一種超聲近紅外聯(lián)合檢測(cè)探頭的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種超聲近紅外聯(lián)合檢測(cè)探頭，包括探測(cè)頭、握柄、近紅外模塊和超聲模塊，其中，握柄連接在探測(cè)頭的后端，且在握柄的末端分別引出近紅外模塊信號(hào)線和超聲模塊信號(hào)線；超聲模塊設(shè)于探測(cè)頭的前端，通過(guò)超聲換能器信號(hào)線連接超聲模塊信號(hào)線；近紅外模塊包括數(shù)對(duì)光敏元件和發(fā)光二極管，設(shè)于探測(cè)頭的前端，并間隔均勻地位于超聲模塊的兩側(cè)，其中，每個(gè)光敏元件都通過(guò)一根光敏元件信號(hào)線連接近紅外模塊信號(hào)線，每只發(fā)光二極管都通過(guò)一根二極管驅(qū)動(dòng)線連接近紅外模塊信號(hào)線。此種探頭結(jié)構(gòu)可結(jié)合超聲檢測(cè)與近紅外檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)，提高體腔檢測(cè)的分辨率。
【專利說(shuō)明】
一種超聲近紅外聯(lián)合檢測(cè)探頭
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種探頭，特別涉及一種聯(lián)合超聲檢測(cè)技術(shù)與近紅外檢測(cè)技術(shù)的探頭結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]近紅外譜區(qū)是指介于可見光區(qū)和中紅外區(qū)之間的電磁波，根據(jù)美國(guó)試驗(yàn)和材料協(xié)會(huì)(ASTM)規(guī)定，其波長(zhǎng)范圍為700nm?2500nm。近紅外光譜技術(shù)(NIR)是一種高效快速的現(xiàn)代分析技術(shù)，它綜合運(yùn)用了計(jì)算機(jī)技術(shù)、光譜技術(shù)和化學(xué)計(jì)量等多個(gè)學(xué)科的最新研究成果，以分析速度快、效率高、成本低、測(cè)試重現(xiàn)性好、無(wú)損等優(yōu)勢(shì)在多個(gè)領(lǐng)域得到了日益廣泛的應(yīng)用，并已逐漸得到大眾的普遍接受和官方的認(rèn)可。近紅外光譜技術(shù)已作為被官方認(rèn)證的一種檢測(cè)技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域的檢測(cè)中，如農(nóng)業(yè)、食品、生化、紡織、藥物、聚合物、石油化工和環(huán)保等領(lǐng)域。
[0003]漫反射光譜在近紅外光譜分析中具有十分重要的地位，在各類樣品中(特別是具有高散射特性的生物組織)均可以使用漫反射測(cè)量方法。對(duì)于生物組織，漫反射測(cè)量原理是:把生物組織看成是光學(xué)渾濁物質(zhì)，利用近紅外波段光的較為理想透明性以及組織之間的光學(xué)性質(zhì)區(qū)別，通過(guò)分析組織內(nèi)部多次散射和反射出的帶有被測(cè)組織信息的近紅外光譜完成組織參數(shù)的檢測(cè)。近年來(lái)，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，近紅外光譜分析技術(shù)本身由于對(duì)人的身體沒(méi)有任何損害或探傷，可以直接進(jìn)行活體檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，讓過(guò)去無(wú)法開展的研究工作得以實(shí)現(xiàn)，對(duì)于臨床研究和生命化學(xué)都具有非常大的意義。首先，650nm-900nm(被稱為“光譜窗口”(spectrum window))的近紅外光在人體組織中穿透的深度可以達(dá)到cm級(jí)，可以反映生物組織中血色素含量變化和獲得生物組織的功能信息。