一种便携式太赫兹频谱成像仪及其在医疗诊断中的应用的制作方法

本发明涉及一种便携式成像仪，尤其涉及一种便携式太赫兹频谱成像仪及其在医疗诊断中的应用。

背景技术：

1、太赫兹频谱成像仪是一种基于太赫兹技术的成像设备，能够捕捉并呈现物质在太赫兹频段的频谱信息。太赫兹波具有独特的物理特性，如高频率、短波长、强穿透力以及对特定物质的高灵敏度等，这使得太赫兹频谱成像仪在多个领域具有广泛的应用前景。在成像原理上，太赫兹频谱成像仪利用太赫兹波与被探测物体之间的相互作用，通过捕捉反射波或透射波来进行成像。其系统通常包括太赫兹发射源、太赫兹探测器以及成像算法等关键组件。发射源产生太赫兹波，这些波在穿透或反射被测物体后被探测器接收，经过处理后生成被测物体的太赫兹图像。太赫兹频谱成像仪的应用场景十分广泛。在安检领域，它可以用于检测隐藏的物品，如塑料凶器、陶瓷手枪等，由于太赫兹波的非接触性和穿透性，这种成像仪能够实现对物体的无损检测。同时，太赫兹频谱成像仪还可用于工业无损检测，如对材料内部缺陷的检测。在生物医学领域，太赫兹成像技术可用于疾病的早期诊断和肿瘤检测，为医疗诊断提供新的手段。

2、现有的应用到肿瘤检测的太赫兹频谱成像仪主要包括基于连续波和基于脉冲波的太赫兹成像系统。这些系统能够利用太赫兹波的特性对肿瘤组织进行成像，从而帮助医生进行肿瘤的诊断和定位。然而，这些太赫兹频谱成像仪在肿瘤检测的实际应用过程中，存在以下技术问题：

3、(1)虽然现有的成像仪在某些方面已然具有较高的分辨率，但是在检测小型或者早期的肿瘤时，其分辨率会受到很大的影响，从而导致最终所得到的图像出现不清晰的情况。

4、(2)传统的成像仪在使用时往往是基于静态的、离散的医学图像数据进行分析，因此无法实现对肿瘤生长过程中的细微变化进行分析判别。

5、因此，急需一种便携式太赫兹频谱成像仪及其在医疗诊断中的应用来解决上述现有技术中所存在的技术问题。

技术实现思路

1、本发明克服了现有技术的不足，提供一种便携式太赫兹频谱成像仪及其在医疗诊断中的应用。

2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种便携式太赫兹频谱成像仪，包括：样品室，高速太赫兹发射源，高速太赫兹探测器，近场探针，数据采集与处理系统，用户界面。

3、所述样品室用于放置和固定待测肿瘤组织样品，包括：扫描平台，以及用于调整所述扫描平台所处位置的全方位位移控制电路。

4、所述高速太赫兹发射源产生并发射宽频带、高频率的太赫兹波，用于扫描所述待测肿瘤组织样品。

5、所述高速太赫兹探测器用于接收经由所述待测肿瘤组织样品反射后的太赫兹波，生成探测器远场信号。

6、所述近场探针用于探测所述待测肿瘤组织样品表面的倏逝波，生成探测针近场信号；

7、所述数据采集与处理系统用于收集所述探测器远场信号与探测针近场信号，并对所述探测器远场信号与探测针近场信号进行结合处理以及图像重建，得到所述待测肿瘤组织样品的太赫兹图像；

8、所述用户界面用于向操作人员显示实时太赫兹图像结果和诊断报告，包括：显示器，控制主机。

9、本发明一个较佳实施例中，所述数据采集与处理系统对所述探测器远场信号与探测针近场信号进行的结合处理为：利用近场信号所检测的高分辨率的图像信号对所述远场信号进行修正，弥补远场信号所检测的不足。所述远场信号检测的不足包括：癌变边界不清晰，变化趋势不明显等。

10、本发明一个较佳实施例中，所述高速太赫兹探测器通过对所述待测肿瘤组织样品进行连续时间序列的动态扫描，得到每个时间节点的光谱幅度和相位信息，并对所述光谱幅度和相位信息进行处理，得到所述探测器远场信号。

11、本发明一个较佳实施例中，所述近场探针为孔径型探针、散射型探针、纳米发光探针中的其中一种。

12、本发明一个较佳实施例中，所述近场探针通过收集连续时间序列下待测肿瘤组织样品表面的倏逝波，再进行耦合转化提高信噪比，得到所述探测针近场信号。

13、本发明一个较佳实施例中，所述数据采集与处理系统实时记录所述探测器远场信号与探测针近场信号每个时间点的光谱数据，并对所述光谱数据进行修正结合处理，重建出待检测肿瘤样品的图像，得到所述太赫兹图像。

