基于量子超弦引擎的中晚期癌癥成像檢測系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于量子超弦引擎的中晚期癌癥成像檢測系統(tǒng)及方法，主要解決傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)設(shè)備無法高效、安全、快速、全面的檢測出癌癥患者癌細(xì)胞擴(kuò)散區(qū)域的不足。其系統(tǒng)包括量子光發(fā)射源、分光器、凸透鏡、濾光器組、檢測單元、圖像處理單元和顯示器。量子光發(fā)射源產(chǎn)生的正交極化光子經(jīng)過分光器后，分成兩路傳播；一路通過凸透鏡和濾光器照射在患者身上，穿過人體后被探測器所接收；另一路直接經(jīng)過濾光器，被另一探測器接收。檢測單元對兩個探測器所探測到的光子進(jìn)行聯(lián)合測量，并將探測結(jié)果輸出至圖像處理單元，繪制成患者體內(nèi)癌細(xì)胞的擴(kuò)散區(qū)域成像圖在顯示器顯示。本發(fā)明能獲得癌細(xì)胞的擴(kuò)散區(qū)域成像圖，為癌癥患者的治療及研究提供依據(jù)。
【專利說明】
基于量子超弦引擎的中晚期癌癥成像檢測系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于電子設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種醫(yī)學(xué)成像檢測設(shè)備，可用于檢測中 晚期癌癥患者體內(nèi)癌細(xì)胞的擴(kuò)散區(qū)域，對癌變區(qū)域定位成像。通過信息采集、光學(xué)計算、圖 像處理等步驟，實(shí)現(xiàn)成像系統(tǒng)對患者患癌部位的癌細(xì)胞定位顯示。為癌癥的診斷、治療和科 學(xué)研究提供可視化檢測手段和依據(jù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 癌癥作為全世界人類的最大致死原因，其增長速度日益加快，嚴(yán)重危害人類的生 命健康，也是世界醫(yī)學(xué)難題。美國癌癥協(xié)會的年度統(tǒng)計數(shù)據(jù)報告顯示，2015年，美國新增癌 癥病例約166萬人，死亡60萬人;世界衛(wèi)生組織的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2014年全球新增癌癥病例 約1410萬人，死亡人數(shù)達(dá)到820萬人。世界衛(wèi)生組織預(yù)計，由于全球人口的增長和人口老齡 化，以及生活方式、飲食結(jié)構(gòu)和環(huán)境變化等因素，到2025年，世界每年新增癌癥病例數(shù)將達(dá) 到1930萬人，每年死亡病例將超過1000萬。
[0003]統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，我國近幾年平均每年新增癌癥病例約350萬人，死亡200萬人，癌癥 發(fā)病率已經(jīng)處于世界首位，約占全球癌癥死亡人數(shù)的四分之一，即我國每分鐘有6-7人被診 斷為癌癥，而每分鐘死于癌癥的多達(dá)5人。
[0004] 迄今為止，醫(yī)生和科研人員只能使用常規(guī)的儀器和檢查方式來檢查癌癥，如X射線 檢查、CT檢查、磁共振MRI檢查。而癌癥的種類多達(dá)一百多種，一個自認(rèn)為健康的人，絕對不 可能去將每種檢查都做一次，這些檢查不僅價格不菲，而且臨床中所采用的X線檢查、計算 機(jī)斷層掃描CT檢查，本身就是強(qiáng)輻射，會誘發(fā)細(xì)胞癌變，具有一定的危害。因此，我們經(jīng)常會 看到，即使是每年定期體檢的人，也會突然查出患癌，并且一經(jīng)發(fā)現(xiàn)就是中晚期，給患者本 人、家庭和社會帶來了巨大的精神痛苦和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。
