聲光顯微CT三維成像系統的製作方法
2023-05-01 18:49:47 2
本發明涉及醫療技術領域的一種聲光顯微CT三維成像技術，特別涉及到應用聲光學聚焦原理採用高分辨顯微光學技術和計算機三維斷層成像技術的聲光顯微CT三維成像系統。
背景技術：
聲光數字顯微（Digital holographic microscopy，簡稱DHM）CT三維成像技術是應用聲光學聚焦原理採用高分辨顯微光學技術。不直接記錄被觀測物體的圖像，而是記錄含有被觀測物體波前信息的全息圖，再通過計算機對所記錄的全息圖進行數值重建來得到被測物體的相位和振幅（光強）信息，進而完成數字三維重構。來理解數值重建這個過程，利用計算機算法代替傳統光學顯微鏡中的成像透鏡。直觀實時、動態的觀測人體黏膜細胞病變發生、發展、療效及其損傷情況的先進檢測與治療複合型檢測系統。
與傳統的CT相比，它注重的是高解析度顯微三維成像。與傳統病理活檢相比，它具有無創無痛、病人舒適度高以及檢查迅速，耗時少等優點，更加直觀，而且是三維直觀；患者依從性高。它是採用一組近紅外慢光/超聲波束分別照射在人體相應組織上，接收器依次接受每路光源/波源照射時從組織中折射的漫射光/聲波束，通過相應的數學模型重構組織中的生理參數，採用空間位置的加權基於梯度的優化算法，提高重構精度，顯示空間位置，以應用於連續光波斷層成像技術。
技術實現要素：
本發明的目的採用計算機三維斷層成像技術，直觀實時、動態的觀測人體黏膜細胞病變發生、發展、療效及其損傷情況的先進檢測與治療複合型的聲光顯微CT三維成像系統。
本發明是通過以下技術方案實現的：
一種聲光顯微CT三維成像系統，包括檢測採集單元、傳輸單元、圖像處理單元和顯示單元，檢測採集單元由醫生操控進入病變部位進行檢測採集，採集的數據通過傳輸單元傳送給計算機，採集的數據通過圖像處理單元的圖像處理與分析在顯示單元顯示，其特徵在於：所述的檢測採集單元為單體類膠囊型或纖維內窺鏡結構，檢測採集單元內設有高解析度微型攝像頭，由PCB板、鏡頭、固定器、濾色片、DSP、和傳感器部件組成，檢測採集單元採用聲光顯微CT三維成像技術，選擇聲波或光波進行探查、掃描可疑病變部位，當發現可疑病變時給出提示信號，醫生可操作膠囊運動控制系統對病變部位進行準確檢查或監測；
對上述技術方案作進一步的說明，所述的檢測採集單元可安裝在胃、腸、支氣管纖維鏡或內窺鏡中，實現胃腸道、氣管支氣管、尿道、膀胱、輸尿管、子宮等腔管圖像的實時採集與無線傳輸，圖像接收端收到圖像後傳送給計算機，經由計算機端的內窺鏡圖像處理與分析系統進行病變診斷，當發現可疑病變時給出提示信號，醫生可疑操作控制系統對病變部位進行準確檢查。
對上述技術方案作進一步的說明，所述的檢測採集單元採用聲波或光波對被檢查部位的組織結構進行探查、掃描，圍繞人體的某一部位作一個接一個的斷面掃描，也可根據人體狀況進行多點掃描。
對上述技術方案作進一步的說明，所述的檢測採集單元採用聲光光子束、聲波束對人體某部黏膜/皮膚組織一定厚度的層面進行掃描，由於不同組織對近紅外光譜、聲波有不同的吸收和散射特性，近紅外光譜、聲波對不同的軟組織具有較強的區分能力，利用這種特性，通過測量組織的某些光學參數，檢測出不同組織的形態和結構，轉變為可見光後，由光電轉換變為電信號，再經模擬/數字轉換器轉為數字輸入計算機處理，形成體素；
對上述技術方案作進一步的說明，所述檢測採集單元掃描所得信息經計算而獲得每個體素的聲、光衰減係數或吸收係數，再排列成矩陣，即數字矩陣，數字矩陣存貯於計算機中；
對上述技術方案作進一步的說明，所述的圖像處理單元將檢測採集單元獲得的體素經數字/模擬轉換器把數字矩陣中的每個數字轉為由黑到白不等灰度的小方塊，即像素，並按矩陣排列，即構成CT圖像，聲光顯微CT圖像是重建圖像，每個體素的聲光吸收係數可以通過不同的數學方法算出。它根據人體不同組織對聲光的吸收與折射率的不同，應用靈敏度極高的儀器對組織進行測量，然後將測量所獲取的數據輸入電子計算機，電子計算機對數據進行處理後，就可攝下人體被檢查組織的斷面或立體的圖像，發現體內該部位的細胞結構和形態的細小變化。
