一種各向異性生物組織介電特性測量電極與測量方法
2023-04-26 10:00:06 1
專利名稱：一種各向異性生物組織介電特性測量電極與測量方法
技術領域：
本發明屬於電測量領域，具體涉及一種各向異性生物組織介電特性測量電極與測
量方法。
背景技術：
目前，進行測量生物組織介電特性時，需要首先測量被測生物組織在不同頻率下的電阻抗，再使用測量電極的電極常數，計算被測生物組織在不同頻率下的電導率和相對介電係數，從而得到生物組織的介電特性。在進行生物組織電阻抗測量時，由於電極皮膚之間存在較大的接觸阻抗，為了降低此接觸阻抗的影響，一般使用四電極法進行測量，一對電極用於施加激勵，另一對電極進行測量。由於離體生物組織的介電特性與在體生物組織的介電特性有較大差別，所以為了準確得到生物組織的介電特性，需要在體測量生物組織的介電特性。目前，在體測量生物組織介電特性時，一般採用四電極法，其測量電極一般由四根金屬針構成，四根金屬針排成一排，外側的一對金屬針作為激勵電極，內側的一對金屬針作為測量電極。測量時，一般金屬針插入被測組織內，或者貼於被測組織表面。但是，根據仿真研究發現，當被測生物組織的介電特性表現為各向同性時，此介電特性測量方法可以較為準確地得到被測組織的介電特性；但同時，這種結構的測量電極對介電特性的各向異性並不敏感，當設定被測組織在平行於和垂直於金屬針排列方向的電導率比值為1 10時， 測量得到的電導率比值卻為1 1.02(此比值根據電極尺寸的不同而略有變化)，可見這種測量電極與測量方法並不能用於在體測量各向異性生物組織的介電特性。導致這種現象出現的原因在於這種傳統的測量電極在被測生物組織內建立的電場不是平行電場，電場的形狀不但與平行於電極排列方向的介電特性有關，而且與垂直於電極排列方向的介電特性有關，同時，用於計算生物組織電阻抗的激勵電流的方向與分布也同時與平行和垂直於電極排列方向的介電特性有關，這就導致使用這種傳統的測量電極與測量方法時，平行和垂直兩個方向的介電特性互相影響，從而不能準確測量被測組織在不同方向的介電特性。所以，需要一種能夠降低或者消除平行和垂直兩個方向介電特性的互相影響，能夠用於在體測量各向異性生物組織介電特性的測量電極與測量方法。
發明內容
本發明的目的在於提供一種能夠降低或者消除平行和垂直兩個方向介電特性的互相影響，通過在體測量，準確地得到各向異性生物組織不同方向介電特性的測量電極與測量方法。為達到上述目的，本發明的測量電極包括電極基座以及垂直固定在電極基座上的若干根金屬針排成一排的第一排金屬針，在電極基座上還垂直固定有與第一排金屬針平行且與第一排金屬針相對應的第二排金屬針，在第二排金屬針兩端的電極基座上垂直固定有與第二排金屬針相垂直的第三、第四排金屬針；且在第一排金屬針和第二排金屬針之間固定有與電極基座相垂直的正測量電極和負測量電極。所述的第一排金屬針由七根不鏽鋼針組成正激勵電極。所述的第二排金屬針由七根不鏽鋼針組成，第三、第四排金屬針均由三根不鏽鋼針組成；其中第二排金屬針的中間三根不鏽鋼針構成計算用負激勵電極；第三、第四排及第二排兩端的兩個不鏽鋼針共同構成了保護用負激勵電極。所述的正測量電極和負測量電極固定在正激勵電極中間的不鏽鋼針與計算用負激勵電極中間的不鏽鋼針之間的連線上。所述的構成正激勵電極的第一排不鏽鋼針各相鄰鋼針之間的間距為2mm，第二、第三和第四排不鏽鋼針各相鄰鋼針之間的間距為2mm，正測量電極和負測量電極之間的間距為2mm，正測量電極和負測量電極與第一、第二排不鏽鋼針中相鄰不鏽鋼針之間的間距為 1. 5mm0本發明的測量方法如下在進行生物組織介電特性測試時，首先向正激勵電極施加一個電壓激勵信號，同時將保護用負激勵電極接地，將計算用負激勵電極接電流測量電路，將正負測量電極接電壓測量電路；然後，測量得到測量電壓V和激勵電流I ；最後，使用測量電壓V除以激勵電流I則得到被測組織的電阻抗Z ；通過下式得到被測組織的等效電阻R和等效電容C
