一種便攜式前列腺癌篩選掃描設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種便攜式前列腺癌篩選掃描設(shè)備，包括一經(jīng)直腸電極陣列裝置，所述的經(jīng)直腸電極陣列裝置的數(shù)據(jù)線通過信號放大器與計算機連接，通過經(jīng)直腸電極陣列裝置向前列腺注入一定強度和頻率的電流，并測量注入電流產(chǎn)生的誘發(fā)電位信號，由計算機對上述注入電流和測量的誘發(fā)電位信號進行實時分析和處理，從而輸出用于前列腺癌的篩選掃描的三維前列腺電阻抗的分布圖。本發(fā)明通過經(jīng)直腸電極陣列裝置對前列腺組織進行可控的電流注入，并同時采集注入電流在前列腺區(qū)域的誘發(fā)電位信號，經(jīng)信號放大后輸入到計算機中進行數(shù)據(jù)處理與分析，最后輸出用于前列腺癌的篩選掃描的三維前列腺電阻抗的分布圖，從而實現(xiàn)了快速對前列腺癌進行篩選、診斷，且成本低。
【專利說明】一種便攜式前列腺癌篩選掃描設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于生物電阻抗成像【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種低成本的便攜式前列腺癌篩選掃描設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]前列腺癌是嚴(yán)重危害老年男性健康的泌尿系惡性腫瘤。近年來其發(fā)病率成上升趨勢。在歐美國家，前列腺癌是發(fā)病率最高的惡性腫瘤，其死亡率僅次于肺癌。1992年，美國白人前列腺癌發(fā)病率約為404.5/10萬人口男性，黑人可達477.2/10萬人口男性。我國前列腺癌發(fā)病率約為241/10萬人口男性，明顯低于西方國家，但隨著物質(zhì)生活的改善，人均壽命的延長，我國前列腺癌發(fā)病率明顯呈上升趨勢。
[0003]前列腺穿刺活組織檢查是前列腺癌最終確診的主要檢測手段。前列腺穿刺活組織檢查是一種創(chuàng)傷性的檢查，在穿刺檢查之前，通常應(yīng)用血清中的前列腺特異抗原分析(PSA)是作為前列腺癌初步篩選檢測的手段。前列腺特異抗原分析結(jié)果成陽性的病人再進一步進行前列腺穿刺活組織檢查來確診前列腺癌。然而，前列腺特異性抗原檢查的假陽性率高達30%。換句話說，前列腺特異性抗原檢查發(fā)現(xiàn)異常的男性當(dāng)中有1/3的人根本不存在前列腺癌。引起前列腺特異性抗原水平異常升高的因素有很多，其中包括前列腺感染、良性前列腺增生以及近期膀胱感染等。因此，泌尿科臨床上急需一種可靠的，無損的，經(jīng)濟的前列腺癌篩選檢測的手段。
[0004]電阻抗成像技術(shù)(Electrical Impedance Tomography,EIT)是于八十年代出現(xiàn)的新一代有效的無損傷功 能成像技術(shù)。EIT技術(shù)是通過配置于人體體表的電極陣，提取與人體生理、病理狀態(tài)相關(guān)的組織或器官的電特性信息。生物組織的電導(dǎo)率含有大量的反應(yīng)組織、器官生理狀態(tài)及功能的信息，電阻抗斷層成像技術(shù)(EIT)是以低頻安全電流流過生物組織時呈現(xiàn)出的電導(dǎo)率(或電阻率)為依據(jù)進行的無創(chuàng)成像技術(shù)研究。EIT技術(shù)能夠反映目標(biāo)物體的解剖學(xué)結(jié)構(gòu)，更重要的是，可望給出功能性圖像結(jié)果。這是x-ct、超聲等其它成像技術(shù)無法相比的。采用X射線獲取人體斷層圖像的X-CT和采用聚集聲速的超聲技術(shù)提供人體結(jié)構(gòu)圖像，都屬于第二代成像技術(shù)，這種結(jié)構(gòu)圖像只有當(dāng)疾病已經(jīng)發(fā)生，并形成器質(zhì)性病變，且相關(guān)組織與器官的結(jié)構(gòu)已經(jīng)改變(如已形成一定大小的腫瘤)時，才能給出診斷結(jié)果。它以確定發(fā)生的結(jié)構(gòu)性變化為醫(yī)生提供臨床診斷依據(jù)。疾病的發(fā)生，相關(guān)組織與器官的功能性變化往往先于器質(zhì)性病變，經(jīng)過一定的功能代償期(或潛伏期)后，發(fā)展成器質(zhì)性病變，出現(xiàn)組織與器官結(jié)構(gòu)性變化。如能在疾病的潛伏期或功能代償期，即在組織或器官結(jié)構(gòu)性變化出現(xiàn)之前，及時檢測和確認(rèn)該組織與器官的功能性變化，對于相關(guān)疾病的普查、預(yù)防和診斷治療非常有利。
