專利名稱：一種用于腫瘤探測的聲電聯(lián)合分析裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于醫(yī)學(xué)探測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及超聲成像、超寬帶成像、互補序列編碼脈沖檢測和影像聯(lián)合分析裝置。
背景技術(shù)：
癌癥是一類嚴(yán)重威脅人類健康的多發(fā)病和常見病。近30年來，癌癥發(fā)病率和死亡率一直呈上升趨勢。相關(guān)數(shù)據(jù)表明，腫瘤已成為我國居民的主要死亡原因之一，抗擊癌癥的形式相當(dāng)嚴(yán)峻。雖然不斷更新的腫瘤醫(yī)學(xué)技術(shù)集合了手術(shù)、放療、化療、生物基因等各種手段，但由于多數(shù)腫瘤病人發(fā)現(xiàn)癌癥時已是中晚期，再好的治療方法也只能望而興嘆。于是，如何在癌癥早期正確診斷出腫瘤，為治療贏得充裕的時間，便成為了能否治愈腫瘤的關(guān)鍵所在。目前，醫(yī)學(xué)上已擁有多種方法對腫瘤進(jìn)行檢測和成像，如X射線攝影、計算機(jī)斷層掃描技術(shù)、核磁共振成像、超聲檢測以及超寬帶近場成像技術(shù)等。X射線攝影對于無鈣化的早期腫瘤的敏感度較低，因而檢測錯誤率和漏檢率都偏高，且反復(fù)接受X光照射會導(dǎo)致電離放射線在體內(nèi)積聚，有可能引發(fā)正常組織癌變。計算機(jī)斷層掃描與X射線攝影存在著同樣的問題斷層掃描的輻射能夠穿透細(xì)胞、破壞DNA，甚至誘發(fā)某些癌細(xì)胞。核磁共振技術(shù)雖然對人體沒有不良影響，但其空間分辨率不及計算機(jī)斷層掃描，而且設(shè)備成本昂貴，不適合大規(guī)模的人群普查。然而，超聲成像和超寬帶(UWB)成像兩種技術(shù)的表現(xiàn)則較為理想。超聲成像技術(shù)是根據(jù)超聲回波的衰減來檢測是否有異常組織存在。超聲在介質(zhì)中以直線傳播，有良好的指向性，這是用超聲對人體組織或器官進(jìn)行檢測的基礎(chǔ)。當(dāng)超聲波到達(dá)兩種聲阻抗不同的相鄰介質(zhì)的交界面時，將會發(fā)生反射，且聲阻抗差異越大，反射量也越大。聲阻抗定義為Z = P*C，式中P為介質(zhì)密度，C為組織中的聲速。一般情況下，聲速在人體組織中的傳播速度變化不大，在1500m/s左右變化。研究表明，腫瘤組織的密度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于正常組織，因此二者聲阻抗存在著較大差異，即腫瘤組織比附近正常組織有更強的聲波反射和散射效應(yīng)。接收探頭處的傳感器收集回波，并由算法處理形成不同物質(zhì)、組織或器官的影像對比分布圖。在超聲圖像上，強回波反映為白影(亮區(qū))，弱回波或無回波反映為黑影(暗區(qū))。超聲檢測技術(shù)具有高特異性、無創(chuàng)性、設(shè)備成本低以及分辨率較高等優(yōu)點，適用于腫塊較小的、臨床下不易觸及的病灶。UWB成像技術(shù)同樣是根據(jù)信號回波的衰減來檢測是否有異常組織存在。UWB電磁波的傳播特性與組織的介電特性有關(guān)，兩種介質(zhì)的介電常數(shù)差異越大，其交界面處電磁波的反射量就越大，而介電特性又跟組織含液量有密切關(guān)系，研究表明，一般腫瘤組織的含液量要遠(yuǎn)高于周圍的正常組織，因此腫瘤組織和正常組織的介電特性差異較大，于是電磁波信號在其交界面處產(chǎn)生較大的反射和散射量。接收器收集回波，并進(jìn)行處理、成像。UWB檢測信號通常為ns級的窄脈沖，穿透力強，定位精度高，在檢測成像中具有高敏感性，易于發(fā)現(xiàn)早期腫瘤；此外，UWB信號能量小，相對X光成像對人體的危害小得多。因此該技術(shù)有著相當(dāng)大的臨床意義。