第二，診斷用的近紅外光是弱光，長(zhǎng)期照射生物組織不會(huì)對(duì)組織造成傷害，故適合做長(zhǎng)期、連續(xù)的組織信息監(jiān)測(cè)。因此，近紅外光譜技術(shù)被廣泛應(yīng)用于測(cè)量局部血流參數(shù)(“8?，“8￥，“1?02)、組織的光學(xué)參數(shù)(吸收系數(shù)4&和約化散射系數(shù)μ, s)和S02、Hb與Hb02的濃度。近紅外光在生物組織中具有較強(qiáng)的穿透能力，在某些組織中有效穿透深度可達(dá)5cm。
[0004]然而，近紅外光檢測(cè)人體組織的時(shí)候主要存在如下問(wèn)題:
[0005]I)檢測(cè)深度有限:人體組織對(duì)近紅外光具有強(qiáng)烈的散射和吸收作用，因此采用CW模式測(cè)量原理的設(shè)備，有效檢測(cè)深度有限。對(duì)于檢測(cè)深度要求大于1cm的腹部，單獨(dú)采用近紅外光，將無(wú)法精確檢測(cè)到組織深部的出血情況。
[0006]2)空間分辨率較差:光源和檢測(cè)器分布數(shù)量是一定的，加之組織對(duì)光的強(qiáng)烈散射作用，CW模式的成像分辨率為cm級(jí)。因此，無(wú)法提供精確的出血位置、體積等信息，同時(shí)，也無(wú)法提供精確的組織解剖結(jié)構(gòu)信息。
[0007]超聲波檢查(US檢查)是利用人體對(duì)超聲波的反射進(jìn)行觀察，已廣泛應(yīng)用在人體多個(gè)臟器的常規(guī)檢查中，尤其在心臟、淺表器官、肝膽胰脾、血管等檢查中有較高的靈敏度和準(zhǔn)確度，在檢測(cè)深度和空間分辨率方面可以極大地彌補(bǔ)近紅外光譜檢測(cè)的不足。
[0008]基于以上分析，本案由此產(chǎn)生。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的，在于提供一種超聲近紅外聯(lián)合檢測(cè)探頭，其可結(jié)合超聲檢測(cè)與近紅外檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)，提高體腔檢測(cè)的分辨率。
[0010]為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的解決方案是:
[0011]—種超聲近紅外聯(lián)合檢測(cè)探頭，包括探測(cè)頭、握柄、近紅外模塊和超聲模塊，其中，握柄連接在探測(cè)頭的后端，且在握柄的末端分別引出近紅外模塊信號(hào)線和超聲模塊信號(hào)線;超聲模塊設(shè)于探測(cè)頭的前端，通過(guò)超聲換能器信號(hào)線連接超聲模塊信號(hào)線;近紅外模塊包括數(shù)對(duì)光敏元件和發(fā)光二極管，設(shè)于探測(cè)頭的前端，并間隔均勻地位于超聲模塊的兩側(cè)，其中，每個(gè)光敏元件都通過(guò)一根光敏元件信號(hào)線連接近紅外模塊信號(hào)線，每只發(fā)光二極管都通過(guò)一根二極管驅(qū)動(dòng)線連接近紅外模塊信號(hào)線。
[0012]上述握柄的前端與探測(cè)頭的后端連接，整體呈T字型。
[0013]上述光敏元件和發(fā)光二極管分列在超聲模塊的兩側(cè)。
[0014]上述光敏元件和發(fā)光二極管間隔排布。
[0015]上述發(fā)光二極管采用輪流發(fā)光的工作方式。
[0016]采用上述方案后，本發(fā)明具有以下特點(diǎn):
[0017](I)本發(fā)明將近紅外檢測(cè)技術(shù)與超聲檢測(cè)技術(shù)結(jié)合在一起，聯(lián)合二者的優(yōu)點(diǎn)，提高體腔檢測(cè)的分辨率;而由于技術(shù)以及缺乏創(chuàng)新等原因，市場(chǎng)上并沒(méi)有將兩種技術(shù)優(yōu)點(diǎn)結(jié)合在一起的產(chǎn)品存在；
