基于四電極測(cè)量法的在體生物組織復(fù)電導(dǎo)率微創(chuàng)測(cè)量探針的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于四電極測(cè)量法的在體生物組織復(fù)電導(dǎo)率微創(chuàng)測(cè)量探針，該探針與熱電偶調(diào)理電路連接，所述的探針包括:空心圓柱絕緣針筒(102);金屬針尖(101)，安裝在空心圓柱絕緣針筒(102)頭端部，用于刺入生物組織;電極環(huán)，包括兩個(gè)激勵(lì)電極環(huán)(103、106)和兩個(gè)測(cè)量電極環(huán)(104、105)，第一激勵(lì)電極環(huán)(103)、第一測(cè)量電極環(huán)(104)、第二測(cè)量電極環(huán)(105)、第二激勵(lì)電極環(huán)(106)依次套設(shè)在空心圓柱絕緣針筒(102)上;尾部延長絕緣針筒(401)，安裝在空心圓柱絕緣針筒(102)尾端部。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、測(cè)量簡便快捷、可以實(shí)現(xiàn)對(duì)生物組織復(fù)電導(dǎo)率及實(shí)時(shí)溫度的在體微創(chuàng)測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】基于四電極測(cè)量法的在體生物組織復(fù)電導(dǎo)率微創(chuàng)測(cè)量探針
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種生物組織電特性測(cè)量技術(shù)，尤其是涉及一種基于四電極測(cè)量法的在體生物組織復(fù)電導(dǎo)率微創(chuàng)測(cè)量探針。
【背景技術(shù)】
[0002]生物組織在不同的物理?xiàng)l件或生理?xiàng)l件下呈現(xiàn)不同的電特性，生物組織的電特性可以用復(fù)電導(dǎo)率來描述，它包含電導(dǎo)率σ和介電常數(shù)ε。而對(duì)生物組織電特性的測(cè)量是一種通過對(duì)被測(cè)對(duì)象注入安全電流來獲得相應(yīng)的電壓，根據(jù)激勵(lì)電流和測(cè)量電壓的關(guān)系而獲得復(fù)電導(dǎo)率的方法。通過隔離外電路并限定激勵(lì)電流在安全范圍內(nèi)，可以保證測(cè)量過程安全無害，并且測(cè)量簡單，可用于健康監(jiān)測(cè)或治療輔助手段。并且由激勵(lì)電流和測(cè)量電壓的關(guān)系獲得的復(fù)電導(dǎo)率數(shù)學(xué)模型簡單，物理意義直觀，結(jié)果可靠。
[0003]研究生物組織的電特性具有重要的科學(xué)意義。由于不同的生物組織有不同的復(fù)電導(dǎo)率，而復(fù)電導(dǎo)率的值與組織的健康程度、病變情況相關(guān)，對(duì)健康組織和病變組織的電特性進(jìn)行研究，對(duì)于組織病變的研究具有重要醫(yī)學(xué)意義。
[0004]此外，組織的溫度特性也是影響生物組織電特性的一個(gè)重要參數(shù)，在測(cè)量生物組織電特性的同時(shí)必須測(cè)定其溫度值。通過研究生物組織的溫度特性和復(fù)電導(dǎo)率的關(guān)系，可以輔助醫(yī)學(xué)上基于電阻抗方法的熱療過程的溫度監(jiān)測(cè)。如高強(qiáng)度聚焦超聲治療技術(shù)(HIFU)是一種將超聲能量集中到一個(gè)區(qū)域(焦域)，在焦域內(nèi)通過空化、溫升等使病變組織產(chǎn)生不可逆的凝固性壞死，從而去除病變組織的技術(shù)。該技術(shù)由于無創(chuàng)或微創(chuàng)、治療效果好、相比較外科手術(shù)治療降低了病人的身體負(fù)擔(dān)，延長病人生命，在世界各國已經(jīng)成為聲場治療的研究熱點(diǎn)。
[0005]然而HIFU技術(shù)的一個(gè)難點(diǎn)是對(duì)治療過程中的溫度監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)掌握治療靶區(qū)內(nèi)溫度分布情況，是保證HIFU治療質(zhì)量的重要依據(jù)。而一般的方法如超聲法、CT法和MRI法由于溫度監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性或使用成本上考慮不適合推廣使用。
[0006]生物組織的溫度特性與電特性之間具有一定關(guān)系，通過測(cè)量電阻率的分布和變化，可以計(jì)算出當(dāng)前溫度值，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)溫度測(cè)量。并且通過生物組織復(fù)電導(dǎo)率分析組織特性的方法成本低、易操作，在治療輔助手段方面有廣闊的發(fā)展前景。
[0007]但是，有關(guān)在體生物組織電特性的研究較少，目前已報(bào)道的研究主要針對(duì)離體組織的電特性的研究。但生物組織離開生物體之后由于缺乏血液、氧氣等供應(yīng)，生物活性會(huì)隨時(shí)間變化而改變，細(xì)胞缺水、失活等等，都會(huì)顯著改變生物組織的電特性。因此研究一種能夠微創(chuàng)測(cè)量在體生物組織電特性的測(cè)量裝置并同時(shí)檢測(cè)其溫度就非常必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種結(jié)構(gòu)簡單、測(cè)量方便的基于四電極測(cè)量法的在體生物組織復(fù)電導(dǎo)率微創(chuàng)測(cè)量探針。