實用新型內(nèi)容基于腫瘤探測技術(shù)的重大意義，針對現(xiàn)有技術(shù)的不足并綜合超聲成像和UWB成像的技術(shù)原理及優(yōu)點，本實用新型提出一種用于腫瘤探測的聲電聯(lián)合分析裝置?？紤]到聲信號檢測和電磁波信號檢測分別利用了物質(zhì)的聲學(xué)特性和電學(xué)特性，而且這兩種信號不會互相干擾，因此它們的發(fā)射端可集成在一個較小的模塊內(nèi)，并能同時對目標(biāo)進(jìn)行檢測。本實用新型同時發(fā)射高頻超聲信號和UWB電磁波信號對人體組織進(jìn)行檢測，接收回波后經(jīng)過信號處理和成像算法處理分別得到關(guān)于超聲信號和電磁波信號的灰度圖，最后對兩幅灰度圖進(jìn)行綜合處理和分析，利用超聲成像的高特異性和UWB電磁波成像的高敏感性進(jìn)行互補，以獲取更多的檢測細(xì)節(jié)并作出更準(zhǔn)確的病理分析。為達(dá)到上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案一種用于腫瘤探測的聲電聯(lián)合分析裝置，包括用于同時產(chǎn)生一路高頻互補序列編碼脈沖激勵和一路UWB互補序列編碼脈沖激勵的信號源激勵模塊，用于同時發(fā)射高頻超聲信號和UWB電磁波信號并接收回波進(jìn)行互補序列解碼后發(fā)送給數(shù)據(jù)采集模塊的探測信號收發(fā)模塊，用于采集兩路解碼后的回波信號并產(chǎn)生成像數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集模塊，用于生成關(guān)于超聲信號的灰度圖和關(guān)于電磁波信號的灰度圖并將兩幅灰度圖送至影像聯(lián)合分析模塊的成像處理模塊，和用于對兩幅圖進(jìn)行差異提取和特征提取后形成特征圖樣并作出病理分析的影像聯(lián)合分析模塊；所述信號源激勵模塊、探測信號收發(fā)模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、成像處理模塊和影像聯(lián)合分析模塊順次連接。所述信號源激勵模塊包括用于產(chǎn)生高頻互補序列編碼脈沖激勵的高頻脈沖形成器和第一互補序列編碼器，還包括用于產(chǎn)生UWB互補序列編碼脈沖激勵另的UWB脈沖形成器和第二互補序列編碼器。所述探測信號收發(fā)模塊包括用于經(jīng)高頻互補序列編碼脈沖激勵后發(fā)射高頻超聲檢測信號并接收回波信號的超聲探頭，用于經(jīng)UWB互補序列編碼脈沖激勵后發(fā)射UWB電磁波檢測信號并接收回波信號的電磁波天線，和用于對兩路回波信號進(jìn)行互補序列解碼后被送至數(shù)據(jù)采集模塊的解碼器。上述的分析裝置中，所述互補序列編碼器采用互補序列碼作為編碼脈沖序列，所述編碼器輸出的激勵序列由兩個16位的互補序列A、B組成，激勵序列C由A，B相連接組成，互補序列碼具有自相關(guān)特性。上述的分析裝置中，所述探測信號收發(fā)模塊包括收發(fā)同體的超聲探頭、電磁波天線和解碼器，超聲探頭和電磁波天線分別經(jīng)高頻互補序列編碼脈沖和UWB互補序列編碼脈沖激勵后，同時向檢測區(qū)域進(jìn)行掃描，分別發(fā)射高頻超聲檢測信號和UWB電磁波檢測信號， 并接收各自的回波信號；解碼器對兩路回波信號進(jìn)行互補序列解碼后被送至數(shù)據(jù)采集模塊。上述的分析裝置中，所述數(shù)據(jù)采集設(shè)備對兩路解碼后的回波信號分別進(jìn)行處理 檢測回波信號強度，生成歸一化的強度值s ；然后形成數(shù)據(jù)格式為((X，y), s)的兩路數(shù)據(jù)， 并送至成像處理模塊，其中χ和y分別是掃描目標(biāo)點的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)。