[0005]研究表明，前列腺組織中發(fā)生癌變的組織的導(dǎo)電率和正常組織的導(dǎo)電率有顯著的不同。因此，如果能夠利用EIT來獲得前列腺組織的三維電阻抗分布圖，那么前列腺組織有沒有發(fā)生癌變，如果有，癌變的位置和大小可以通過前列腺組織的三維分布圖上識別出來，從而實現(xiàn)前列腺癌初期篩選診斷的效果。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種簡單、經(jīng)濟、高效的前列腺癌篩選掃描設(shè)備以實現(xiàn)前列腺癌的初期篩選診斷。
[0007]本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種便攜式前列腺癌篩選掃描設(shè)備，包括一經(jīng)直腸電極陣列裝置，通過所述的經(jīng)直腸電極陣列裝置對前列腺組織進行可控的電流注入，并同時采集注入電流在前列腺區(qū)域的誘發(fā)電位信號，經(jīng)信號放大后輸入到計算機中進行數(shù)據(jù)的處理與分析，最后由計算機輸出用于前列腺癌的篩選掃描的三維前列腺電阻抗的分布圖。
[0008]所述的經(jīng)直腸電極陣列裝置包括一中空的圓柱體狀經(jīng)直腸探頭，在所述的經(jīng)直腸探頭外表面均勻布設(shè)有128個電極；所述的128個電極分為8組，每組構(gòu)成一環(huán)形電極組，每一環(huán)形電極組由16個均勻分布的所述電極組成。
[0009]在所述的經(jīng)直腸探頭的表面設(shè)有一用來關(guān)聯(lián)電極陣列和前列腺的相對位置的半圓形凸起。
[0010]所述的經(jīng)直腸探頭直徑為20mm，長度為200mm。
[0011]所述的經(jīng)直腸探頭為塑膠制成。
[0012]所述的電極的連接導(dǎo)線通過經(jīng)所述的直腸探頭內(nèi)部的空間伸出。
[0013]本發(fā)明通過所述的經(jīng)直腸電極陣列裝置對前列腺組織進行可控的電流注入，并同時采集注入電流在前 列腺區(qū)域的誘發(fā)電位信號，經(jīng)信號放大后輸入到計算機中進行數(shù)據(jù)的處理與分析，最后由計算機輸出用于前列腺癌的篩選掃描的三維前列腺電阻抗的分布圖，從而實現(xiàn)了快速地對前列腺癌進行篩選、診斷，且成本低。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明實施例提供的前列腺癌篩選掃描設(shè)備的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0015]圖2是本發(fā)明實施例提供的經(jīng)直腸電極陣列裝置的側(cè)視示意圖；
[0016]圖3是本發(fā)明實施例提供的經(jīng)直腸電極陣列裝置的俯視示意圖；
[0017]圖4是本發(fā)明實施例提供的生物電阻抗成像的原理示意圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合實例對本發(fā)明的實質(zhì)性特點和優(yōu)勢作進一步的說明，但本發(fā)明并不局限于所列的實施例。
[0019]本發(fā)明是基于人體生物電阻抗成像技術(shù)，融合了最新的經(jīng)直腸電極陣列設(shè)計，最新的電阻抗成像算法以及最新的人體器官建模技術(shù)設(shè)計而成。
[0020]本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種便攜式前列腺癌篩選掃描設(shè)備，包括一經(jīng)直腸電極陣列裝置，通過所述的經(jīng)直腸電極陣列裝置對前列腺組織進行可控的電流注入，并同時采集注入電流在前列腺區(qū)域的誘發(fā)電位信號，經(jīng)信號放大后輸入到計算機中進行數(shù)據(jù)的處理與分析，最后輸出用于前列腺癌的篩選掃描的三維前列腺電阻抗的分布圖。
