專利名稱：一種測(cè)量人體肺部活性組織介電特性系統(tǒng)及其測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電測(cè)量領(lǐng)域，具體涉及一種測(cè)量人體肺部活性組織介電特性系統(tǒng)及其測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
生物組織的介電特性是生命固有的生物物理特性，組織的阻性和容性成分可隨加載電信號(hào)頻率的不同而發(fā)生較顯著變化。而人體組織的介電特性作為生命的一個(gè)重要的生物物理特性，成為探索生命奧秘的重要基礎(chǔ)之一。此外，由JemaI A等在2011年發(fā)表于《臨床醫(yī)師腫瘤雜志》(CA Cancer J Clin)第61卷第2期，69-90頁(yè)的論文《全球腫瘤統(tǒng)計(jì)報(bào)告》(Global cancer statistics)中顯示,肺癌目前是全球發(fā)病率和死亡率最高的惡性腫瘤，已成為嚴(yán)重威脅人類健康的疾病之一。而電阻抗層析成像(Electrical ImpedanceTomography, EIT)技術(shù)因其安全、無(wú)損傷、低成本等特點(diǎn)可望成為臨床診斷肺癌的研究熱點(diǎn)。對(duì)肺癌組織與正常組織介電頻譜特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量并發(fā)現(xiàn)差異可為電阻抗層析成像技術(shù)提供先驗(yàn)信息。因此，人體肺部活性組織介電特性的研究為從物理角度研究電磁場(chǎng)對(duì)生命的影響、臨床電磁治療和電磁成像技術(shù)提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)參考，對(duì)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)和臨床診斷具有重要的研究?jī)r(jià)值。就生物組織的介電特性測(cè)量而言，它的研究開(kāi)始于19世紀(jì)末，到20世紀(jì)八十年代才展開(kāi)了較系統(tǒng)地研究=Gabriel等在總結(jié)前人研究的基礎(chǔ)上，研究了山羊部分組織在IOHz到20GHz頻率范圍內(nèi)的介電特性，并將研究延伸到了人體組織，對(duì)人新鮮尸體的部分組織進(jìn)行測(cè)量，并建立了相應(yīng)的參數(shù)模型，1996年在《物理學(xué)在醫(yī)學(xué)與生物學(xué)中的應(yīng)用》(Phys Med Biol)第41卷11期，2231-2293頁(yè)發(fā)表了題為《生物組織的介電特性:一、文獻(xiàn)調(diào)石開(kāi)〉〉(The dielectric properties of biological tissues: 1.Literature survey),〈〈生物組織的介電特性:二、IOHz到20GHz頻率范圍內(nèi)的組織測(cè)量》(The dielectric propertiesof biological tissues:11.Measurements in the frequency rangelOHz to20GHz),《生物組織的介電特性:三、組織的介電譜參數(shù)模型》(The dielectric propertiesof biological tissues:1I1.Parametric models for the dielectric spectrum oftissues)的三篇文章。后來(lái)意大利應(yīng)用物理學(xué)會(huì)根據(jù)Gabriel等的部分測(cè)量數(shù)據(jù)和參數(shù)模型建立了網(wǎng)站，用于估算人體IOHz到100GHz頻率范圍內(nèi)的55種組織器官的介電特性參數(shù)，其中包括肺吸氣和肺呼氣狀態(tài)下的人體肺組織介電特性，成為目前進(jìn)行相關(guān)研究主要依賴的網(wǎng)站。但由于是以動(dòng)物離體組織和部分人尸體組織作為估算依據(jù)，所以準(zhǔn)確性不能保證。此外，應(yīng)臨床治療和診斷的電磁成像技術(shù)研究的需求，研究學(xué)者又展開(kāi)了對(duì)癌變組織介電特性的研究，如2008年，Taehong Kim等在19屆電磁兼容國(guó)際蘇黎世研討會(huì)(19thInternational Zurich Symposium on Electromagnetic Compatibility)上發(fā)表論文《婦女乳房脂肪組織、腫瘤組織和纖維一腺體組織介電特性研究》(A study of dielectricproperties of fatty, malignant and fibro-glandular tissues in female humanbreast.) (APEMC會(huì)議記錄第216-219頁(yè))，提出乳腺癌組織與正常組織具有不同的頻譜特性。后又有對(duì)脾臟腫瘤組織、肝癌組織介電特性的研究報(bào)道，但人體肺癌組織介電特性還沒(méi)有相關(guān)報(bào)道。就活性組織介電特性的測(cè)量方法而言，Gabriel等1996年在《物理學(xué)在醫(yī)學(xué)與生物學(xué)中的應(yīng)用》(Phys Med Biol)第41卷11期，2251-2269頁(yè)發(fā)表的《生物組織的介電特性:二、IOHz 到 20GHz 頻率范圍內(nèi)的組織測(cè)量》(The dielectric properties of biologicaltissues:11.Measurements in the frequency rangelOHz to20GHz)中提出了三種測(cè)量方法:10Hz IOMHz范圍內(nèi)采用HP4192A阻抗分析儀；300KHz 3GHz范圍內(nèi)采用HP8753C阻抗分析儀；130MHz 20GHz采用HP8720阻抗分析儀。