[0005] 因此研究一種高效、安全、快速、全面的癌癥檢測手段迫在眉睫。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有醫(yī)學(xué)檢測設(shè)備的不足，提出一種基于量子超弦引 擎的中晚期癌癥成像檢測方法及系統(tǒng)，以通過對患者體內(nèi)熒光蛋白的測試，定位、定性分析 獲得患者當(dāng)前癌細(xì)胞的擴(kuò)散區(qū)域，并進(jìn)行成像顯示，為癌癥患者的治療及研究提供依據(jù)。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0008] - ·檢測原理
[0009] 現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究表明，不同顏色的熒光蛋白可以標(biāo)記活體內(nèi)的不同組織，如神經(jīng)系 統(tǒng)，癌變組織等等。量子雷達(dá)的成功研發(fā)證明了熒光量子成像的可實(shí)現(xiàn)性，表明量子理論在 成像上有明顯優(yōu)勢。熒光量子成像原理可被應(yīng)用于體內(nèi)癌細(xì)胞的熒光成像。
[0010] 本發(fā)明由量子光發(fā)射源發(fā)出糾纏光子對，獲得正交極化光子對。正交極化光子對 被分光器分光后，以不同路徑傳播。其中探測癌細(xì)胞的極化光子通過透鏡和濾光器照射在 患者身體上，若患者體內(nèi)照射位置有癌細(xì)胞，則熒光蛋白與癌細(xì)胞產(chǎn)生反應(yīng)，發(fā)出熒光，極 化光子穿過人體后被探測器所接收；另一極化光子直接經(jīng)過濾光器，被另一探測器接收。聯(lián) 合探測裝置對兩個探測器所探測到的光子進(jìn)行聯(lián)合測量，并將探測結(jié)果輸出至數(shù)據(jù)處理模 塊，把熒光輻射場、人體組織輻射場和量子探測光輻射場看成整個成像輻射場體系，通過探 測光子糾纏對與周圍輻射場的作用變化，繼而分析輻射場分布的強(qiáng)度，來得到熒光分布的 圖像。利用成像算法，對熒光分布的圖像重建，進(jìn)而對患者體內(nèi)癌細(xì)胞的擴(kuò)散區(qū)域進(jìn)行定 位、定量分析，并在顯示器成像顯示信息。
[0011] 二.根據(jù)上述原理，本發(fā)明提出的基于量子超弦引擎的中晚期癌癥成像檢測系統(tǒng) 包括：
[0012] 量子光發(fā)射源:用于產(chǎn)生糾纏光子對，從而獲得正交極化的光子，輸出給分光器；
[0013] 分光器:用于改變光路，使正交極化的光子沿垂直的兩路方向傳播；
[0014] 滑行面:用于移動分光器的位置，調(diào)整檢測點(diǎn)；
[0015] 凸透鏡:用于匯聚穿過分光器后的光子，使光子沿光路照射到患者身上；
[0016] 濾光器組：用于對各種色光起調(diào)節(jié)作用并且消除光線在患者表面所形成的閃耀反 光；
[0017] 測試床單元：用于承載患者，并通過調(diào)節(jié)測試床的位置使透鏡輸出的光能對患者 進(jìn)行全身照射掃描；
[0018] 檢測單元：用于對患者照射掃描后產(chǎn)生的光子信號進(jìn)行接收并檢測，并將該光子 信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后輸送給圖像處理單元；
[0019] 圖像處理單元：用于對檢測單元輸出的數(shù)字信號進(jìn)行處理，以獲得熒光輻射場強(qiáng) 度，輸出給成像顯示器，并建立患者體內(nèi)癌細(xì)胞的擴(kuò)散區(qū)域的信息圖庫；
[0020] 顯示器:用于對癌癥患者體內(nèi)的熒光蛋白進(jìn)行成像顯示，以及查看數(shù)據(jù)庫文件。
[0021] 三.利用本發(fā)明系統(tǒng)進(jìn)行中晚期癌癥檢測的方法，包括如下步驟：
[0022] 1)將正常人體置于測試床上，測試床位于測試艙內(nèi)；將滑行面置于測試艙頂部，并 與分光器連接以控制分光器的位置，從而控制檢測點(diǎn)的位置;量子光發(fā)射源發(fā)出的光經(jīng)過 光路傳播照射到人體后，輸入到檢測單元，再經(jīng)過圖像處理單元，得到正常人體的輻射場分 布數(shù)據(jù)；
[0023] 2)利用步驟1的測試結(jié)果，建立正常人體的輻射場強(qiáng)分布的矩陣數(shù)據(jù)庫；
[0024] 3)以人體的正視圖為基準(zhǔn)，橫向?yàn)閄軸，縱向?yàn)閅軸，建立二維坐標(biāo)系；