上述的分析裝置中，所述成像處理模塊利用成像算法對接收到的兩路回波強度值數(shù)據(jù)分別進(jìn)行成像處理，生成關(guān)于超聲信號的灰度圖和關(guān)于電磁波信號的灰度圖，并將兩幅灰度圖送至影像聯(lián)合分析模塊。上述的分析裝置中，所述影像聯(lián)合分析模塊接收成像處理模塊傳來的兩幅灰度圖，利用超聲成像的高特異性和UWB電磁波成像的高敏感性進(jìn)行互補，并作出病理分析。上述的分析裝置中，影像聯(lián)合分析模塊的完成以下工作第一，在UWB信號圖中提取出與超聲信號圖相關(guān)性低于預(yù)置門限值TH的區(qū)域，形成“聲電信號差異圖”，并單獨呈現(xiàn)在顯示器上；第二，將超聲信號圖和UWB信號圖從“坐標(biāo)-灰度值空間”上轉(zhuǎn)換到“特征空間”上， 通過特征圖樣的比較向醫(yī)生提供參考信息；影像聯(lián)合分析模塊首先對兩幅灰度圖提取各自的特征值，在相同的特征空間中形成特征圖樣；然后分別計算兩個特征圖樣的重心O1和02， 并計算O1和A在特征空間里的距離D = I O1-O21 ；最后根據(jù)D的值進(jìn)行以下分析(1)若滿足D > Th，則兩特征圖樣相似度高，說明兩路信號的檢測效果基本一致；(2)若滿足Tl < D < Th，則兩特征圖樣相似不高，說明單從UWB電磁波圖像進(jìn)行分析可能會引起誤判，由此提示必須參考超聲信號圖進(jìn)行分析才能得出較準(zhǔn)確的結(jié)論；(3)若滿足D < Tl，則兩特征圖樣相似度很低，說明其中一路檢測可能出錯，本次得出的兩幅灰度圖所提供的信息可能不可靠，需考慮重新進(jìn)行檢測，其中Tl和Th是預(yù)設(shè)的門限值。上述分析裝置的分析方法包括以下步驟步驟1、在信號源激勵模塊中，高頻脈沖發(fā)生器的輸出經(jīng)過互補序列編碼器產(chǎn)生高頻編碼脈沖激勵序列；UWB脈沖形成器的輸出經(jīng)過互補序列編碼器產(chǎn)生UWB編碼脈沖激勵序列。兩路激勵信號同時發(fā)送至探測信號收發(fā)模塊。步驟2、探測信號收發(fā)模塊中的超聲探頭和電磁波天線受到激勵后，分別發(fā)射出高頻超聲脈沖序列信號和UWB電磁波脈沖序列信號，同時對檢測區(qū)域進(jìn)行掃描。步驟3、探測信號收發(fā)模塊中的超聲探頭和電磁波天線分別接收高頻超聲信號的回波和UWB電磁波信號的回波，并將兩路回波信號輸入解碼器進(jìn)行解碼。步驟4、解碼后的兩路信號進(jìn)入數(shù)據(jù)采集模塊，該模塊對解碼后的回波信號進(jìn)行處理，產(chǎn)生成像所需的“坐標(biāo)-強度”數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)經(jīng)兩路送至成像處理模塊。步驟5、成像處理模塊利用成像算法對接收到的兩路數(shù)據(jù)分別進(jìn)行成像處理，生成關(guān)于超聲信號的灰度圖和關(guān)于電磁波信號的灰度圖，并將兩幅灰度圖送至影像聯(lián)合分析模塊。步驟6、所述影像聯(lián)合分析模塊對成像處理模塊傳來的高頻超聲信號圖和UWB電磁波信號圖進(jìn)行聯(lián)合分析首先在UWB信號圖中提取出與超聲信號圖相關(guān)性低于預(yù)置門限值TH的區(qū)域，形成“聲電信號差異圖”，直觀、快速地讓醫(yī)生對腫瘤性狀作出初步把握；然后將超聲信號圖和UWB信號圖從“坐標(biāo)-灰度值空間”上轉(zhuǎn)換到“特征空間”上，形成特征圖樣，并計算這兩個特征圖樣的幾何重心在特征空間里的距離，以該值驗證此次作出的判斷是否可靠。