[0009]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):[0010]探頭的工作原理是:一個(gè)直徑細(xì)小的四電極探針插入被測(cè)對(duì)象中，在任意橫截面上被測(cè)對(duì)象的尺寸遠(yuǎn)大于探針尺寸，探針的幾何尺寸及其對(duì)生物組織特性的擾動(dòng)可忽略；探針上四個(gè)環(huán)形電極的間距微小、可以假定測(cè)量范圍內(nèi)生物組織的電特性是均勻的。
[0011]由于探針是直徑微細(xì)的圓柱形，根據(jù)電磁場理論，在分析敏感場特性時(shí)可以將其理想化為一個(gè)平面二維場，滿足Laplace方程:
【權(quán)利要求】
1.一種基于四電極測(cè)量法的在體生物組織復(fù)電導(dǎo)率微創(chuàng)測(cè)量探針，該探針與熱電偶調(diào)理電路連接，其特征在于，所述的探針包括: 空心圓柱絕緣針筒(102)； 金屬針尖(101)，安裝在空心圓柱絕緣針筒(102)頭端部，用于刺入生物組織； 電極環(huán)，包括兩個(gè)激勵(lì)電極環(huán)(103、106)和兩個(gè)測(cè)量電極環(huán)(104、105)，第一激勵(lì)電極環(huán)(103)、第一測(cè)量電極環(huán)(104)、第二測(cè)量電極環(huán)(105)、第二激勵(lì)電極環(huán)(106)依次套設(shè)在空心圓柱絕緣針筒(102)上； 尾部延長絕緣針筒(401)，安裝在空心圓柱絕緣針筒(102)尾端部: 將金屬針尖(101)刺入待測(cè)的生物組織，向兩個(gè)激勵(lì)電極環(huán)(103、106)通入不同頻率的差分正弦交流電流信號(hào)，從測(cè)量電極環(huán)(104、105)上獲得對(duì)應(yīng)的測(cè)量電極環(huán)的電壓差，并同時(shí)記錄熱電偶調(diào)理電路的輸出信號(hào)，然后計(jì)算出待測(cè)生物組織的電導(dǎo)率、介電系數(shù)和測(cè)量時(shí)的溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微創(chuàng)測(cè)量探針，其特征在于，所述的空心圓柱絕緣針筒(102)設(shè)有用于安裝電極環(huán)(103、104、105、106)的對(duì)應(yīng)安裝槽(302、303、304、305)，每個(gè)安裝槽內(nèi)設(shè)有引線孔(110、301、111、112)，空心圓柱絕緣針筒(102)內(nèi)部設(shè)有與每個(gè)引線孔(110、301、111、112)對(duì)應(yīng)連通的引線槽(107、108、109、402)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微創(chuàng)測(cè)量探針，其特征在于，所述的金屬針尖(101)設(shè)有熱電偶探頭裝配槽(113)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微創(chuàng)`測(cè)量探針，其特征在于，所述的金屬針尖(101)采用導(dǎo)熱系數(shù)高且非氧化金屬材料制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微創(chuàng)測(cè)量探針，其特征在于，所述的導(dǎo)熱系數(shù)高且非氧化金屬材料為白鋼。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微創(chuàng)測(cè)量探針，其特征在于，所述的金屬針尖(101)圓錐角為20。~30°。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微創(chuàng)測(cè)量探針，其特征在于，所述的空心圓柱絕緣針筒(102)采用高強(qiáng)度和低延展性的非導(dǎo)電材料制成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的微創(chuàng)測(cè)量探針，其特征在于，所述的高強(qiáng)度和低延展性的非導(dǎo)電材料為聚酰亞胺。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微創(chuàng)測(cè)量探針，其特征在于，所述的金屬針尖(101)、空心圓柱絕緣針筒(102)、電極環(huán)、尾部延長絕緣針筒(401)的軸心處于同一直線上。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微創(chuàng)測(cè)量探針，其特征在于，所述的第一激勵(lì)電極環(huán)(103)通入正向差分信號(hào)、第二激勵(lì)電極環(huán)(106)通入負(fù)向差分信號(hào)時(shí)，第一測(cè)量電極環(huán)(104)測(cè)量信號(hào)的正向端，第二測(cè)量電極環(huán)(105)測(cè)量信號(hào)的負(fù)向端；輸入差分信號(hào)可反向，但反向激勵(lì)時(shí)，測(cè)量電極環(huán)的正負(fù)端同樣要反向。
【文檔編號(hào)】A61B5/01GK103479354SQ201310461742
【公開日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2013年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月30日
【發(fā)明者】馬藝馨, 苗櫪文, 李傲, 張琴艷 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)