[0025] 4)癌癥患者躺在測試床上注入熒光蛋白后，接受照射掃描，通過調(diào)節(jié)測試床的位 置使輸出的光能對患者進(jìn)行全身照射掃描；
[0026] 5)用栗浦激光器照射偏硼酸鋇晶體，將光子對正交極化為:e光和〇光；
[0027] 6)利用分光器將光源器件產(chǎn)生的光子對分為兩路，分別為參考光路和信號光路；
[0028] 7)用信號光路的極化光子通過濾波器和透鏡對患者進(jìn)行照射掃描，隨后透射過人 體被電子倍增耦合EMCCD探測器所接收；用參考光路的極化光子通過濾波器后被光探測器 所接收；
[0029] 8)對兩路光信號進(jìn)行聯(lián)合測量，將檢測到的光子信號轉(zhuǎn)變?yōu)槟M電信號，再經(jīng)過 放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字信號；
[0030] 9)使用小波包閾值消噪方法對數(shù)字信號進(jìn)行去噪處理，并通過光譜儀輸出熒光光 譜圖；
[0031 ] 10)由熒光光譜圖得到癌癥患者的癌細(xì)胞擴(kuò)散區(qū)域成像圖：
[0032] 10a)焚光光子經(jīng)生物組織傳輸后，其量子損傷傳輸概率為：
[0033] Ρω = 1-2|π?η(λ，ω ) |2(1-Β)(1_Ρλ)
[0034] 其中:Β是阻塞率，ρλ為經(jīng)典信道系統(tǒng)誤碼率，λ，ω為量子糾纏信道系數(shù)。
[0035] 10b)根據(jù)量子損傷傳輸概率，結(jié)合測得變化后的人體福射場分布，建立焚光福射 場的檢測矩陣H;
[0036] 10c)將檢測矩陣Η與正常人體輻射場強(qiáng)分布矩陣數(shù)據(jù)庫進(jìn)行對比，實(shí)現(xiàn)對熒光輻 射場的定性、定量分析:如果檢測矩陣Η中的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)有差異，則說明對應(yīng)檢 測點(diǎn)存在熒光蛋白，即存在癌細(xì)胞，將癌細(xì)胞的分布繪制在人體的二維立體坐標(biāo)中，即得到 患者的癌細(xì)胞擴(kuò)散區(qū)域成像圖。
[0037] 11)將患者的癌細(xì)胞擴(kuò)散區(qū)域成像圖儲存在計算機(jī)數(shù)據(jù)庫中，以便與治療后的成 像圖進(jìn)行對比，來評價治療效果。
[0038] 本發(fā)明與現(xiàn)有癌癥檢測系統(tǒng)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0039] 1.本發(fā)明根據(jù)熒光蛋白對癌細(xì)胞的標(biāo)記關(guān)系確定患者體內(nèi)癌細(xì)胞的擴(kuò)散區(qū)域的 位置，所以定位更加準(zhǔn)確；
[0040] 2.本發(fā)明基于二維立體坐標(biāo)，繪制的癌細(xì)胞擴(kuò)散區(qū)域成像圖更加直觀；
[0041] 3.本發(fā)明采用熒光量子成像技術(shù)進(jìn)行實(shí)時檢測，短時間內(nèi)即可提供癌細(xì)胞擴(kuò)散區(qū) 域的信息，為患者的臨床治療爭取了寶貴時間；
[0042] 4.本發(fā)明是無創(chuàng)檢測，檢測過程僅是對患者進(jìn)行光學(xué)掃描，不會對患者造成新的 創(chuàng)傷；
[0043] 5.本發(fā)明不僅僅局限于對癌癥的檢測，在獲取其它物質(zhì)光譜的條件下，還可用于 其它疾病的臨床檢測，具有廣泛的適用性。
【附圖說明】
[0044] 圖1是本發(fā)明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0045]圖2是本發(fā)明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理框圖；
[0046] 圖3是本發(fā)明系統(tǒng)中的光路框圖；