本實用新型集成了超聲探測和UWB電磁波探測的技術(shù)方案，具有如下優(yōu)點和技術(shù)效果1、同時利用物質(zhì)的聲學(xué)特性和電學(xué)特性進(jìn)行探測，對兩種物理性質(zhì)不同的探測信號進(jìn)行綜合處理和分析，從而獲取更多的目標(biāo)細(xì)節(jié)，使分析病理性質(zhì)時有更多的參考信息。[0032]2、利用超聲成像的高特異性減少因UWB成像高敏感性而造成的誤判情況，從而提高病理分析的準(zhǔn)確性；利用UWB成像的高敏感性和高精確度獲取比超聲成像更豐富的邊緣細(xì)節(jié)，從而得到更多病理信息作為分析依據(jù)。3、超聲信號與電磁波信號互不干擾，其發(fā)射端可集成在一個較小的模塊內(nèi)，而且可以同時發(fā)射和接收這兩種檢測信號，因此與發(fā)射單種信號的檢測裝置相比，本實用新型并不會耗費更多的時間成本。4、采用互補序列編碼脈沖進(jìn)行探測，可獲得更高的信噪比。
圖1是本實用新型的原理框圖；圖加為腫瘤的超聲成像示意圖；圖2b為腫瘤的UWB成像示意圖；圖2c為腫瘤的聲電信號差異圖；圖3是本實用新型的工作流程圖；圖4是影像聯(lián)合分析模塊的工作流程圖；圖fe為高頻超聲信號圖特征圖樣示意圖；圖恥為UWB電磁波信號圖特征圖樣示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。實施例如圖1所示，本發(fā)明由五大模塊組成信號源激勵模塊、探測信號收發(fā)模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、成像處理模塊和影像聯(lián)合分析模塊。其中，虛線箭頭表示探測信號在產(chǎn)生、發(fā)送階段的傳播方向，實線箭頭表示回波信號在接收、處理、成像階段的傳播方向。信號源激勵模塊同時產(chǎn)生一路高頻互補序列編碼脈沖激勵和一路UWB互補序列編碼脈沖激勵，探測信號收發(fā)模塊受激勵后，同時向檢測區(qū)域發(fā)射高頻超聲信號和UWB電磁波信號；探測信號收發(fā)模塊接收兩種信號的回波，將兩路回波信號進(jìn)行解碼并送至數(shù)據(jù)采集模塊；數(shù)據(jù)采集模塊，該模塊對兩路解碼后的回波信號分別進(jìn)行處理，產(chǎn)生成像所需的數(shù)據(jù)，再將兩路數(shù)據(jù)送至成像處理模塊；成像處理模塊利用成像算法對接收到的兩路數(shù)據(jù)分別進(jìn)行處理，生成關(guān)于超聲信號的灰度圖和關(guān)于電磁波信號的灰度圖，并將兩幅灰度圖送至影像聯(lián)合分析模塊；影像聯(lián)合分析模塊對兩幅圖進(jìn)行差異提取和特征提取，形成特征圖樣，并作出綜合分析。所述信號源激勵模塊包含兩路激勵輸出。一路由高頻脈沖形成器和基于DSP TMS320C50的第一互補序列編碼器構(gòu)成，產(chǎn)生高頻脈沖序列，用于激勵探測信號收發(fā)模塊的超聲探頭；另一路由UWB脈沖形成器和基于DSPTMS320C50的第二互補序列編碼器構(gòu)成，UWB 脈沖形成器產(chǎn)生高斯窄脈沖，經(jīng)編碼器生成脈沖序列，該UWB脈沖序列用于激勵探測信號收發(fā)模塊的電磁波天線。此處采用編碼脈沖激勵方式進(jìn)行探測可獲取更高的信噪比，其原理如下[0048]假設(shè)，進(jìn)入解碼器的信息量為=Ci = BiIc^2 (Ι+Si/Ni)，解碼器將帶寬為Bi的輸入信號解調(diào)為帶寬為B。的輸出信號，其信息量為C。= B0Iog2 (1+S0/N0)。式中C為信息量；B為信號帶寬；S為信號功率；N噪聲功率；下標(biāo)i，ο分別表示解碼器輸入和輸出。因為解碼器的輸入信號和輸出信號必須具有相等的信息量，即有=BiIc^2(HSiZiNi) = B0Iog2 (1+S0/N0)。 一般情況下，S/N>> 1，則(BiZB0)Iog2(SiZNi) ^ 10 (S。/N。)