一種乳腺彈性成像探測陣列結構及其檢測系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型屬于醫(yī)療健康檢測領域，具體涉及一種基于壓電阻抗法的乳腺彈性成 像探測陣列結構及其檢測系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 乳腺是人體極為重要的器官之一，而與乳腺相關的疾病的發(fā)病率卻一直處于居高 不下，該類疾病已經(jīng)對居民的正常生產(chǎn)生活造成顯著的影響，需要給予足夠的重視。而在這 些乳腺相關的疾病中，乳腺癌是需要重點關注的惡性疾病，需要指出的是，盡管目前生活水 平和醫(yī)療條件在好轉，但乳腺癌的發(fā)病率不斷在持續(xù)升高且一直具有較高的死亡率。
[0003]目前對于這類惡性疾病采用的手段是早發(fā)現(xiàn)早治療的應對政策，但乳腺癌癌變組 織的早期診斷依舊存在挑戰(zhàn)：日常的觸診檢查需要有較豐富的臨床經(jīng)驗才能發(fā)現(xiàn)早起癌變 組織，無相關經(jīng)驗普通人們進行的身體自查幾乎不可能發(fā)現(xiàn)；另外，乳腺癌變組織由于其特 異性低，對超聲反射回波不明顯。由此，體檢時采用的常規(guī)超聲檢測來說也較難發(fā)現(xiàn)乳腺 癌。
[0004] 如何解決乳腺相關疾病尤其是乳腺癌的早發(fā)現(xiàn)與早診斷，已經(jīng)成為了醫(yī)療界急需 解決的問題。值得關注的是，有研宄結果表明人體組織病變之后，其組織的彈性性質(zhì)例如楊 氏模量會發(fā)生顯著改變。基于這一特性，目前國內(nèi)外學者提出了 "彈性成像"的概念，即利 用先進成像方法對組織的彈性性質(zhì)成像，利用這些彈性模量作為診斷指標來判斷人體組織 是否發(fā)生病變以及診斷病變的程度。目前應用較為廣泛的彈性成像技術包括超聲彈性成像 UE、核磁共振彈性成像MRI等方法。但乳腺癌癌變組織位于淺表層，超聲彈性成像等技術由 于近場效應難以準確發(fā)現(xiàn)乳腺癌組織，因此急需提出適用于乳腺癌的彈性成像方法。 【實用新型內(nèi)容】
[0005] 為了解決以上現(xiàn)有技術中存在的問題，本實用新型提出了一種基于壓電阻抗法的 乳腺彈性成像檢測系統(tǒng)及其檢測方法，適用于對乳腺的健康監(jiān)測，可進行和乳腺相關疾病 例如乳腺癌的早期診斷與治療。
[0006] 本實用新型的一個目的在于提出一種基于壓電阻抗法的乳腺彈性成像探測陣列 結構。
[0007] 本實用新型的乳腺彈性成像探測陣列結構包括：多個壓電單元結構和支撐架；每 一個壓電單元結構包括多條支撐條、支撐環(huán)、壓電片、探針和應變片；其中，多條支撐條的一 端相交于支撐環(huán)的中心，另一端分別均勻固定在支撐環(huán)上，支撐條的數(shù)量為偶數(shù)個，形成中 心對稱的結構；在每一條支撐條上均設置壓電片；在多條支撐條的相交點的上部設置應變 片；在相交點的下部設置探針；多個壓電單元結構設置在支撐架的內(nèi)表面；各個壓電單元 結構的探針與待測樣品接觸。
[0008] 支撐條為長條狀，支撐環(huán)為圓環(huán)狀，探針的針尖的形狀為錐形。在壓電單元結構 中，在中心對稱分布的每條支撐條的一個表面設置壓電片，構成單晶壓電單元結構；或者， 在中心對稱的每條支撐條的上表面和下表面分別設置壓電片，構成雙晶壓電單元結構。
[0009] 本實用新型的另一個目的在于提出一種基于壓電阻抗法的乳腺彈性成像檢測系 統(tǒng)。
