電阻抗式計算機乳房攝影裝置的製作方法

2023-04-24 03:46:06 1

專利名稱：電阻抗式計算機乳房攝影裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於醫療技術並能用於診斷乳房組織的病理或非病理變化、監 控治療過程並執行篩選(通過挑選出"風險組"來做初步診斷)。
相關技術描述
正被討論的設備提出電子乳房攝影裝置(electrical mammograph),電 子乳房攝影裝置包含放置在身體表面上的一組2-D電極、AC電源、電位 降計、將電極一個接一個地連接到電位降計的輸出多路轉接器開關以及重 建和顯現由電位降測量造成的身體裡面的導電率分布的計算設備(俄羅斯 聯邦的發明專利第2153285號，類別A61 5/05,2000)。
沿著電場等電位表面橫向投影的方法在這個設備中用於重建3-D導 電率分布；而且，通過在符合同質導電率介質的電場基準強度和沿著通過
點的等電位表面交線的測量的電場強度之間的相對差異的加權平均來獲 得投影數據，其中用2-D電極組所處於的表面來重建導電率。計算設備 只使用在有充分的身體接觸的電極上可用的數據。本著這種目的，電流電 源安裝有基準輸出電壓檢測器，其允許找出當前連接到電流電源的電極是 否有足夠的身體接觸。
創造者製造的電子乳房攝影裝置的工業樣機(prototype )包括位於表 面上的一組2-D的256個電極。另外的預溼電極放置在患者的四肢上， 且2-D電極組以電極的表面與肋骨表面(rib surface)平行的方式保持在 乳房上。在PC發出命令時，微處理器控制單元將電流電源連接到電極組 的電極中的一個。1mA範圍和10kHz的AC流經網絡電流電源、多路 轉接器開關、電極組的電極、患者的身體、另外的電極。所執行的測量以數字代碼形式通過通信線傳輸到PC。測量對所有的電極連接組合循環。 當任何電極有不充分的身體接觸時，基準檢測器將啟動，基準檢測器的信 號被微處理器控制設備檢測並傳輸到PC。由測量的數據重建和可視化產
生的乳房X線照片表示平行於電極所處表面的7張乳房處理(mamma transaction)的圖像的集合。處理深度(transaction depth)將按8mm遞增。
該設備的缺點在於其允許獲得乳房的生物組織的可視的導電率分布 的低解析度的乳房X線照片。其主要原因是由於錯誤信號和幹擾的通道 間滲透、在設備中相異金屬的接觸電位降的存在而引起的高電平的雜音。 由於這個原因，只有足夠導電率差異的乳房區域(比如，發炎的組織部分 或生長的肺瘤)能在充分可靠的乳房X線照片上被識別。設備的臨床檢 查展示了將其用作乳房病理體液不調的檢測器的可能性。
3-D乳房組織可視化的電阻抗式斷層攝影系統按照技術實質似乎是 最接近本要求保護的設備的一個設備(見"Biomedical Technologies and Electronics"雜誌，2003第8期5到10頁)。與之前提到的設備相比，電 阻抗式乳房攝影裝置的變更被引進到以2部分圓形(round)設計的形式 製造的距離電極(distance electrode )，該距離電極的部分通過電介質間隔 物連接。設備軟體的醫療部分受到相當大的改變增加了 2窗口乳房X 線照片匹配模式、對具有異常高導電率的組織區域進行顏色加亮成為可 能、引入了藉助於Kolmogorov-Smirnov非參數統計標準的乳房X線照片 分析。系統工作頻率改變到50kHz,糹笨測電流改變到0.5mA。通過PCUSB 來實現設備電源和測量的組織導電率數據的通信。