[0047] 圖4是本發(fā)明檢測方法的實(shí)現(xiàn)流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0048] 以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0049] 參照圖1和圖2,構(gòu)成本發(fā)明系統(tǒng)的部件包括:測試艙、測試床單元、光譜分析儀、圖 像處理器及顯示器。其中測試艙中包括量子光發(fā)射源1，分光器2,滑行面3,凸透鏡4,濾波器 組5,檢測單元7。量子光發(fā)射源1位于測試艙頂部中心，用于發(fā)出正交極化的光子對;將滑行 面3置于測試艙頂部，并與分光器2連接以控制分光器的位置，從而控制檢測點(diǎn)的位置;分光 器2改變光路，使正交極化的光子沿垂直的兩路方向傳播；凸透鏡4位于分光器下方，用于匯 聚穿過分光器后的光子，使光子沿光路照射到患者身上;濾波器組5中的第一濾光器51位于 凸透鏡下方，用于消除光線在患者表面所形成的閃耀反光;濾波器組5中的第二濾光器52與 分光器處于同一水平位置上，用于對各種色光起調(diào)節(jié)作用;檢測單元7用于對患者照射掃描 后產(chǎn)生的光子信號進(jìn)行接收并檢測。
[0050]所述量子光發(fā)射源1，由電源11、激光栗浦12、偏硼酸鋇晶體13、棱鏡14、控制電路 15、反饋電路16組成；
[0051 ] 所述的濾光器組5由第一濾光器51、第二濾光器52組成；
[0052]所述測試床單元6，由電機(jī)控制器61、步進(jìn)電機(jī)62、測試床63組成；
[0053] 所述檢測單元7,由光探測器71、EMCCD探測器72、探測控制器73、光電轉(zhuǎn)換器74、放 大電路75、A/D轉(zhuǎn)換電路76組成；
[0054] 所述圖像處理單元8,由數(shù)據(jù)處理器81和光譜分析儀82組成。
[0055]量子光發(fā)射源1中的電源11為激光栗浦12提供能量，激光栗浦12同時輸出光信號 和電信號，該光信號先經(jīng)過偏硼酸鋇晶體13,再通過棱鏡14匯聚后，獲得一對正交極化的光 子;該電信號通過反饋電路16輸送至控制電路15，控制電路15對電源輸出電壓進(jìn)行控制。 [0056]滑行面3與分光器2相連，用于調(diào)整檢測點(diǎn)的位置;分光器2改變光路，使正交極化 的光子沿垂直的兩路方向傳播，信號光路上的光子通過凸透鏡4,再通過第一濾波器51照射 至測試床63上的患者身上，電機(jī)控制器61對步進(jìn)電機(jī)62進(jìn)行控制，從而控制測試床的位置， 使光能對測試床63上的患者進(jìn)行全身照射掃描;而另一路參考光路上的光子通過第二濾波 器52被光檢測器71所接收。
[0057] 量子光發(fā)射源1，分光器2,凸透鏡4,第一濾光器51，第二濾光器52,光探測器71， EMCXD探測器72構(gòu)成一個光路系統(tǒng)，如圖3所示。
[0058] 檢測單元7中的光探測器71用于對參考光路的光子信號進(jìn)行探測，EMCXD探測器 72,用于對信號光路的光子信號進(jìn)行檢測，探測控制器73用于對EMCCD探測器進(jìn)行控制，光 電轉(zhuǎn)換器74將參考光路和信號光路聯(lián)合測量檢測到的光子信號變?yōu)槟M電信號，該模擬電 信號依次經(jīng)放大電路75和A/D轉(zhuǎn)換電路76,輸出放大的數(shù)字信號給圖像處理單元。
[0059]圖像處理單元8中的數(shù)據(jù)處理器81用于將得到的數(shù)字信號進(jìn)行去噪后輸出給光譜 儀82，光譜儀82包括熒光光譜圖數(shù)據(jù)庫和熒光光譜分析模塊，熒光光譜圖數(shù)據(jù)庫，用于存儲 熒光光譜圖；熒光光譜分析模塊，用于對熒光光譜圖進(jìn)行分析，通過計算熒光光譜圖中的輻 射場強(qiáng)度，再將該輻射場強(qiáng)度與正常人體輻射場強(qiáng)分布進(jìn)行對比，并對患者體內(nèi)癌細(xì)胞的 擴(kuò)散區(qū)域進(jìn)行定位、定量分析，繪制成癌癥患者的癌細(xì)胞擴(kuò)散區(qū)域成像圖。
[0060]參照圖4,利用上述系統(tǒng)進(jìn)行癌癥患者成像檢測的方法，其實(shí)現(xiàn)步驟如下：
[0061 ]步驟1，得到正常人體的輻射場分布數(shù)據(jù)。
[0062] (1 . 1)將正常人體置于測試床上，測試床位于測試艙內(nèi)；將滑行面置于測試艙頂 部，并與分光器連接以控制分光器的位置，從而控制檢測點(diǎn)的位置；