權利要求
1.一種各向異性生物組織介電特性測量電極，其特徵在於包括電極基座(23)以及垂直固定在電極基座(23)上的若干根金屬針排成一排的第一排金屬針，在電極基座(23)上還垂直固定有與第一排金屬針平行且與第一排金屬針相對應的第二排金屬針，在第二排金屬針兩端的電極基座(23)上垂直固定有與第二排金屬針相垂直的第三、第四排金屬針；且在第一排金屬針和第二排金屬針之間固定有與電極基座相垂直的正測量電極(21)和負測量電極(22)。
2.根據權利要求1所述的各向異性生物組織介電特性測量電極，其特徵在於所述的第一排金屬針由七根不鏽鋼針(1-7)組成正激勵電極。
3.根據權利要求1所述的各向異性生物組織介電特性測量電極，其特徵在於所述的第二排金屬針由七根不鏽鋼針(8-14)組成，第三、第四排金屬針均由三根不鏽鋼針 (15-17,18-20)組成；其中第二排金屬針的中間三根不鏽鋼針(8-10)構成計算用負激勵電極；第三、第四排(15-17,18-20)及第二排兩端的兩個不鏽鋼針(11、13、12、14)共同構成了保護用負激勵電極。
4.根據權利要求1、2或3所述的各向異性生物組織介電特性測量電極，其特徵在於 所述的正測量電極(21)和負測量電極(22)固定在正激勵電極中間的不鏽鋼針⑷與計算用負激勵電極中間的不鏽鋼針(9)之間的連線上。
5.根據權利要求1、2或3所述的各向異性生物組織介電特性測量電極，其特徵在於 所述的構成正激勵電極的第一排不鏽鋼針(1-7)各相鄰鋼針之間的間距為2mm，第二、第三和第四排不鏽鋼針(8-20)各相鄰鋼針之間的間距為2mm，正測量電極(21)和負測量電極 (22)之間的間距為2mm，正測量電極(21)和負測量電極(22)與第一、第二排不鏽鋼針中相鄰鏽針之間的間距為1. 5mm。
6.一種各向異性生物組織介電特性測量方法，其特徵在於在進行生物組織介電特性測試時，首先向正激勵電極施加一個電壓激勵信號(28)，同時將保護用負激勵電極接地，將計算用負激勵電極接電流測量電路(24)，將正負測量電極接電壓測量電路(25)；然後，測量得到測量電壓V(26)和激勵電流1(27)；最後，使用測量電壓V除以激勵電流I則得到被測組織的電阻抗Z ；通過下式得到被測組織的等效電阻R和等效電容C
全文摘要
一種各向異性生物組織介電特性測量電極與測量方法，首先，正負激勵電極分別由多根不鏽鋼針構成，正負激勵電極分別排成一排並平行放置，在正負激勵電極之間建立一個相對均勻的平行電場；其次，將負激勵電極劃分為計算用負激勵電極和保護用負激勵電極，並將保護用負激勵電極安放在計算用負激勵電極的兩側，在進行生物組織介電特性在體測量時，從正激勵電極流出並流經測量電極周圍組織的電流全部流入保護用負激勵電極，而在計算用負激勵電極上測量到的電流只包含流過計算用負激勵電極和與之相對的正激勵電極之間的生物組織的電流；從而可以準確的計算生物組織在該平行電場方向上的電阻抗和介電特性，從而可以用於在體測量各向異性生物組織的介電特性。
文檔編號A61B5/053GK102440776SQ201110286860
公開日2012年5月9日 申請日期2011年9月23日 優先權日2011年9月23日
發明者付峰, 劉銳崗, 史學濤, 季振宇, 尤富生, 徐燦華, 楊旻, 董秀珍, 霍旭陽 申請人:中國人民解放軍第四軍醫大學