[0010] 本實用新型的乳腺彈性成像檢測系統(tǒng)包括：探測陣列結構、壓電阻抗測試儀、應變 測量儀、數(shù)據(jù)采集卡和計算機；其中，探測陣列結構包括多個壓電單元結構和支撐架；每一 個壓電單元結構包括支撐環(huán)、多條支撐條、壓電片、應變片和探針；其中，支撐條為長條狀， 支撐環(huán)為圓環(huán)狀，多條支撐條的一端相交于支撐環(huán)的中心，另一端分別均勻固定在支撐環(huán) 上，支撐條的數(shù)量為偶數(shù)個，形成中心對稱的結構；在每一條支撐條上均設置壓電片；在多 條支撐條的相交點的上部設置應變片；在相交點的下部設置錐形的探針；多個壓電單元結 構設置在支撐架的內(nèi)表面；各個壓電單元結構的探針與待測樣品接觸；壓電片通過控制線 連接至壓電阻抗測試儀；應變片通過控制線連接至應變測量儀；電阻抗測試儀和應變測量 儀分別連接至數(shù)據(jù)采集卡；數(shù)據(jù)采集卡連接至計算機。
[0011] 本實用新型采用多個壓電單元結構設置在支撐架的內(nèi)表面，形成類似于乳房表面 的形狀，放置在待測樣品，即待檢測的乳腺組織上；在檢測的過程中，支撐架為多個壓電單 元結構提供支撐，并且可以調(diào)整支撐架與壓電單元結構之間的距離，使得探針與待測樣品 接觸；各個壓電單元結構的探針與待測樣品接觸；應變片檢測探針與待測樣品之間的接觸 壓力；應變測量儀測量得到接觸壓力，并通過調(diào)整壓電單元結構與支撐架之間的距離調(diào)整 接觸壓力；壓電阻抗測試儀測量各個壓電單元結構的壓電阻抗參數(shù)（壓電阻抗參數(shù)包括導 納G、相位0和阻抗Z)的頻響曲線，得到其壓電阻抗參數(shù)的共振頻率；建立壓電單元結構 的壓電阻抗參數(shù)的共振頻率與接觸點的楊氏模量的關系，從而計算得到每一個壓電單元結 構檢測到的待測樣品的局部楊氏模量；將所有的壓電單元結構得到的局部楊氏模量按照壓 電單元結構所對應的空間位置進行匯總集成，形成楊氏模量分布圖，該楊氏模量分布圖即 為乳腺的楊氏模量分布，進而對組織健康狀態(tài)進行診斷。
[0012] 多個壓電單元結構設置在支撐架的內(nèi)表面，通過調(diào)整壓電單元結構與支撐架之間 的距離使得各個探針的針尖與待測的乳腺組織的表面接觸，由此探針針尖所組成的曲面與 乳腺表面一致，該曲面的形狀亦與乳房表面的形狀類似，這樣可以方便的放置在待測的乳 腺組織上進行檢測。
[0013] 多個壓電單元結構中的每一個壓電片分別通過控制線連接至壓電阻抗測試儀的 一個通道；多個壓電單元結構中的每一個應變片分別通過控制線連接至應變測量儀的一個 通道；本實用新型采用將多條控制線集成在支撐架上，再由支撐架分別連接至壓電阻抗測 試儀和應變測量儀，從而實現(xiàn)每一個壓電片分別通過控制線連接至壓電阻抗測試儀的一個 通道，以及每一個應變片分別通過控制線連接至應變測量儀的一個通道。
[0014] 本實用新型的基于壓電阻抗法的乳腺彈性成像檢測系統(tǒng)的檢測方法，包括以下步 驟：
[0015] 1)將探測陣列結構放置在待測樣品上，各個壓電單元結構的探針與待測樣品接 觸；
[0016] 2)應變片檢測探針與樣品之間的接觸壓力，應變測量儀測量得到接觸壓力，并通 過調(diào)整壓電單元結構與支撐架之間的距離，調(diào)整接觸壓力；
[0017] 3)壓電阻抗測試儀測量各個壓電單元結構的壓電阻抗參數(shù)的頻響曲線，得到其壓 電阻抗參數(shù)的共振頻率，并且應變測量儀測量得到探針與樣品之間的接觸壓力；
[0018] 4)數(shù)據(jù)采集卡采集分別采集壓電阻抗測試儀測得的共振頻率，以及應變測量儀測 量得到接觸壓力的值，并傳遞給計算機；
[0019] 5)計算機根據(jù)共振頻率和接觸壓力的值，并依據(jù)建立的壓電等效電路模型和得到 的解析力學關系公式，計算得到與待測樣品相接觸的每一個壓電單元結構測得的局部彈性 信息，將所有的壓電單元結構得到的局部彈性信息按照壓電單元結構所對應的空間位置進 行匯總集成，形成彈性信息分布圖，從而判斷樣品的健康程度。
[0020] 其中，在步驟5)中，彈性信息包括彈性性質(zhì)kt和楊氏模量Ex，壓電單元結構的共 振頻率與彈性性質(zhì)kt之間滿足如下關系式：
【主權項】
