关注入已选通的电流电极，此时，另一组多路模拟复选开关4，去测量各个电极间的电位差，并输入成具有高输入阻抗的差分放大器，进行前置放大，后经电压放大后，输送到A/D转换器9，该数据输入到DSP电路处理后，输入微机11或打印机12。
2.由权利要求1所述的乳腺肿瘤检测仪的构成方法，其特征在于电极1为用有机复合材料制成宽度为15m/m的正方体，中孔孔径Φ4mm，电极直径为Φ2mm的铜材，安置在中孔中心，在电极与中孔间有2mm橡皮圈，16只(或32只)相同电极均匀安装在Φ200mm的支架上。
3.由权利要求1所述的乳腺肿瘤检测仪的构成方法，其特征在于恒流源由三只集成运算放大器组成，其中一只运放按成恒流源电路，另外二只运放接成电压跟随器。
4.由权利要求1所述的乳腺肿瘤检测仪的构成方法，其特征在于频率合成器6为恒流源提供10KHZ-50MHZ每间隔2KHZ的稳定注入电压，该电路的不同频率的产生，由计算机在N=250-5内设置可变分频比实现。
全文摘要
本发明涉及一种在被测乳房部位注入安全的交变恒定电流,并在边界测量被测表面的电压信号,由被测的电信号根据图象重构算法产生乳房断面的阻抗图象(简称EIT)。根据这一原理设计成电抗成像乳腺肿瘤析测仪,属医疗仪器类,具有成本低、无伤害、成像清晰、诊断率高等特点。
文档编号G06F19/00GK1297715SQ0013720
公开日2001年6月6日 申请日期2000年12月28日 优先权日2000年12月28日
发明者袁增荣, 沈仲鑫, 孙美玲, 莫玉龙, 袁亚飞, 段励奋 申请人:上海升荣数字图象技术有限公司