14、本发明一个较佳实施例中，一种便携式太赫兹频谱成像仪在医疗诊断中的应用，包括以下步骤：

15、s1，使用便携式太赫兹频谱成像仪对待测肿瘤组织样品进行连续时间序列的动态扫描，获取每个时间节点的光谱幅度和相位信息的静态特征，对所获取的光谱幅度和相位信息进行预处理，消除干扰因素，得到待测肿瘤组织样品的动态特征；

16、s2，在动态扫描中，使用近场探针对待测肿瘤组织样品的表面进行逐点扫描，探测待测肿瘤组织样品表面的倏逝波，生成待测肿瘤组织样品局部表面的电磁场信息，得到关于待测肿瘤组织样品表面和近表面的详细特征；

17、s3，使用数据采集与处理系统提取光谱幅度和相位信息预处理后的动态特征，以及待测肿瘤组织样品表面和近表面的详细特征，结合未处理前的静态特征，通过滤波、去噪、相位恢复的方式，生成全面的动态光谱特征集；

18、s4，利用时间序列分析方法，对动态光谱特征集进行建模分析，以及使用图像重建算法构建样品的二维或三维图像，捕捉待测肿瘤组织样品在时间序列上的细微变化，判断待测肿瘤组织样品的性质；

19、s5，根据步骤s4中所判断的待测肿瘤组织样品的性质，对待测肿瘤组织样品进行预测和分类，结合其他临床信息和诊断方法，对待测肿瘤组织样品进行综合判断。

20、本发明一个较佳实施例中，在步骤s1中，所述预处理包括对所获取的光谱幅度和相位信息进行归一化、降噪处理，消除仪器噪声和排除外界的干扰。

21、本发明一个较佳实施例中，在步骤s2中，所述倏逝波中携带有所述待测肿瘤组织样品表面的详细信息，包括：亚波长尺度的形貌特征，折射率变化以及光学性质的差异。

22、本发明一个较佳实施例中，所述亚波长尺度的形貌特征用于揭示所述待测肿瘤组织样品表面的微小凹凸以及不平整部位；所述折射率变化用于揭示所述待测肿瘤组织样品组织与周围组织的边界；所述光学性质的差异用于揭示所述待测肿瘤组织样品对于光线的吸收、散射。

23、本发明一个较佳实施例中，在步骤s3中，所述动态光谱特征集由所述动态特征、详细特征和静态特征进行叠加、拼接或使用计算机学习算法进行特征融合所得；所述滤波由滤波器完成，所述去噪由基于深度学习的去噪算法完成，所述相位恢复由迭代相位恢复算法完成。

24、本发明解决了背景技术中存在的缺陷，本发明具备以下有益效果：

25、(1)本技术所提供的成像仪结合了远场成像和近场成像技术，并利用近场成像技术对远场成像技术进行进一步的优化改进，并且通过对疑似肿瘤组织进行连续时间序列的动态扫描，并记录光谱的幅度和相位信息，能够获取更全面的肿瘤样品特征集，远场成像提供了肿瘤组织的宏观结构和位置信息，而近场成像则能够揭示组织内部的微观结构和分子振动模式，同时成像仪内在连续时间序列下的动态扫描，通过对光谱信息的连续记录和分析，可以观察到肿瘤组织的生长情况、边界变化以及可能的转移趋势，为医生制定及时有效的治疗方案提供了重要依据，因此医生能够可以实时检测肿瘤组织的变化。

26、(2)本发明通过利用时间序列分析方法，能够实现对肿瘤的生长、变化进行连续、动态的监测，利用此方法能够捕捉到肿瘤组织在不同时间点上的细微变化，从而更准确的判断肿瘤的性质、大小以及未来生长发展趋势，从而有助于医生在早期阶段就能够发现肿瘤的存在，从而有效的提高治疗效果。

27、(3)本发明通过使用近场成像技术来修正远场成像技术，进而可以对肿瘤细胞的形态、大小和位置进行更精确的描绘，并且近场检测可以捕获到肿瘤细胞表面更近的电磁场变化，突出显示肿瘤组织与正常组织之间的差异，因此通常能够获得更强的信号。这有助于在复杂环境中更准确地识别肿瘤细胞，减少背景噪声和干扰的影响。由于远场检测有时可能受到散射、衍射和衰减等因素的影响，导致图像质量下降，因此通过增加近场检测可以修正这些影响，改善图像的清晰度和对比度，使肿瘤细胞的特征更加突出。

28、(4)本发明所利用的太赫兹波能够在不损伤组织的情况下进行成像，并且便携式太赫兹频谱成像仪进行医疗诊断时，患者无需承受传统检测方法可能带来的创伤和痛苦，不仅减轻了患者的身体负担，还有助于减少医疗风险和并发症的发生。

29、(5)远场与近场成像技术的结合以及连续时间序列动态扫描的应用，使得医生能够获取更全面的肿瘤样品特征集，并且时间序列分析方法的应用，从而能够进一步增强肿瘤检测的连续性和动态性，从而共同提升了肿瘤检测技术的准确性和有效性。