1. 一種乳腺彈性成像探測陣列結構，其特征在于，所述探測陣列結構包括：多個壓電 單元結構和支撐架；每一個壓電單元結構包括多條支撐條、支撐環(huán)、壓電片、探針和應變片； 其中，多條支撐條的一端相交于支撐環(huán)的中心，另一端分別均勻固定在支撐環(huán)上，支撐條的 數(shù)量為偶數(shù)個，形成中心對稱的結構；在每一條支撐條上均設置壓電片；在多條支撐條的 相交點的上部設置應變片；在相交點的下部設置探針；多個壓電單元結構設置在支撐架的 內(nèi)表面；各個壓電單元結構的探針與待測樣品接觸。
2. 如權利要求1所述的探測陣列結構，其特征在于，所述支撐條為長條狀。
3. 如權利要求1所述的探測陣列結構，其特征在于，所述支撐環(huán)為圓環(huán)狀。
4. 如權利要求1所述的探測陣列結構，其特征在于，所述探針的針尖的形狀為錐形。
5. 如權利要求1所述的探測陣列結構，其特征在于，在所述壓電單元結構中，在中心對 稱分布的每條支撐條的一個表面設置壓電片，構成單晶壓電單元結構；或者，在中心對稱的 每條支撐條的上表面和下表面分別設置壓電片，構成雙晶壓電單元結構。
6. -種乳腺彈性成像檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述檢測系統(tǒng)包括：探測陣列結構、壓電 阻抗測試儀、應變測量儀、數(shù)據(jù)采集卡和計算機；其中，探測陣列結構包括多個壓電單元結 構和支撐架；每一個壓電單元結構包括支撐環(huán)、多條支撐條、壓電片、應變片和探針；其中， 多條支撐條的一端相交于支撐環(huán)的中心，另一端分別均勻固定在支撐環(huán)上，支撐條的數(shù)量 為偶數(shù)個，形成中心對稱的結構；在每一條支撐條上均設置壓電片；在多條支撐條的相交 點的上部設置應變片；在相交點的下部設置探針；多個壓電單元結構設置在支撐架的內(nèi)表 面；各個壓電單元結構的探針與待測樣品接觸；所述壓電片通過控制線連接至壓電阻抗測 試儀；所述應變片通過控制線連接至應變測量儀；所述電阻抗測試儀和應變測量儀分別連 接至數(shù)據(jù)采集卡；所述數(shù)據(jù)采集卡連接至計算機。
7. 如權利要求6所述的檢測系統(tǒng)，其特征在于，多條控制線集成在支撐架上，再由支撐 架分別連接至壓電阻抗測試儀和應變測量儀，從而每一個壓電片分別通過控制線連接至壓 電阻抗測試儀的一個通道，以及每一個應變片分別通過控制線連接至應變測量儀的一個通 道。
8. 如權利要求6所述的檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述支撐條為長條狀。
9. 如權利要求6所述的檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述支撐環(huán)為圓環(huán)狀。
10. 如權利要求6所述的檢測系統(tǒng)，其特征在于，在所述壓電單元結構中，在中心對稱 分布的每條支撐條的一個表面設置壓電片，構成單晶壓電單元結構；或者，在中心對稱的每 條支撐條的上表面和下表面分別設置壓電片，構成雙晶壓電單元結構。
【專利摘要】本實用新型公開了一種乳腺彈性成像探測陣列結構及其檢測系統(tǒng)。本實用新型的探測陣列結構包括：多個壓電單元結構和支撐架；每一個壓電單元結構包括多條支撐條、支撐環(huán)、壓電片、探針和應變片；其中，多條支撐條的一端相交于支撐環(huán)的中心，另一端分別均勻固定在支撐環(huán)上，支撐條的數(shù)量為偶數(shù)個，形成中心對稱的結構；在每一條支撐條上均設置壓電片；在多條支撐條的相交點的上部設置應變片；在相交點的下部設置錐形的探針。本實用新型適合于癌變組織位于淺表層的乳腺癌，解決了超聲彈性成像難以完成的淺表層組織的探測難題；單可靠，既可協(xié)助醫(yī)務人員進行身體檢查，也可以適用家庭中日常的身體自查，有助于乳腺相關疾病的早發(fā)現(xiàn)與早治療。
【IPC分類】A61B5-05
【公開號】CN204428033
【申請?zhí)枴緾N201420846415
【發(fā)明人】李法新, 付際, 李曉, 譚池
【申請人】北京大學
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2014年12月26日