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(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電測量領(lǐng)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(shù)：
目前，進(jìn)行測量生物組織介電特性時(shí)，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(shù)，計(jì)算被測生物組織在不同頻率下的電導(dǎo)率和相對介電系數(shù)，從而得到生物組織的介電特性。在進(jìn)行生物組織電阻抗測量時(shí)，由于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(jìn)行測量，一對電極用于施加激勵(lì)，另一對電極進(jìn)行測量。由于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(zhǔn)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(shí)，一般采用四電極法，其測量電極一般由四根金屬針構(gòu)成，四根金屬針排成一排，外側(cè)的一對金屬針作為激勵(lì)電極，內(nèi)側(cè)的一對金屬針作為測量電極。測量時(shí)，一般金屬針插入被測組織內(nèi)，或者貼于被測組織表面。但是，根據(jù)仿真研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)被測生物組織的介電特性表現(xiàn)為各向同性時(shí)，此介電特性測量方法可以較為準(zhǔn)確地得到被測組織的介電特性；但同時(shí)，這種結(jié)構(gòu)的測量電極對介電特性的各向異性并不敏感，當(dāng)設(shè)定被測組織在平行于和垂直于金屬針排列方向的電導(dǎo)率比值為1 10時(shí)， 測量得到的電導(dǎo)率比值卻為1 1.02(此比值根據(jù)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并不能用于在體測量各向異性生物組織的介電特性。導(dǎo)致這種現(xiàn)象出現(xiàn)的原因在于這種傳統(tǒng)的測量電極在被測生物組織內(nèi)建立的電場不是平行電場，電場的形狀不但與平行于電極排列方向的介電特性有關(guān)，而且與垂直于電極排列方向的介電特性有關(guān)，同時(shí)，用于計(jì)算生物組織電阻抗的激勵(lì)電流的方向與分布也同時(shí)與平行和垂直于電極排列方向的介電特性有關(guān)，這就導(dǎo)致使用這種傳統(tǒng)的測量電極與測量方法時(shí)，平行和垂直兩個(gè)方向的介電特性互相影響，從而不能準(zhǔn)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(gè)方向介電特性的互相影響，能夠用于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(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠降低或者消除平行和垂直兩個(gè)方向介電特性的互相影響，通過在體測量，準(zhǔn)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(dá)到上述目的，本發(fā)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(yīng)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(fù)測量電極。所述的第一排金屬針由七根不銹鋼針組成正激勵(lì)電極。所述的第二排金屬針由七根不銹鋼針組成，第三、第四排金屬針均由三根不銹鋼針組成；其中第二排金屬針的中間三根不銹鋼針構(gòu)成計(jì)算用負(fù)激勵(lì)電極；第三、第四排及第二排兩端的兩個(gè)不銹鋼針共同構(gòu)成了保護(hù)用負(fù)激勵(lì)電極。所述的正測量電極和負(fù)測量電極固定在正激勵(lì)電極中間的不銹鋼針與計(jì)算用負(fù)激勵(lì)電極中間的不銹鋼針之間的連線上。所述的構(gòu)成正激勵(lì)電極的第一排不銹鋼針各相鄰鋼針之間的間距為2mm，第二、第三和第四排不銹鋼針各相鄰鋼針之間的間距為2mm，正測量電極和負(fù)測量電極之間的間距為2mm，正測量電極和負(fù)測量電極與第一、第二排不銹鋼針中相鄰不銹鋼針之間的間距為 1. 5mm0本發(fā)明的測量方法如下在進(jìn)行生物組織介電特性測試時(shí)，首先向正激勵(lì)電極施加一個(gè)電壓激勵(lì)信號(hào)，同時(shí)將保護(hù)用負(fù)激勵(lì)電極接地，將計(jì)算用負(fù)激勵(lì)電極接電流測量電路，將正負(fù)測量電極接電壓測量電路；然后，測量得到測量電壓V和激勵(lì)電流I ；最后，使用測量電壓V除以激勵(lì)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(quán)利要求
1.一種各向異性生物組織介電特性測量電極，其特征在于包括電極基座(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(yīng)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(fù)測量電極(22)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的各向異性生物組織介電特性測量電極，其特征在于所述的第一排金屬針由七根不銹鋼針(1-7)組成正激勵(lì)電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的各向異性生物組織介電特性測量電極，其特征在于所述的第二排金屬針由七根不銹鋼針(8-14)組成，第三、第四排金屬針均由三根不銹鋼針 (15-17,18-20)組成；其中第二排金屬針的中間三根不銹鋼針(8-10)構(gòu)成計(jì)算用負(fù)激勵(lì)電極；第三、第四排(15-17,18-20)及第二排兩端的兩個(gè)不銹鋼針(11、13、12、14)共同構(gòu)成了保護(hù)用負(fù)激勵(lì)電極。
4.根據(jù)權(quán)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，其特征在于 所述的正測量電極(21)和負(fù)測量電極(22)固定在正激勵(lì)電極中間的不銹鋼針⑷與計(jì)算用負(fù)激勵(lì)電極中間的不銹鋼針(9)之間的連線上。
5.根據(jù)權(quán)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，其特征在于 所述的構(gòu)成正激勵(lì)電極的第一排不銹鋼針(1-7)各相鄰鋼針之間的間距為2mm，第二、第三和第四排不銹鋼針(8-20)各相鄰鋼針之間的間距為2mm，正測量電極(21)和負(fù)測量電極 (22)之間的間距為2mm，正測量電極(21)和負(fù)測量電極(22)與第一、第二排不銹鋼針中相鄰銹針之間的間距為1. 5mm。
6.一種各向異性生物組織介電特性測量方法，其特征在于在進(jìn)行生物組織介電特性測試時(shí)，首先向正激勵(lì)電極施加一個(gè)電壓激勵(lì)信號(hào)(28)，同時(shí)將保護(hù)用負(fù)激勵(lì)電極接地，將計(jì)算用負(fù)激勵(lì)電極接電流測量電路(24)，將正負(fù)測量電極接電壓測量電路(25)；然后，測量得到測量電壓V(26)和激勵(lì)電流1(27)；最后，使用測量電壓V除以激勵(lì)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(fù)激勵(lì)電極分別由多根不銹鋼針構(gòu)成，正負(fù)激勵(lì)電極分別排成一排并平行放置，在正負(fù)激勵(lì)電極之間建立一個(gè)相對均勻的平行電場；其次，將負(fù)激勵(lì)電極劃分為計(jì)算用負(fù)激勵(lì)電極和保護(hù)用負(fù)激勵(lì)電極，并將保護(hù)用負(fù)激勵(lì)電極安放在計(jì)算用負(fù)激勵(lì)電極的兩側(cè)，在進(jìn)行生物組織介電特性在體測量時(shí)，從正激勵(lì)電極流出并流經(jīng)測量電極周圍組織的電流全部流入保護(hù)用負(fù)激勵(lì)電極，而在計(jì)算用負(fù)激勵(lì)電極上測量到的電流只包含流過計(jì)算用負(fù)激勵(lì)電極和與之相對的正激勵(lì)電極之間的生物組織的電流；從而可以準(zhǔn)確的計(jì)算生物組織在該平行電場方向上的電阻抗和介電特性，從而可以用于在體測量各向異性生物組織的介電特性。
文檔編號(hào)A61B5/053GK102440776SQ201110286860
公開日2012年5月9日 申請日期2011年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月23日
發(fā)明者付峰, 劉銳崗, 史學(xué)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(yī)大學(xué)