，而由于信道編碼給信源增加了冗余，因此解碼前的信號在單位時間里比解碼后的信號有更大的數(shù)據(jù)量，即有Bi > B。，所以S。/N。> SiZNi,因此編碼系統(tǒng)可獲取更高的信噪比。本發(fā)明采用互補序列碼作為編碼脈沖序列。所述編碼器輸出的激勵序列由兩個16 位的互補序列A、B組成，激勵序列C由A，B相連接組成。互補序列碼具有理想的自相關(guān)特性，而好的自相關(guān)特性能保證回波信號經(jīng)過解碼后能得到清晰的成像。所述探測信號收發(fā)模塊由收發(fā)同體的超聲探頭、電磁波天線和基于DSPTMS320C50 的解碼器組成。超聲探頭和電磁波天線分別經(jīng)高頻互補序列編碼脈沖和UWB互補序列編碼脈沖激勵后，同時向檢測區(qū)域進(jìn)行掃描，分別發(fā)射高頻超聲檢測信號和UWB電磁波檢測信號，并接收各自的回波信號。由于聲信號和電信號物理性質(zhì)不同，互不干擾，因此可以在同一模塊內(nèi)同時發(fā)射和接收。解碼器對兩路回波信號進(jìn)行互補序列解碼后被送至數(shù)據(jù)采集模塊。所述數(shù)據(jù)采集模塊采用華為公司的EM200模塊，對兩路解碼后的回波信號分別進(jìn)行處理檢測回波信號強度，生成歸一化的強度值s;然后形成數(shù)據(jù)格式為((x，y)，s)的兩路數(shù)據(jù)，并送至成像處理模塊，其中χ和y分別是掃描目標(biāo)點的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)。所述成像處理模塊采用TI公司的TMS34020芯片，利用成像算法對接收到的兩路回波強度值數(shù)據(jù)分別進(jìn)行成像處理，生成關(guān)于超聲信號的灰度圖和關(guān)于電磁波信號的灰度圖，并將兩幅灰度圖送至影像聯(lián)合分析模塊。所述影像聯(lián)合分析模塊由計算機(jī)軟件實現(xiàn)，對成像處理模塊傳來的兩幅灰度圖進(jìn)行綜合分析，以得出比單一信號檢測更準(zhǔn)確的病理分析結(jié)果。聯(lián)合分析的意義在于利用超聲成像的高特異性和UWB電磁波成像的高敏感性進(jìn)行互補，以獲取更多的檢測細(xì)節(jié)并作出更準(zhǔn)確的病理分析首先，超聲信號圖可在判斷準(zhǔn)確度上彌補UWB信號圖的不足UWB成像具有高敏感性，容易出現(xiàn)誤判情況，有可能對囊腫或大多數(shù)鈣化灶得出陽性結(jié)果。例如，囊腫的UWB成像有可能是白色的實性塊狀，與腫瘤影像非常相似，容易產(chǎn)生誤判。而囊腫的超聲影像中會出現(xiàn)強光點或光帶，易于和腫瘤影像區(qū)分。因此，超聲成像的高特異性，可對囊腫或鈣化灶能作出準(zhǔn)確判斷，從而在一定程度上減少UWB電磁波信號圖的誤判概率。另外，UffB信號圖也能在細(xì)節(jié)上彌補超聲信號圖的不足一般情況下，良性腫瘤的腫塊周圍有一層完整的纖維性包膜，其圖像邊界比較清楚；而惡性腫瘤腫塊的外周沒有包膜，或包膜不全，在傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)成像圖上呈現(xiàn)出模糊不清的邊界，且不同病理性質(zhì)的惡性腫瘤圖像一般存在不同的邊緣特性。因此，準(zhǔn)確捕獲腫瘤邊緣有助于分析腫瘤的病理性質(zhì)。UWB 檢測的高精度性可以比超聲檢測獲得更多的邊緣細(xì)節(jié)，而且還能檢測出癌細(xì)胞的擴(kuò)散趨向，如圖2所示圖加為腫瘤的超聲成像示意圖，白色區(qū)域為檢測出的腫瘤區(qū)域，其邊緣為暗淡的陰影區(qū)域，模糊不清；灰色部分為其他正常組織；圖2b為腫瘤的UWB成像示意圖，白色區(qū)域同樣是檢測出的腫瘤區(qū)域，不同的是，其邊緣的陰影區(qū)域比超聲圖中的邊緣要清晰、明亮，更易觀察。