[0063] (1.2)量子光發(fā)射源發(fā)出的光經(jīng)過光路傳播照射到人體后，輸入到檢測單元，再經(jīng) 過圖像處理單元，得到正常人體的輻射場數(shù)據(jù)；
[0064] (1.3)通過調(diào)整檢測點(diǎn)的位置，使量子光發(fā)射源發(fā)出的光能對人體進(jìn)行全身照射 掃描，從而得到正常人體全身各點(diǎn)的輻射場數(shù)據(jù)。
[0065] 步驟2,利用步驟1的測試結(jié)果，建立正常人體的輻射場強(qiáng)分布的矩陣數(shù)據(jù)庫。
[0066]步驟3，以人體的正視圖為基準(zhǔn)，橫向?yàn)閄軸，縱向?yàn)閅軸，建立二維坐標(biāo)系。
[0067]步驟4,癌癥患者躺在測試床上注入熒光蛋白后，接受照射掃描，通過調(diào)節(jié)測試床 的位置使輸出的光能對患者進(jìn)行全身照射掃描。
[0068] 本發(fā)明是基于熒光蛋白對癌細(xì)胞的標(biāo)記作用來進(jìn)行患癌變組織的成像檢測，所以 檢測前應(yīng)向患者注入對應(yīng)的熒光蛋白。
[0069] 步驟5,利用量子光發(fā)射源器件產(chǎn)生糾纏光子對，采用栗浦激光器照射偏硼酸鋇晶 體。
[0070] (5.1)電源對激光栗浦器件提供能量，栗浦激光器件輸出的電壓信號通過反饋電 路輸送至控制電路；
[0071] (5.2)控制電路對電源輸出電壓進(jìn)行控制，使電源電壓達(dá)到穩(wěn)定；
[0072] (5.3)穩(wěn)定的電壓使量子光發(fā)射源器件產(chǎn)生正交極化光子對，使光子對正交極化 為:e光和〇光。
[0073]步驟6,將正交極化的光子對分為垂直的兩路。
[0074] (6.1)利用分光器將量子光發(fā)射源產(chǎn)生的光子對分為兩路，分別為參考光路和信 號光路。
[0075] (6.2)參考光路和信號光路相互垂直，即得到傳播方向垂直的兩路極化光子。
[0076] 步驟7,信號光路的和參考光路的極化光子通過各自光路，分別輸出至所對應(yīng)的探 測器上。
[0077] (7.1)信號光路的極化光子通過濾波器和凸透鏡，沿光路照射至測試床特定位置；
[0078] (7.2)將患者放置在測試床上，電機(jī)控制器調(diào)整步進(jìn)電機(jī)，從而控制測試床的位 置，使輸出的光能對患者進(jìn)行全身照射掃描；
[0079] (7.3)信號光子對患者進(jìn)行照射掃描，穿過人體透射出來，被EMC⑶探測器所接收。
[0080] (7.4)參考光路的光子通過濾波器后沿光路被光探測器所接收。
[0081]步驟8,對兩路光子信號進(jìn)行聯(lián)合測量，將檢測到的光子信號轉(zhuǎn)變?yōu)槟M電信號， 再經(jīng)過放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字信號。
[0082] (8.1)利用聯(lián)合檢測器對兩路光子進(jìn)行聯(lián)合檢測，得到光譜信號；
[0083] (8.2)采用光電轉(zhuǎn)換電路將檢測光譜信號變?yōu)槟M電信號；
[0084] (8.3)采用放大電路將模擬電信號進(jìn)行放大；
[0085] (8.4)采用A/D轉(zhuǎn)換電路將放大后的模擬電信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，變?yōu)閿?shù)字信號。
[0086] 步驟9,使用小波包閾值消噪方法對數(shù)字信號進(jìn)行去噪處理，并通過光譜儀輸出熒 光光譜圖；
[0087] (9. la)選擇小波包的最大分解尺度J，對數(shù)字信號進(jìn)行J層小波包分解，得到完整 的二叉樹；
[0088] (9. lb)從第J層開始，當(dāng)兩個子結(jié)點(diǎn)的香農(nóng)熵之和小于父結(jié)點(diǎn)的香農(nóng)熵時，將這兩 個子結(jié)點(diǎn)合并，最終得到的小波包分解樹的小波包分解系數(shù)Ci ;
[0089] (9.1c)根據(jù)噪聲方差〇和小波包分解系數(shù)Cl相應(yīng)層的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)Μ計算表閾值：