[0018](2)近紅外模塊的發(fā)光二極管采用依次輪流發(fā)光的工作方式，提高了近紅外檢測(cè)的空間分辨率；
[0019](3)本發(fā)明的近紅外部分和超聲部分獨(dú)立實(shí)現(xiàn)，并分別連接后端的數(shù)據(jù)總線，和已有的光聲探頭存在本質(zhì)的區(qū)別，此處雖為聯(lián)合，但兩者在原理上并不相互影響；
[0020](4)通過(guò)鎖相放大的方式對(duì)近紅外信號(hào)進(jìn)行處理，鎖相放大電路基于相干檢測(cè)原理，利用自相關(guān)與互相關(guān)運(yùn)算，將混有噪聲的周期性輸入信號(hào)和參考信號(hào)作相乘和積分，從噪聲中檢測(cè)出有用信號(hào)，同時(shí)通過(guò)互相關(guān)運(yùn)算削弱噪聲，在微弱信號(hào)檢測(cè)方面顯示出了非常優(yōu)秀的性能，在科學(xué)研究的各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1是本發(fā)明的側(cè)視圖；
[0022]圖2是本發(fā)明的俯視圖。
[0023]圖3是圖2的A-A剖面圖；
[0024]圖4A是本發(fā)明正面圖的一種實(shí)施結(jié)構(gòu)圖；
[0025]圖4B是本發(fā)明正面圖的另一種實(shí)施結(jié)構(gòu)圖；
[0026]圖5是本發(fā)明近紅外模塊中發(fā)光二極管的工作方式示意圖；
[0027]圖6是本發(fā)明中探頭后端的數(shù)據(jù)流示意圖；
[0028]圖7是本發(fā)明中近紅外信號(hào)的處理過(guò)程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]以下將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案及有益效果進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0030]如圖1和圖2所示，本發(fā)明提供一種超聲近紅外聯(lián)合檢測(cè)探頭，包括探測(cè)頭4、握柄
5、近紅外模塊和超聲模塊，下面分別介紹。
[0031]探測(cè)頭4的后端與握柄5的前端相連接，整體呈T字型，其中，探測(cè)頭4用于設(shè)置近紅外模塊與超聲模塊的探測(cè)元件，握柄5用于供使用者握持，且在握柄5的末端分別引出近紅外模塊信號(hào)線6和超聲模塊信號(hào)線7。
[0032]配合圖3所示，超聲模塊主要是指超聲換能器，超聲換能器設(shè)于探測(cè)頭4的前端，用于進(jìn)行超聲檢測(cè)，其通過(guò)超聲換能器信號(hào)線43連接超聲模塊信號(hào)線7。
[0033]近紅外模塊包括數(shù)對(duì)光敏元件I和發(fā)光二極管2，設(shè)于探測(cè)頭4的前端，并間隔均勻地位于超聲換能器的兩側(cè)，其中，每個(gè)光敏元件I都通過(guò)一根光敏元件信號(hào)線41連接近紅外模塊信號(hào)線6，類似的，每只發(fā)光二極管2都通過(guò)一根二極管驅(qū)動(dòng)線42連接近紅外模塊信號(hào)線6(圖中只畫出一組光敏元件信號(hào)線41和二極管驅(qū)動(dòng)線42的示意圖，以表示A-A截圖上一對(duì)光敏元件I和發(fā)光二極管2與后端近紅外模塊信號(hào)線6的連接情況)。
[0034]當(dāng)涉及到對(duì)光敏元件I和發(fā)光二極管2的具體排布時(shí)，既可以如圖4A所示，將光敏元件I和發(fā)光二極管2分列在超聲換能器的兩側(cè)，也可以如圖4B所示，將光敏元件I和發(fā)光二極管2間隔排布，當(dāng)然也可以有其他的排布方式，可根據(jù)具體的實(shí)現(xiàn)方式來(lái)決定。