而且能看出癌細(xì)胞正往右上方蔓延。除此之外，UWB成像的高敏感性使其比超聲成像更容易檢測到早期癌癥。由此可見，超聲信號圖和UWB電磁波信號圖能互補不足，綜合兩圖進(jìn)行分析便能作出準(zhǔn)確的判斷。為了方便醫(yī)生分析并作出更準(zhǔn)確的判斷，所述影像聯(lián)合分析模塊對成像處理模塊傳來的超聲信號圖和UWB信號圖進(jìn)行進(jìn)一步的聯(lián)合處理。影像聯(lián)合分析模塊主要有兩項工作第一，在UWB信號圖中提取出與超聲信號圖相關(guān)性低于預(yù)置門限值TH的區(qū)域，形成“聲電信號差異圖”，并單獨呈現(xiàn)在顯示器上，如圖2c所示該圖反映的主要是腫瘤的邊緣形態(tài)以及癌細(xì)胞的擴(kuò)散情況，能直觀、快速地讓醫(yī)生對腫瘤性狀作出初步的分析和判斷。第二，將超聲信號圖和UWB信號圖從“坐標(biāo)-灰度值空間”上轉(zhuǎn)換到“特征空間” 上，通過特征圖樣的比較向醫(yī)生提供更多的參考信息。影像聯(lián)合分析模塊首先對兩幅灰度
圖提取各自的特征值CHI、CH2......CHn，在相同的特征空間中形成特征圖樣；然后分別計
算兩個特征圖樣的重心O1和02，并計算O1和O2在特征空間里的距離D= O1-O2 ；最后根據(jù)D的值驗證此前作出的判斷是否可靠。具體進(jìn)行以下分析(1)若滿足D > Th，則兩特征圖樣相似度高，說明兩路信號的檢測效果基本一致， 在此基礎(chǔ)上進(jìn)行的分析將有較高的準(zhǔn)確性。(2)若滿足Tl < D < Th，則兩特征圖樣相似不高，說明單從UWB電磁波圖像進(jìn)行分析可能會引起誤判，由此提示醫(yī)生必須參考超聲信號圖進(jìn)行分析才能得出較準(zhǔn)確的結(jié)論。(3)若滿足D < Tl，則兩特征圖樣相似度很低，說明其中一路檢測可能出錯，本次得出的兩幅灰度圖所提供的信息可能不可靠，醫(yī)生需考慮重新進(jìn)行檢測。(其中Tl和Th是預(yù)設(shè)的門限值。)綜上所述，所述影像聯(lián)合分析模塊首先形成“聲電信號差異圖”，直觀、快速地讓醫(yī)生對腫瘤性狀作出初步把握；然后對超聲信號圖和UWB信號圖在其特征空間上的特征圖樣進(jìn)行比較，驗證此次作出的判斷是否可靠。采用編碼脈沖激勵方式進(jìn)行探測可獲取更高的信噪比。為實現(xiàn)此功能，本實施例采用互補序列碼作為編碼脈沖序列。所述編碼器輸出的激勵序列由兩個16位的互補序列 A、B 組成，其中 A = {1,1,1, -1，-1，-1,1, -1，_1，_1，-1,1, _1，-1,1, -1}，B = {1,1, 1，-1,-1，-1,1，-1,1，1，1，-1,1，1，-1,1}，則激勵序列為 C = {A，B} = {1，1，1，-1，-1，-1， 1,-1,-1,-1,-1,1,-1,-1,1,-1,1,1,1,-1,-1,-1,1,-1,1,1,1,-1,1,1,-1,1} O 互補序列碼具有理想的自相關(guān)特性，而好的自相關(guān)特性能保證回波信號經(jīng)過解碼后能得到清晰的成像。所述探測信號收發(fā)模塊由收發(fā)同體的超聲探頭、電磁波天線和解碼器組成。超聲探頭和電磁波天線分別經(jīng)高頻互補序列編碼脈沖和UWB互補序列編碼脈沖激勵后，同時向檢測區(qū)域進(jìn)行掃描，分別發(fā)射高頻超聲檢測信號和UWB電磁波檢測信號，并接收各自的回波信號。由于聲信號和電信號物理性質(zhì)不同，互不干擾，因此可以在同一模塊內(nèi)同時發(fā)射和接收。解碼器對兩路回波信號進(jìn)行互補序列解碼后被送至數(shù)據(jù)采集模塊。所述數(shù)據(jù)采集設(shè)備對兩路解碼后的回波信號分別進(jìn)行處理檢測回波信號強度， 生成歸一化的強度值s ；然后把數(shù)據(jù)格式為((x，y)，s)的兩路數(shù)據(jù)，送至成像處理模塊。