[0090] (9. Id)使用閾值τ對小波包分解系數(shù)Cl進(jìn)行消噪處理，得到新的小波包分解系數(shù)：
[0092] (9. le)用新的小波包分解系數(shù)(^'進(jìn)行小波包重構(gòu)，獲得去噪后的數(shù)字信號；
[0093] (9.2)將去噪后的數(shù)字信號輸送至光譜分析儀進(jìn)行分析，輸出熒光光譜圖；
[0094] (9.3)將該熒光光譜圖輸出至熒光光譜圖數(shù)據(jù)庫和熒光光譜分析模塊進(jìn)行存儲和 分析。
[0095] 步驟10，由熒光光譜圖得到癌癥患者的癌細(xì)胞擴(kuò)散區(qū)域成像圖。
[0096] (10.1)熒光光子經(jīng)生物組織傳輸后，其量子損傷傳輸概率為：
[0097] Ρω = 1-2|π?η(λ，ω ) |2(1-Β)(1_Ρλ)，
[0098] 其中：Β是阻塞率，為經(jīng)典信道系統(tǒng)誤碼率，λ為量子糾纏信道系數(shù)，ω為經(jīng)典量 子糾纏信道系數(shù)；
[0099] (10.2)考慮量子損傷傳輸概率，結(jié)合測得變化后的人體輻射場分布，建立熒光輻 射場的檢測矩陣Η:
[0100] (10.2a)當(dāng)探測到人體有部位發(fā)出熒光時，系統(tǒng)探測到初始糾纏態(tài)的概率為Ρο,探 測到噪聲光子Pf的概率為（l-Po)，探測光子將被熱化，成像光子量子態(tài)可用原始態(tài)來表示：
[0101] p2e=(l-n)Pie+P〇Pe
[0102] 其中：〇〈n〈i，表示光子的生存系數(shù);pe為糾纏態(tài)密度矩陣;pe= |Φ〉(Θ)(Θ)〈Ψ I I ψ>(θ) 代表一個雙光子系統(tǒng)；
[0103] (10.2b)由成像光子量子態(tài)得出對應(yīng)量子數(shù)的能量為：

[0105] 其中：η，β為不同光量子態(tài)所對應(yīng)的量子數(shù);EJ為爲(wèi)的本征值;μ是磁導(dǎo)率;c為真 空中光速;ζ為成像諧振子的能量;α為量子光譜成像的精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù) 電子的電荷，ft為約化普朗克常數(shù)。
[0106] 10b3)由不同的量子數(shù)，構(gòu)造檢測矩陣
[0107] (10.3)將檢測矩陣Η與正常人體輻射場強(qiáng)分布矩陣數(shù)據(jù)庫進(jìn)行對比，實(shí)現(xiàn)對熒光 輻射場的定性、定量分析；
[0108] 如果檢測矩陣Η中的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)有差異，則說明對應(yīng)檢測點(diǎn)存在熒光 蛋白，即存在癌細(xì)胞；
[0109] 若檢測矩陣Η中的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)沒有差異或差異很小，則說明對應(yīng)檢測 點(diǎn)不存在熒光蛋白，即不存在癌細(xì)胞；
[0110] (10.4)將癌細(xì)胞的分布繪制在人體的二維立體坐標(biāo)中，即得到患者的癌細(xì)胞擴(kuò)散 區(qū)域成像圖。
[0111] 步驟11，將患者的癌細(xì)胞擴(kuò)散區(qū)域成像圖儲存在計算機(jī)數(shù)據(jù)庫中，以便與治療后 的成像圖進(jìn)行對比，來評價治療效果。
[0112] 以上描述僅是本發(fā)明的一個具體實(shí)例，不構(gòu)成對本發(fā)明的任何限制，顯然對于本 領(lǐng)域的專業(yè)人員來說，在了解了本
【發(fā)明內(nèi)容】