本發明具有無創無痛、病人舒適度高以及檢查迅速，耗時少等優點。
附圖說明
圖1為聲光顯微CT三維成像系統工作原理圖。
圖2為聲光顯微CT三維成像系統檢測採集單元結構原理圖。
圖中：攝像頭1、CCD2、聲波發生器3、A/D模數轉換器4、紅外線發生裝置5、顯示器6、膠囊型檢測採集單元7、檢測組織8和聲波9。
具體實施方式
下面結合附圖和工作原理對本發明的內容作進一步的說明：
如圖所示為聲光顯微CT三維成像系統工作原理圖和檢測採集單元結構圖，包括攝像頭1、CCD2、聲波發生器3、A/D模數轉換器4、紅外線發生裝置5、顯示器6、膠囊型檢測採集單元7、檢測組織8和聲波9。
聲光數字顯微CT三維成像技術工作原理為：
本發明由信息採集系統和一個計算機處理系統構成；
本信息採集系統裝有一個高像素、高解析度微型攝像頭，由PCB板、鏡頭、固定器和濾色片、DSP（CCD用）、傳感器等部件組成。其工作原理為：將被檢組織信息通過鏡頭將生成的聲光學圖像投射到傳感器上，然後聲光學圖像被轉換成電信號，電信號再經過模數轉換變為數位訊號，數位訊號經過CCD加工處理，再傳輸至計算機信息處理系統，通過信息處理成為顯微CT三維圖像，在顯示器中顯示；它的信息採集系統系統設有一個微型聲波發生器和一個紅外線發生裝置，在自帶/外置電源的啟動下向被檢組織發出、折射聲光。
A/D(Analog to Digital Converter模數轉換器）是將數位訊號轉換為模擬信號的電路。模數轉換包括採樣、保持、量化和編碼四個過程。它是把連續的模擬信號轉變為離散的數位訊號的器件。為確保系統處理結果的精確度，A/D轉換器必須具有足夠的轉換精度；要實現快速變化信號的實時控制與檢測，A/D還要求具有較高的轉換速度。轉換精度與轉換速度是衡量A/D轉換器的重要技術指標。本項目應用的隨的是先進的技術指標混合集成型A/D和D/A轉換器。D/A是DAC（Digital Analog Converter 數字模擬信號轉換器)的縮寫。它是把數字量轉變成模擬的器件。D/A轉換器基本上由4個部分組成，即權電阻網絡、運算放大器、基準電源和模擬開關。模數轉換器中一般都要用到數模轉換器，模數轉換器即A/D轉換器，簡稱ADC，它是把連續的模擬信號轉變為離散的數位訊號的器件。
電源系統：電源電路主要由3.7V鋰電池、電源控制晶片、晶振、諧振電容、場效應管、濾波電容、電感等組成。 計算機處理系統除具備一般計算機完整的先進功能外，尚需有較大的人體聲光圖像、計算機語言、文學數字處理、轉換儲存功能，承擔人體聲光圖像和文學數字轉換；計算機系統中設有視頻輸入轉換系統：可以將電腦輸出的信號轉換為電視可以接受的信號,解析度高達1280x1024@85Hz,提供超強的功能如觸鍵面板、視頻轉換、獨立的水平/垂直位置調整、電腦、電視同步顯示等。
視頻顯示系統：採用最先進的數字壓縮技術（MPEG-4），通過計算機處理實現對圖像的顯示、存儲回放及遠程傳輸。每路顯示、存儲、回放均可達到6.25幀/秒，顯示解析度可達768*576，存儲、回放解析度可達384*288。可以對圖像觀測進行硬碟存儲。可以在存儲過程中回放歷史存儲記錄。歷史記錄均有時間標記。 系統集成度高在計算機上均能實現全部操作。全部採用WINDOWS界面，操作簡便靈活，可通過PSTN、ISDN、LAN、WAN實現圖像的遠程瀏覽。傳感系統： 本系統是傳感器與測量儀表、變換裝置等的有機組合。 在實際中，需要有傳感器與測量儀有機地組合起來，構成一個整體，能完成信號的檢測，這樣便形成了檢測系統。隨著計算機技術及信息處理技術的不斷發展，檢測系統所涉及的內容也不斷得以充實。在現代化的生產過程中，過程參數的檢測都是自動進行的，即檢測任務是由檢測系統自動完成的。
本發明信息採集系統結構簡便，趨於微型模塊。便於置於類膠囊型物體或纖維內窺鏡中；便於回收再利用。
完整、成熟的軟體：發明者開發的軟體可完成整個和全套醫學聲光顯微CT圖像展現。