[0067]所述成像處理模塊利用成像算法對接收到的兩路數(shù)據(jù)分別進(jìn)行成像處理，生成關(guān)于超聲信號的灰度圖和關(guān)于電磁波信號的灰度圖，并將兩幅灰度圖送至影像聯(lián)合分析模塊。如圖3所示，本實施方式采用以下工作步驟步驟1、在信號源激勵模塊中，高頻脈沖發(fā)生器的輸出經(jīng)過互補序列編碼器1產(chǎn)生高頻編碼脈沖激勵序列；UWB脈沖形成器的輸出經(jīng)過互補序列編碼器2產(chǎn)生UWB編碼脈沖激勵序列。兩路激勵信號同時發(fā)送至探測信號收發(fā)模塊。步驟2、探測信號收發(fā)模塊中的超聲探頭和電磁波天線受到激勵后，分別發(fā)射出高頻超聲脈沖序列信號和UWB電磁波脈沖序列信號，同時對檢測區(qū)域進(jìn)行掃描。步驟3、探測信號收發(fā)模塊中的超聲探頭和電磁波天線分別接收高頻超聲信號的回波和UWB電磁波信號的回波，并將兩路回波信號輸入解碼器進(jìn)行解碼。步驟4、解碼后的兩路信號進(jìn)入數(shù)據(jù)采集模塊，該模塊對解碼后的回波信號進(jìn)行處理，產(chǎn)生成像所需的“坐標(biāo)-強度”數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)經(jīng)兩路送至成像處理模塊。步驟5、成像處理模塊利用成像算法對接收到的兩路數(shù)據(jù)分別進(jìn)行成像處理，生成關(guān)于超聲信號的灰度圖和關(guān)于電磁波信號的灰度圖，并將兩幅灰度圖送至影像聯(lián)合分析模塊。步驟6、所述影像聯(lián)合分析模塊對成像處理模塊傳來的高頻超聲信號圖和UWB電磁波信號圖進(jìn)行聯(lián)合分析首先在UWB信號圖中提取出與超聲信號圖相關(guān)性低于預(yù)置門限值TH的區(qū)域，形成“聲電信號差異圖”，直觀、快速地讓醫(yī)生對腫瘤性狀作出初步把握；然后將超聲信號圖和UWB信號圖從“坐標(biāo)-灰度值空間”上轉(zhuǎn)換到“特征空間”上，形成特征圖樣，并計算這兩個特征圖樣的幾何重心在特征空間里的距離，以該值驗證此次作出的判斷是否可靠。如圖4所示，所述影像聯(lián)合分析模塊采用以下工作步驟步驟1、在UWB信號圖中提取出與超聲信號圖相關(guān)性低于預(yù)置門限值TH的區(qū)域，形成“聲電信號差異圖”，初步把握腫瘤性狀。步驟2、分別對高頻超聲信號圖和UWB電磁波信號圖進(jìn)行特征提取，計算其各自的特征值CH1、CH2......CHn。步驟3、根據(jù)各自的特征值在相同的特征空間上生成特征圖樣，如圖fe和圖恥所示(假設(shè)有6項特征)。步驟4、計算兩個特征圖樣的幾何重心O1和02，并計算O1和&在特征空間里的距離D。步驟5、根據(jù)D的值進(jìn)行進(jìn)一步分析(1)若滿足D > Th，則兩特征圖樣相似度高，說明兩路信號的檢測效果基本一致， 在此基礎(chǔ)上進(jìn)行的分析將有較高的準(zhǔn)確性。(2)若滿足Tl < D < Th，則兩特征圖樣相似不高，說明單從UWB電磁波圖像進(jìn)行分析可能會引起誤判，由此提示醫(yī)生必須參考超聲信號圖進(jìn)行分析才能得出較準(zhǔn)確的結(jié)論。(3)若滿足D < Tl，則兩特征圖樣相似度很低，說明其中一路檢測可能出錯，本次得出的兩幅灰度圖所提供的信息可能不可靠，醫(yī)生需考慮重新進(jìn)行檢測。(其中Tl和Th是預(yù)設(shè)的門限值。)[0084]本發(fā)明集成了超聲波成像和UWB電磁波成像的技術(shù)方案，對兩種探測信號的回波進(jìn)行特征提取，形成特征圖樣，并進(jìn)行聯(lián)合分析。