用開(kāi)放式的同軸探針連接測(cè)量裝置和組織樣本在室溫下進(jìn)行測(cè)量，并未模擬組織的在體環(huán)境(溫度37°C，相對(duì)濕度90%以上)。針對(duì)肺組織的高度不均勻性，Nopp等1993年在《物理學(xué)在醫(yī)學(xué)與生物學(xué)中的應(yīng)用》(Phys MedBiol)第38卷，699-716頁(yè)發(fā)表的《肺組織的介電特性是關(guān)于空氣含量的函數(shù)》(Dielectricproperties of lung tissue as a function of air content)中提出了三種肺組織測(cè)量電極:點(diǎn)電極，板電極和兩平行板電極。并針對(duì)肺泡中含空氣量不同定義了空氣填充系數(shù)F，F(xiàn)是由樣本的質(zhì)量和體積決定的
權(quán)利要求
1.一種測(cè)量人體肺部活性組織介電特性系統(tǒng)，其特征是:該系統(tǒng)分為介電頻譜測(cè)量系統(tǒng)和介電測(cè)量系統(tǒng)環(huán)境控制平臺(tái)； 所述的介電頻譜測(cè)量系統(tǒng)包括測(cè)量電極、標(biāo)本測(cè)試盒、測(cè)試夾具、適配器、阻抗分析儀、數(shù)據(jù)采集接口、PC機(jī)，所述標(biāo)本測(cè)試盒為可拆卸圓筒型測(cè)試盒，在圓筒型測(cè)試盒兩側(cè)粘附有測(cè)量電極，標(biāo)本測(cè)試盒固定于測(cè)試夾具上，測(cè)試夾具與配套的適配器相連，通過(guò)BNC接頭將適配器連接在阻抗分析儀上，再通過(guò)數(shù)據(jù)采集接口與PC機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)； 所述的介電測(cè)量系統(tǒng)環(huán)境控制平臺(tái)包括測(cè)試艙、溫度控制系統(tǒng)、濕度測(cè)量?jī)x、超聲霧化器，所述測(cè)試艙為可開(kāi)啟的密閉艙，與阻抗分析儀相連的適配器、測(cè)試夾具、標(biāo)本測(cè)試盒位于測(cè)試艙中，超聲霧化器、濕度測(cè)量?jī)x探針、溫度控制裝置放置在測(cè)試艙中監(jiān)測(cè)和控制測(cè)試艙的溫度和濕度。
2.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述測(cè)量人體肺部活性組織介電特性系統(tǒng)的測(cè)量方法，具體為以下步驟: (1)獲取正常 組織與肺癌組織樣本:獲取多組患者行肺部腫瘤切除手術(shù)切下的肺部組織，按照能夠填滿標(biāo)本測(cè)試盒容積的標(biāo)準(zhǔn)分別切取正常組織與肺癌組織作為實(shí)驗(yàn)樣本，稱重、記錄正常組織樣本的質(zhì)量用于后續(xù)數(shù)據(jù)處理；肺癌組織不稱重； (2)人體肺部活性組織介電特性測(cè)量:將獲取的所述正常組織與肺癌組織實(shí)驗(yàn)樣本分別放入所述標(biāo)本測(cè)試盒中，將標(biāo)本測(cè)試盒放入所述測(cè)試艙內(nèi)，利用所述溫度控制器通過(guò)PID控制將測(cè)試艙內(nèi)的溫度控制在37°C，利用所述超聲霧化器和濕度測(cè)量?jī)x維持測(cè)試艙內(nèi)相對(duì)濕度在90%以上，在上述環(huán)境中進(jìn)行介電頻譜測(cè)量，通過(guò)所述阻抗分析儀測(cè)得實(shí)驗(yàn)樣本組織的串聯(lián)電阻(R)和串聯(lián)電抗(X)，所述正常組織與肺癌組織實(shí)驗(yàn)樣本的測(cè)量均在離開(kāi)人體30分鐘內(nèi)完成； (3)納入錯(cuò)誤組織數(shù)據(jù)的剔除:多組患者的實(shí)驗(yàn)樣本測(cè)試完成后對(duì)所有實(shí)驗(yàn)樣本行組織病理學(xué)分析，剔除納入錯(cuò)誤的組織所屬患者的所有測(cè)試數(shù)據(jù)； (4)數(shù)據(jù)處理: 通過(guò)下式得到被測(cè)組織即正常組織和肺癌組織的等效電導(dǎo)(G)和等效電容(C):
全文摘要
本發(fā)明提供一種測(cè)量人體肺部活性組織介電特性系統(tǒng)，該系統(tǒng)分為介電頻譜測(cè)量系統(tǒng)和介電測(cè)量系統(tǒng)環(huán)境控制平臺(tái)；同時(shí)提供一種采用測(cè)量人體肺部活性組織介電特性系統(tǒng)的測(cè)量方法。本發(fā)明效果是通過(guò)方便可得的測(cè)量設(shè)備和商品化的儀器設(shè)備構(gòu)建了人體肺部活性組織介電頻譜測(cè)量系統(tǒng)和介電測(cè)量系統(tǒng)環(huán)境控制平臺(tái)。能夠定量分析正常組織與肺癌組織介電頻譜特性，而非單純研究肺呼氣和肺吸氣兩種定性狀態(tài)下的介電特性；最大限度地模擬組織在體環(huán)境，保證肺部組織活性，提高了測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。
文檔編號(hào)G01R27/26GK103197146SQ20131009215
公開(kāi)日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月21日
發(fā)明者王潔然, 王化祥, 徐曉, 孫青 , 劉京 申請(qǐng)人:天津大學(xué)