[0021 ] 參見圖1所示，本發(fā)明中，所述的經(jīng)直腸電極陣列裝置8通過信號放大器與計算機相連接，所述信號放大器還連接有一作為經(jīng)直腸電極陣列裝置8記錄誘發(fā)電位信號時的參考電極的地面帶9，由所述的計算機通過其內(nèi)置程序控制所述的經(jīng)直腸電極陣列裝置8的一對電極向前列腺組織注入一定強度和頻率的可控的電流，并控制所述的經(jīng)直腸電極陣列裝置8中的其它電極測得的注入電池在前列腺區(qū)域產(chǎn)生的誘發(fā)電位信號通過信號放大器放大后經(jīng)數(shù)據(jù)線進入計算機；由所述的計算機運用其內(nèi)置的專門軟件程序生物電阻抗算法對注入電流和測量的誘發(fā)電位信號進行實時的數(shù)據(jù)分析和處理，最后輸出三維前列腺電阻抗的分布圖，用于前列腺癌的篩選掃描。
[0022]參見圖2所示，所述的經(jīng)直腸電極陣列裝置8包括一中空的圓柱體狀經(jīng)直腸探頭1，在所述的經(jīng)直腸探頭I外表面均勻布設(shè)有128個電極2 ;所述的128個電極分為8組，每組構(gòu)成一環(huán)形電極組，每一環(huán)形電極組由16個均勻分布的所述電極組成。所述的環(huán)形電極組的排列見圖2所示，從所述的經(jīng)直腸探頭I的插入端始，自所述的輸出端7，均勻布設(shè)在所述的經(jīng)直腸探頭I表面，見第一環(huán)形電極組4，第四環(huán)形電極組5以及第七環(huán)形電極組6。參見圖3所示，所述的每一環(huán)形電極組的16個電極均勻分布，形成所述的環(huán)形電極組。
[0023]所述的輸出端7用于電極導(dǎo)線輸出后所述的信號放大器連接。再參見圖1所示，其中，每一環(huán)形電極組采集的信號分別輸入所述的信號放大器的一個輸入端，所述信號放大器設(shè)有8個輸入端。
[0024]參見圖2所示，在所述的經(jīng)直腸探頭I的表面靠近輸出端7設(shè)有一用來關(guān)聯(lián)電極陣列和前列腺的相對位置的半圓形凸起3。
[0025]所述的經(jīng)直腸探頭I直徑為20mm，長度為200mm。
[0026]所述的經(jīng)直腸探頭I為塑膠制成。
[0027]所述的電極2的連接導(dǎo)線通過經(jīng)所述的直腸探頭I內(nèi)部的空間伸出。
[0028]下面，對本發(fā)明的`原理及工作過程說明如下:
[0029]前列腺模型的構(gòu)造時，首先從病人前列腺的醫(yī)學(xué)圖像中構(gòu)造出前列腺的幾何模型，在病人的醫(yī)學(xué)影像不存在的情況下，可以采用系統(tǒng)中集成的通用的前列腺模型來替代病人特有的模型。電流強度為ImA電流通過經(jīng)直腸電極陣列中的電極注入到前列腺及周圍的組織中，注入電流產(chǎn)生的電位通過經(jīng)直腸電極陣列中其他的電極對來測量得到。通過生物電阻抗的算法由已知的注入電流參數(shù)和測量的電位數(shù)據(jù)構(gòu)造出電阻抗在三維前列腺模型中的分布。癌變的前列腺組織與正常的前列腺組織的電阻抗有顯著不同，因為，癌變的前列腺組織的位置和大小，可以從三維電阻抗的分布圖中區(qū)分出來。
[0030]本發(fā)明中所用的前列腺模型的構(gòu)造方法由存儲于所述的計算中的病人專有幾何模型構(gòu)造功能模塊來實現(xiàn)。該功能模塊能夠從病人的醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)(超聲，CT或MR影像)中構(gòu)造出來病人專有的前列腺的幾何模型。在病人的前列腺模型構(gòu)造過程中，首先通過對病人的影像數(shù)據(jù)進行醫(yī)學(xué)圖像分割來識別前列腺組織在每一幀醫(yī)學(xué)影像上的邊界，然后應(yīng)用三維重構(gòu)算法從識別出來的邊界上重構(gòu)前列腺的表面模型；封閉的前列腺的表面模型的所謂起來的體積就是前列腺的均質(zhì)的體積模型，最后用三維體積剖分算法對前列腺的體積模型進行四面體剖分，從而生成EIT算法開發(fā)所需的三維前列腺的有限元模型。