本發(fā)明的特點在于利用兩種物理性質(zhì)不同的信號進(jìn)行探測，可獲取更多的目標(biāo)細(xì)節(jié)，為病理分析提供更多的參考信息；利用超聲成像的高特異性和UWB成像的高敏感性、高精確度進(jìn)行互補，從而使病理分析結(jié)果更加準(zhǔn)確； 超聲探測和電磁波探測互不干擾，可同時進(jìn)行，從而節(jié)省檢測操作的時間成本，而且兩種信號的發(fā)射端可以集成在一個較小的模塊內(nèi)；采用編碼脈沖進(jìn)行探測，可獲得更高的信噪比。上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化， 均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種用于腫瘤探測的聲電聯(lián)合分析裝置，其特征在于包括用于同時產(chǎn)生一路高頻互補序列編碼脈沖激勵和一路UWB互補序列編碼脈沖激勵的信號源激勵模塊，用于同時發(fā)射高頻超聲信號和UWB電磁波信號并接收回波進(jìn)行互補序列解碼后發(fā)送給數(shù)據(jù)采集模塊的探測信號收發(fā)模塊，用于采集兩路解碼后的回波信號并產(chǎn)生成像數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集模塊， 用于生成關(guān)于超聲信號的灰度圖和關(guān)于電磁波信號的灰度圖并將兩幅灰度圖送至影像聯(lián)合分析模塊的成像處理模塊，和用于對兩幅圖進(jìn)行差異提取和特征提取后形成特征圖樣并作出病理分析的影像聯(lián)合分析模塊；所述信號源激勵模塊、探測信號收發(fā)模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、成像處理模塊和影像聯(lián)合分析模塊順次連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分析裝置，其特征在于所述信號源激勵模塊包括用于產(chǎn)生高頻互補序列編碼脈沖激勵的高頻脈沖形成器和第一互補序列編碼器，還包括用于產(chǎn)生UWB 互補序列編碼脈沖激勵另的UWB脈沖形成器和第二互補序列編碼器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分析裝置，其特征在于所述探測信號收發(fā)模塊包括用于經(jīng)高頻互補序列編碼脈沖激勵后發(fā)射高頻超聲檢測信號并接收回波信號的超聲探頭，用于經(jīng) UffB互補序列編碼脈沖激勵后發(fā)射UWB電磁波檢測信號并接收回波信號的電磁波天線，和用于對兩路回波信號進(jìn)行互補序列解碼后被送至數(shù)據(jù)采集模塊的解碼器。
專利摘要本實用新型提供一種用于腫瘤探測的聲電聯(lián)合分析裝置，包括順次連接的信號源激勵模塊、探測信號收發(fā)模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、成像處理模塊和影像聯(lián)合分析模塊；本實用新型的分析裝置能同時發(fā)射高頻超聲信號和UWB電磁波信號對人體組織進(jìn)行檢測，接收回波后經(jīng)過信號處理和成像算法處理分別得到關(guān)于超聲信號和電磁波信號的灰度圖，最后對兩幅灰度圖進(jìn)行綜合處理和分析，利用超聲成像的高特異性和UWB電磁波成像的高敏感性進(jìn)行互補，以獲取更多的檢測細(xì)節(jié)并作出更準(zhǔn)確的病理分析。
文檔編號A61B19/00GK202211713SQ20112030558
公開日2012年5月9日 申請日期2011年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月22日
發(fā)明者寧更新, 廖明熙, 譚梁鐫, 韋崗 申請人:華南理工大學(xué)