之前提到的電子乳房攝影裝置的主要缺點並未靠電子零件消除，也未 靠軟體消除。在記錄的(registered)信號裡被證實存在恆定的誤差，這是 由於在多^各轉接器開關之間的通道間錯誤信號滲透，以及需要允許不同的 金屬接觸不同的測量。
設備噪聲背景分析表明，當基準和測量電極彼此接近地定位時，距離 電極的設計代表一種"噪聲天線"，也就是說，它減小乳房X線照片的分 辨率或設備的穩定性。當掃描深度增加時，圖像劣化和信息容量損失出現 在局部的斷層攝影術掃描上。以下缺點還造成高干擾電平 測量結果對電壓電源不穩定性敏感，
當距離電極固定在潮溼的手中時，測量結果依賴於患者生理數據，
缺少傳輸到設備測量部分的二級數據的濾波。
對在藉助於樣機乳房攝影裝置來實現的測量的期間所獲得的信號進 行的數學分析表明，沿著所有斷層攝影平面存在隨機分布的千擾。而且， 它們的分布在對同一患者執行的各次測量之間是變化的。當診斷大尺寸的 乳房(其超出電極矩陣的幾何尺寸)時，幹擾和噪聲影響經常造成全圖像
劣化和診斷問題，這是以乳房生理製造者(mamma physiological maker) 為代價的。
然而，儘管存在之前提到的缺點，但根據健康細胞和病態細胞的實質 上不同的導電率而進行的乳房病理診斷的很不錯的結果，為設備提供在俄 羅斯聯邦健康部門登記的機會(2003年7月3日的登記證書號 29/05010303/5420-03。 Electrical Impendance Computer-based Mammograph for Mamma Screening Checkup with the Help of Visualization of Electric Conductivity Distribution Pattern 'MEIK')。

發明內容
本要求保護的發明的技術結果在於，設備工作穩定性的增加、診斷特 徵和乳房電阻抗式圖像的信息容量的改進。
由於以下幾點而提供之前提到的技術結果電阻抗式基於計算^=幾的乳 房攝影裝置包括主體框架，測量電極位於主體框架的外表面上，連接到 PC的控制處理器安裝在主體框架裡面；注入通道(injecting channel)與 測量通道位於處理器板上，並通過通信線與地址解碼器和注入通道與測量 通道的外部電才及連4妻；注入通道與測量通道安裝在以夾層方式(ad modum a sandwich)彼此連接的兩個分開的微處理器板上；用相似的金屬覆蓋測 量通道的所有電流收集(current-collecting)零件；測量電極接觸且外部 電極接觸氦。
而且，注入通道包括二級電壓源、注入多路轉接器開關、基準檢測器、
5AC發生器和數-模轉換器；測量通道包括二級電壓源、測量多路轉接器開
關、濾波電路、電位降計和數-模轉換器。
二級電壓源被製作為DC-DC轉換器。此外，電阻抗式基於計算機的 乳房攝影裝置配備有以電腦程式實現的二級信號濾波器。
為了確認之前提到的與樣機相比的差異的可靠性和生產率，本電阻抗 式基於計算機的乳房攝影裝置是基於市場上可買到的設備而製造的，在並 保留了樣機的積極特徵。乳房攝影裝置的方框圖在隨附的

圖1中顯示。
電阻抗式計算機乳房攝影裝置包括熱塑性主體框架，測量電極的矩陣 位於主體框架的外部平坦表面上；而且，每個電極包括室箱(cellbox), 套管(bushing)和應用彈簧的銷(spring applied pin)緊固在室箱裡面； 應用彈簧的銷安裝在套管裡並具有移動功能。這樣的電極設計被描述在實 用新型第48743號、類別A61B, 5/05,2005的俄羅斯聯邦專利中。矩陣包 括256個圓柱形測量電極。電極位於直徑12cm的圓的中心。連接到PC 的控制微處理器位於主體框架的裡面；注入通道與測量通道位於處理器板 上，並通過通信線與地址解碼器和注入通道與測量通道的外部電極連接。