[0031]本發(fā)明中，前列腺電阻抗的三維分布通過生物電阻抗成像算法實現(xiàn)。
[0032]參見圖4所示，使用時，將所述的經(jīng)直腸電極陣列裝置首先布置在待成像的器官的表面，然后，通過計算機程序控制將一定強度和頻率的電流通過經(jīng)直腸電極陣列裝置中的一對電極注入到待成像的器官中，注入電流產(chǎn)生的誘發(fā)電位信號可以通過所述的經(jīng)直腸電極陣列裝置的其他電極來測量。通過內(nèi)置于計算機中的生物電阻抗成算法可以從已知的注入電流的位置，強度和頻率以及測量的注入電流時誘發(fā)的電位信號來計算出來生物電阻抗在該器官中的三維分布。
[0033]本發(fā)明中，生物電阻抗成像算是在生物體外加一定的電流I，通過測得生物體外界的電量信息V來重構(gòu)生物體的阻抗Ω分布。本發(fā)明實施例中，采用ImA的注入電流，通過所述的經(jīng)直腸電極陣列裝置，取得的前列腺三維電阻抗分布圖。其原理可用圖2中一簡單的16電極的EIT系統(tǒng)來說明。
[0034]在這個系統(tǒng)中，16個電極均勻分布在圓形生物組織的邊界上。一對分布在生物組織兩側(cè)的電極被用來注入電流I，相鄰的電極對被用來測量注入電流引起的電位V。在所有相鄰電極對上的電壓都被測量之后，注入電流的電極對變換為鄰近它們的電極對，并重新注入電流。同樣的，相鄰的電極對被用來測量注入電流引起的電位。這個過程就按照這種方式進行下去，直到獲得所有可能的電壓對。對于任何一種注入電流的方式，電位的控制方程可以寫為:
[0035]
【權(quán)利要求】
1.一種便攜式前列腺癌篩選掃描設(shè)備，其特征在于，包括一經(jīng)直腸電極陣列裝置，通過所述的經(jīng)直腸電極陣列裝置對前列腺組織進行可控的電流注入，并同時采集注入電流在前列腺區(qū)域的誘發(fā)電位信號，經(jīng)信號放大后輸入到計算機中進行數(shù)據(jù)的處理與分析，最后由計算機輸出用于前列腺癌的篩選掃描的三維前列腺電阻抗的分布圖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式前列腺癌篩選掃描設(shè)備，其特征在于，所述的經(jīng)直腸電極陣列裝置包括一中空的圓柱體狀經(jīng)直腸探頭，在所述的經(jīng)直腸探頭外表面均勻布設(shè)有.128個電極；所述的128個電極分為8組，每組構(gòu)成一環(huán)形電極組，每一環(huán)形電極組由16個均勻分布的所述電極組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的便攜式前列腺癌篩選掃描設(shè)備，其特征在于，在所述的經(jīng)直腸探頭的表面設(shè)有一用來關(guān)聯(lián)電極陣列和前列腺的相對位置的半圓形凸起。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的便攜式前列腺癌篩選掃描設(shè)備，其特征在于，所述的經(jīng)直腸探頭直徑為20mm,長度為200mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的便攜式前列腺癌篩選掃描設(shè)備，其特征在于，所述的經(jīng)直腸探頭為塑膠制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的便攜式前列腺癌篩選掃描設(shè)備，其特征在于，所述的電極的連接導(dǎo)線通過經(jīng)所述的直腸探頭內(nèi)部的空間伸出。
【文檔編號】A61B5/053GK103815903SQ201210461408
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2012年11月16日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月16日
【發(fā)明者】張春雨 申請人:張春雨