和原理后，都可能在不背離本發(fā)明原理、結(jié)構(gòu)的 情況下，進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上的各種修改和改變，但是這些基于本發(fā)明思想的修正和改變?nèi)?在本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于量子超弦引擎的中晚期癌癥成像檢測系統(tǒng)，包括： 量子光發(fā)射源（1):用于產(chǎn)生糾纏光子對，從而獲得正交極化的光子，輸出給分光器； 分光器(2):用于改變光路，使正交極化的光子沿垂直的兩路方向傳播； 滑行面(3):用于移動分光器的位置，調(diào)整檢測點(diǎn)； 凸透鏡(4):用于匯聚穿過分光器后的光子，使光子沿光路照射到患者身上； 濾光器組（5):用于對各種色光起調(diào)節(jié)作用并且消除光線在患者表面所形成的閃耀反 光； 測試床單元(6):用于承載患者，并通過調(diào)節(jié)測試床的位置使透鏡輸出的光能對患者進(jìn) 行全身照射掃描； 檢測單元(7):用于對患者照射掃描后產(chǎn)生的光子信號進(jìn)行接收并檢測，并將該光子信 號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后輸送給圖像處理單元； 圖像處理單元（8):用于對檢測單元輸出的數(shù)字信號進(jìn)行處理，W獲得巧光福射場強(qiáng) 度，輸出給成像顯示器，并建立患者體內(nèi)癌細(xì)胞的擴(kuò)散區(qū)域的信息圖庫； 顯示器(9):用于對癌癥患者體內(nèi)的巧光蛋白進(jìn)行成像顯示，W及查看數(shù)據(jù)庫文件。2. 根據(jù)權(quán)利1所述的系統(tǒng)，其中量子光發(fā)射源（1)，包括電源（11)，激光累浦（12)、偏棚 酸領(lǐng)晶體（13)、棱鏡（14)、控制電路(15)和反饋電路(16);電源（11)為激光累浦（12)提供能 量，激光累浦（12)同時輸出光信號和電信號，該光信號先經(jīng)過偏棚酸領(lǐng)晶體(13)，再通過棱 鏡（14)匯聚后，獲得一對正交極化的光子；該電信號通過反饋電路（16)輸送至控制電路 (15)，控制電路(15)對電源輸出電壓進(jìn)行控制。3. 根據(jù)權(quán)利1所述的系統(tǒng)，其中的檢測單元（7)，包括光探測器（71)、電子倍增禪合 EMCCD探測器(72)、探測控制器(73)、光電轉(zhuǎn)換器(74)、放大電路(75)、A/D轉(zhuǎn)換電路(76);光 探測器(71)用于對參考光路的光子信號進(jìn)行探測，EMCCD探測器(72)用于對信號光路的光 子信號進(jìn)行檢測，探測控制器(73)用于對EMCCD探測器進(jìn)行控制，光電轉(zhuǎn)換器(74)將參考光 路和信號光路聯(lián)合測量檢測到的光子信號變?yōu)槟M電信號，該模擬電信號依次經(jīng)放大電路 (75)和A/D轉(zhuǎn)換電路(76)，輸出放大的數(shù)字信號給圖像處理單元。4. 根據(jù)權(quán)利1所述的系統(tǒng)，其中所述的圖像處理單元(8)，包括數(shù)據(jù)處理器(81)、光譜儀 (82);數(shù)據(jù)處理器(81)用于將得到的數(shù)字信號進(jìn)行去噪后輸出給光譜儀(82)，光譜儀(82) 對該數(shù)字信號進(jìn)行分析，W獲得巧光光譜圖，并將該巧光光譜圖輸出至巧光光譜圖數(shù)據(jù)庫 和巧光光譜分析模塊，W獲得癌癥患者的癌細(xì)胞擴(kuò)散區(qū)域成像圖。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中的光譜儀包括巧光光譜圖數(shù)據(jù)庫和巧光光譜分析 模塊， 所述巧光光譜圖數(shù)據(jù)庫，用于存儲巧光光譜圖； 所述巧光光譜分析模塊，用于對巧光光譜圖進(jìn)行分析，通過計算巧光光譜圖中的福射 場強(qiáng)度，再將該福射場強(qiáng)度與正常人體福射場強(qiáng)分布進(jìn)行對比，并對患者體內(nèi)癌細(xì)胞的擴(kuò) 散區(qū)域進(jìn)行定位、定量分析，繪制成癌癥患者的癌細(xì)胞擴(kuò)散區(qū)域成像圖。6. 