注入通道包括二級電壓源、注入多路轉接器開關、基準檢測器、AC發生 器和數-模轉換器。測量通道包括二級電壓源、測量多路轉接器開關、濾 波電路、電位降計和數-模轉換器。二級電壓源被製作為DC-DC轉換器。 微處理器連接到PC,該PC具有控制微處理器，處理獲得的信號、並在 PC監視器上重建並顯現乳房內部組織的導電率分布的軟體、帶有醫療統 計數據的診斷塊和自動診斷系統。通過PC USB總線實現設備電源和數據 通信。本方案還包括二級信號濾波器。
測量通道與注入通道的外部電極是氦，且它們藉助於提供與患者身體 可靠接觸的快速夾緊拴(snappy clamper-key)牢固地固定到患者的身體 上，例如在手上。用相似的金屬覆蓋測量通道的所有電流收集零件。
發明實施方式
6設備以下列方式工作。
在測量開始之前，氦夕卜部電極(www.impedimed.com)粘貝佔在靠近患 者待診斷的乳房的手上。用提供與患者的身體的可靠接觸的快速夾緊拴將 通到微處理器的通信線連接到這些電極。在PC軟體發出"測量"命令後， 在幾何矩陣中心激勵雷射對準器(laservisor),其提供在乳房上的電極矩 陣的精確定位。
注入通道用來形成AC信號，將其切換到某個電極矩陣接觸點，限定 電位下降到所要求的之外的電極，調整產生的信號的參數以滿足患者的個 人生理組成。
測量通道切換某個矩陣接觸點的信號用於進一步的處理，通過幹擾濾 波和引導的信號電平適應(guided signal level adaptation )來發現有用信號， 數位化模擬信號以供處理器進行數學處理。
注入通道外部電極代表AC發生器-注入多路轉接器開關-電極矩陣-
注入通道外部電^及包括在有用信號發現系統裡。通信線將該注入通道 外部電極和形成本方案的組成零件的注入通道外部電極連接在一起，並同 時提供需要的抗幹擾能力。
微處理器定義設備運行算法，通過連接到注入多路轉接器開關與測量 多路轉接器開關的地址解碼器來選擇所需的矩陣電極的連接，通過通信線 將收集的信息傳輸到PC。
二級電壓源提供數字電路和模擬電路的電源電壓的穩定性以及期望 的幹擾電平，其與板拓樸結構(board topology) —起形成用於注入通道 與測量通道的獨立通道，這允許最小化互耦和所產生的幹擾電平。
結合診斷設備的高抗幹擾能力，所形成的掃描、濾波和初始處理的方 案允許成功地解決對任何尺寸的乳房的定性診斷的任務。
矩陣測量電極的接觸類型結合用相似金屬覆蓋測量通道的所有電流 收集零件，允許防止在這個組成零件的記錄信號裡記錄的接觸電位降和幹 擾。
7因為粘貼的氦電極具有時間上穩定的接觸電阻，所以外部電極的氦特 性消除了 "外部電極-手掌皮膚"接觸電阻的影響，"外部電極-手掌皮膚" 的接觸電阻取決於潮溼的程度、壓力載荷和因人而異的皮膚的電特徵。
微處理器板的夾層型式連接允許最小化對外部幹擾和噪聲的捕獲，當 在樣機中使用連接的普通電纜時，存在外部千擾和噪聲。
通過將注入信號通道與記錄信號通道設置在不同的板上而將這兩個 通道分離，導致了減少記錄信號的寄生分量。此外，引入二級信號濾波器 連同對測量算法的改變，允許相應地減少對測量結果以及重構圖像的信息 容量的耦合幹擾和通道間幹擾的影響。