[0035]配合圖5所示，以12支發(fā)光二極管為例，在具體工作時(shí)，為了增加空間分辨率，發(fā)光二極管2可采用輪流發(fā)光的工作方式，同一時(shí)間只有一支發(fā)光二極管工作，但所有的光敏元件I始終在檢測(cè)信號(hào)強(qiáng)弱，通過(guò)對(duì)比不同部位光敏元件接受信號(hào)的強(qiáng)弱，就能夠有效地增加近紅外的空間分辨率。基于這種依次發(fā)光的事實(shí)，采用圖4A和圖4B不同的實(shí)現(xiàn)方式，便會(huì)產(chǎn)生不同的分辨效果。
[0036]如圖6所示是本發(fā)明中探頭后端的數(shù)據(jù)流示意圖，更詳細(xì)地將近紅外模塊信號(hào)線6內(nèi)的數(shù)據(jù)流分為二極管驅(qū)動(dòng)信息流和光敏元件信號(hào)反饋信息流，分別對(duì)應(yīng)二極管驅(qū)動(dòng)線42和光敏元件信號(hào)線41，二極管驅(qū)動(dòng)信息流和光敏元件信號(hào)反饋信息流均受其后鎖相放大預(yù)處理電路的控制，該鎖相放大預(yù)處理電路位于探頭外部。經(jīng)鎖相放大預(yù)處理電路處理過(guò)的數(shù)據(jù)流連同超聲模塊信號(hào)流一同送往后端的上位機(jī)8進(jìn)行深層次處理顯示。
[0037]結(jié)合圖7所示，是近紅外信號(hào)的整體處理過(guò)程示意圖，信號(hào)處理電路主要包括主控電路、恒流源驅(qū)動(dòng)電路、鎖相放大電路和采集與顯示電路，其中，主控電路通過(guò)恒流源驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管發(fā)光工作，同時(shí)產(chǎn)生參考信號(hào)送入鎖相放大電路，而光敏元件檢測(cè)到的光電信號(hào)也送入鎖相放大電路，由鎖相放大電路進(jìn)行處理后送入采集與顯示電路，進(jìn)行處理結(jié)果的顯示。
[0038]以上實(shí)施例僅為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動(dòng)，均落入本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種超聲近紅外聯(lián)合檢測(cè)探頭，其特征在于:包括探測(cè)頭、握柄、近紅外模塊和超聲模塊，其中，握柄連接在探測(cè)頭的后端，且在握柄的末端分別引出近紅外模塊信號(hào)線和超聲模塊信號(hào)線;超聲模塊設(shè)于探測(cè)頭的前端，通過(guò)超聲換能器信號(hào)線連接超聲模塊信號(hào)線;近紅外模塊包括數(shù)對(duì)光敏元件和發(fā)光二極管，設(shè)于探測(cè)頭的前端，并間隔均勻地位于超聲模塊的兩側(cè)，其中，每個(gè)光敏元件都通過(guò)一根光敏元件信號(hào)線連接近紅外模塊信號(hào)線，每只發(fā)光二極管都通過(guò)一根二極管驅(qū)動(dòng)線連接近紅外模塊信號(hào)線。2.如權(quán)利要求1所述的一種超聲近紅外聯(lián)合檢測(cè)探頭，其特征在于:所述握柄的前端與探測(cè)頭的后端連接，整體呈T字型。3.如權(quán)利要求1所述的一種超聲近紅外聯(lián)合檢測(cè)探頭，其特征在于:所述光敏元件和發(fā)光二極管分列在超聲模塊的兩側(cè)。4.如權(quán)利要求1所述的一種超聲近紅外聯(lián)合檢測(cè)探頭，其特征在于:所述光敏元件和發(fā)光二極管間隔排布。5.如權(quán)利要求1所述的一種超聲近紅外聯(lián)合檢測(cè)探頭，其特征在于:所述發(fā)光二極管采用輪流發(fā)光的工作方式。
【文檔編號(hào)】A61B8/00GK105919554SQ201610234917
【公開日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年4月15日
【發(fā)明人】李韙韜, 張言, 錢志余
【申請(qǐng)人】南京航空航天大學(xué)