利用權(quán)利要求1進(jìn)行中晚期癌癥成像檢測的方法，包括如下步驟： 1)將正常人體置于測試床上，測試床位于測試艙內(nèi)；將滑行面置于測試艙頂部，并與分 光器連接W控制分光器的位置，從而控制檢測點(diǎn)的位置;量子光發(fā)射源發(fā)出的光經(jīng)過光路 傳播照射到人體后，輸入到檢測單元，再經(jīng)過圖像處理單元，得到正常人體的福射場分布數(shù) 據(jù)； 2) 利用步驟1的測試結(jié)果，建立正常人體的福射場強(qiáng)分布的矩陣數(shù)據(jù)庫； 3. W人體的正視圖為基準(zhǔn)，橫向?yàn)閄軸，縱向?yàn)閅軸，建立二維坐標(biāo)系； 4) 癌癥患者躺在測試床上注入巧光蛋白后，接受照射掃描，通過調(diào)節(jié)測試床的位置使 輸出的光能對患者進(jìn)行全身照射掃描； 5) 用累浦激光器照射偏棚酸領(lǐng)晶體，將光子對正交極化為:e光和0光； 6) 利用分光器將光源器件產(chǎn)生的光子對分為兩路，分別為參考光路和信號光路； 7) 用信號光路的極化光子通過濾波器和透鏡對患者進(jìn)行照射掃描，隨后透射過人體被 EMCCD探測器所接收；用參考光路的極化光子通過濾波器后被光探測器所接收； 8) 對兩路光信號進(jìn)行聯(lián)合測量，將檢測到的光子信號轉(zhuǎn)變?yōu)槟M電信號，再經(jīng)過放大、 模數(shù)轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字信號； 9) 使用小波包闊值消噪方法對數(shù)字信號進(jìn)行去噪處理，并通過光譜儀輸出巧光光譜 圖； 10) 由巧光光譜圖得到癌癥患者的癌細(xì)胞擴(kuò)散區(qū)域成像圖： 10a)巧光光子經(jīng)生物組織傳輸后，其量子損傷傳輸概率為： Ρ" = 1-2|π?η(λ, ω ) |2(i-b^1-Pa) 其中：B是阻塞率，PA為經(jīng)典信道系統(tǒng)誤碼率，λ為量子糾纏信道系數(shù)，ω為經(jīng)典量子糾纏 信道系數(shù)； 10b)根據(jù)量子損傷傳輸概率，結(jié)合測得變化后的人體福射場分布，建立巧光福射場的 檢測矩陣Η; 10c)將檢測矩陣Η與正常人體福射場強(qiáng)分布矩陣數(shù)據(jù)庫進(jìn)行對比，實(shí)現(xiàn)對巧光福射場 的定性、定量分析:如果檢測矩陣Η中的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)有差異，則說明對應(yīng)檢測點(diǎn) 存在巧光蛋白，即存在癌細(xì)胞； 若檢測矩陣Η中的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)沒有差異或差異很小，則說明對應(yīng)檢測點(diǎn)不 存在巧光蛋白，即不存在癌細(xì)胞； 將癌細(xì)胞的分布繪制在人體的二維立體坐標(biāo)中，即得到患者的癌細(xì)胞擴(kuò)散區(qū)域成像 圖。 11) 將患者的癌細(xì)胞擴(kuò)散區(qū)域成像圖儲存在計算機(jī)數(shù)據(jù)庫中，W便與治療后的成像圖 進(jìn)行對比，來評價治療效果。7.由權(quán)利6所述的中晚期癌癥成像檢測方法，其中步驟1 Ob)中根據(jù)量子損傷傳輸概率， 結(jié)合測得變化后的人體福射場分布，建立巧光福射場的檢測矩陣H，按如下步驟進(jìn)行； lObl)當(dāng)探測到人體有部位發(fā)出巧光時，系統(tǒng)探測到初始糾纏態(tài)的概率為Po,探測到噪 聲光子Ρι6的概率為（1-Po)，探測光子將被熱化，成像光子量子態(tài)可W用原始態(tài)來表示：其中：〇句<1，表示光子的生存系數(shù);P%糾纏態(tài)密度矩陣;pe= 沖其中：Ιφ〉^ 代表一個雙光子系統(tǒng)； 1化2)由成像光子量子態(tài)得出對應(yīng)量子數(shù)的能量為：其中：η, β為不同光量子態(tài)所對應(yīng)的量子數(shù);En嘴4的本征值;μ是磁導(dǎo)率;c為真空中光 速;Z為成像諧振子的能量;α為量子光譜成像的精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)；癢中：es是電子的 電荷，方為約化普朗克常數(shù)。 1化3)由不同的量子數(shù)，構(gòu)造檢測矩P
【文檔編號】A61B5/00GK105832292SQ201610146668
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月15日
【發(fā)明人】聶敏, 石力, 宗時春, 楊光, 王林飛, 任杰, 許敏
【申請人】西安郵電大學(xué)