為了減少二級電壓源的誤差影響，應用醫學的DC-DC轉換器，其提
供輸出電壓穩定性高、電平波動低和信噪比最佳的供應能力。
用低功率的紅色雷射-對準器取代格外明亮的LED。當在乳房上需要 放置多個微處理器傳感器時，允許精確地固定電極矩陣對大尺寸乳房的診 斷是至關重要的。
此外，設計、登記並利用一種新的軟體來處理由測量產生的數據，在 數學信號處理的幫助下，該軟體允許提取電子信號的有功和無功分量的信 息部分，由於此，使得增加乳房電阻抗圖像的一般信息容量、穩定性和生 產率成為可能(2007年1月11日軟體登記證書號2007610436)。
工業實用性
本要求保護的發明應用於醫療技術的領域，並能用來診斷乳房組織的 病理和非病理變化，從而控制治療過程以及用於篩選(通過4兆選出"風險 組"來做初步診斷)。
總的來說，所提出的工程解決方案允許增加圖像(乳房X線照片) 的分辨能力，同時重建和顯現生物組織裡面的導電率分布，減少在記錄的 電信號裡的噪聲水平，改變信號處理算法並應用允許基於所獲得的3-D 圖像執行診斷的程序。
權利要求
1. 一種電阻抗式計算機乳房攝影裝置，其包括主體框架，測量電極位於所述主體框架的外表面上，且連接到PC的控制處理器安裝在所述主體框架裡面；注入通道與測量通道位於處理器板上，所述注入通道與測量通道通過通信線與地址解碼器和所述注入通道與所述測量通道的外部電極連接；所述注入通道與所述測量通道安裝在以夾層方式彼此連接的兩個分開的微處理器板上；所述測量通道的所有電流收集零件被用相似的金屬覆蓋。
2. 如權利要求1所述的電阻抗式計算機乳房攝影裝置，其特徵在於， 所述注入通道包括二級電壓源、注入多路轉接器開關、基準檢測器、AC 發生器和數-模轉換器。
3. 如權利要求1所述的電阻抗式計算機乳房攝影裝置，其特徵在於， 所述測量通道包括二級電壓源、測量多路轉接器開關、濾波電路、電位降 計和一莫-數轉換器。
4. 如權利要求2或3所述的電阻抗式計算機乳房攝影裝置，其特徵 在於，所述二級電壓源被製作為DC-DC轉換器。
5. 如權利要求1或3所述的電阻抗式計算機乳房攝影裝置，其特徵 在於，其配備有二級信號濾波器。
6. 如權利要求1所述的電阻抗式計算機乳房攝影裝置，其特徵在於， 每個測量電極以緊固在所述主體框架裡面的套管的形式被製造，所述套管 處於被應用彈簧的銷移動的位置。
7. 如權利要求1所述的電阻抗式計算機乳房攝影裝置，其特徵在於， 所述外部電;f及接觸氦。
全文摘要
本發明涉及醫學工程並可用於診斷在乳房組織裡的病理和非病理變化、用於監控醫治過程並用於篩選(通過挑選出「風險組」而進行的初步診斷)。所述發明使增加設備運行的穩定性、改進診斷特性和乳腺的電阻抗圖像的信息化成為可能。本發明的電阻抗式計算機乳房攝影裝置包括主體和排列在其內表面上的測量電極。位於主體內並連接到個人計算機的控制微處理器設置有注入通道與測量通道，注入通道與測量通道布置在控制微處理器的印製電路板上，並通過通信線連接到地址解碼器和注入通道與測量通道的降壓電極。所述注入通道與測量通道位於微處理器的以夾層方式互連的兩個分開的印製電路板上。測量通道的所有導電零件都被塗覆有相同的金屬。
文檔編號A61B5/053GK101534709SQ200780042285
公開日2009年9月16日 申請日期2007年11月21日 優先權日2007年7月5日
發明者亞歷山大·尤列維奇·卡爾波夫, 尤裡·安納多列維奇·特索芬, 菲德·尼古拉耶維奇·卡爾波夫 申請人:「索弗萊門納亞伊姆佩丹納亞醫療技術」股份責任有限公司