专利名称：一种各向异性生物组织介电特性测量电极与测量方法
技术领域：
本发明属于电测量领域，具体涉及一种各向异性生物组织介电特性测量电极与测
量方法。
背景技术：
目前，进行测量生物组织介电特性时，需要首先测量被测生物组织在不同频率下的电阻抗，再使用测量电极的电极常数，计算被测生物组织在不同频率下的电导率和相对介电系数，从而得到生物组织的介电特性。在进行生物组织电阻抗测量时，由于电极皮肤之间存在较大的接触阻抗，为了降低此接触阻抗的影响，一般使用四电极法进行测量，一对电极用于施加激励，另一对电极进行测量。由于离体生物组织的介电特性与在体生物组织的介电特性有较大差别，所以为了准确得到生物组织的介电特性，需要在体测量生物组织的介电特性。目前，在体测量生物组织介电特性时，一般采用四电极法，其测量电极一般由四根金属针构成，四根金属针排成一排，外侧的一对金属针作为激励电极，内侧的一对金属针作为测量电极。测量时，一般金属针插入被测组织内，或者贴于被测组织表面。但是，根据仿真研究发现，当被测生物组织的介电特性表现为各向同性时，此介电特性测量方法可以较为准确地得到被测组织的介电特性；但同时，这种结构的测量电极对介电特性的各向异性并不敏感，当设定被测组织在平行于和垂直于金属针排列方向的电导率比值为1 10时， 测量得到的电导率比值却为1 1.02(此比值根据电极尺寸的不同而略有变化)，可见这种测量电极与测量方法并不能用于在体测量各向异性生物组织的介电特性。导致这种现象出现的原因在于这种传统的测量电极在被测生物组织内建立的电场不是平行电场，电场的形状不但与平行于电极排列方向的介电特性有关，而且与垂直于电极排列方向的介电特性有关，同时，用于计算生物组织电阻抗的激励电流的方向与分布也同时与平行和垂直于电极排列方向的介电特性有关，这就导致使用这种传统的测量电极与测量方法时，平行和垂直两个方向的介电特性互相影响，从而不能准确测量被测组织在不同方向的介电特性。所以，需要一种能够降低或者消除平行和垂直两个方向介电特性的互相影响，能够用于在体测量各向异性生物组织介电特性的测量电极与测量方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够降低或者消除平行和垂直两个方向介电特性的互相影响，通过在体测量，准确地得到各向异性生物组织不同方向介电特性的测量电极与测量方法。为达到上述目的，本发明的测量电极包括电极基座以及垂直固定在电极基座上的若干根金属针排成一排的第一排金属针，在电极基座上还垂直固定有与第一排金属针平行且与第一排金属针相对应的第二排金属针，在第二排金属针两端的电极基座上垂直固定有与第二排金属针相垂直的第三、第四排金属针；且在第一排金属针和第二排金属针之间固定有与电极基座相垂直的正测量电极和负测量电极。所述的第一排金属针由七根不锈钢针组成正激励电极。所述的第二排金属针由七根不锈钢针组成，第三、第四排金属针均由三根不锈钢针组成；其中第二排金属针的中间三根不锈钢针构成计算用负激励电极；第三、第四排及第二排两端的两个不锈钢针共同构成了保护用负激励电极。所述的正测量电极和负测量电极固定在正激励电极中间的不锈钢针与计算用负激励电极中间的不锈钢针之间的连线上。所述的构成正激励电极的第一排不锈钢针各相邻钢针之间的间距为2mm，第二、第三和第四排不锈钢针各相邻钢针之间的间距为2mm，正测量电极和负测量电极之间的间距为2mm，正测量电极和负测量电极与第一、第二排不锈钢针中相邻不锈钢针之间的间距为 1. 5mm0本发明的测量方法如下在进行生物组织介电特性测试时，首先向正激励电极施加一个电压激励信号，同时将保护用负激励电极接地，将计算用负激励电极接电流测量电路，将正负测量电极接电压测量电路；然后，测量得到测量电压V和激励电流I ；最后，使用测量电压V除以激励电流I则得到被测组织的电阻抗Z ；通过下式得到被测组织的等效电阻R和等效电容C
权利要求
1.一种各向异性生物组织介电特性测量电极，其特征在于包括电极基座(23)以及垂直固定在电极基座(23)上的若干根金属针排成一排的第一排金属针，在电极基座(23)上还垂直固定有与第一排金属针平行且与第一排金属针相对应的第二排金属针，在第二排金属针两端的电极基座(23)上垂直固定有与第二排金属针相垂直的第三、第四排金属针；且在第一排金属针和第二排金属针之间固定有与电极基座相垂直的正测量电极(21)和负测量电极(22)。
2.根据权利要求1所述的各向异性生物组织介电特性测量电极，其特征在于所述的第一排金属针由七根不锈钢针(1-7)组成正激励电极。
3.根据权利要求1所述的各向异性生物组织介电特性测量电极，其特征在于所述的第二排金属针由七根不锈钢针(8-14)组成，第三、第四排金属针均由三根不锈钢针 (15-17,18-20)组成；其中第二排金属针的中间三根不锈钢针(8-10)构成计算用负激励电极；第三、第四排(15-17,18-20)及第二排两端的两个不锈钢针(11、13、12、14)共同构成了保护用负激励电极。
4.根据权利要求1、2或3所述的各向异性生物组织介电特性测量电极，其特征在于 所述的正测量电极(21)和负测量电极(22)固定在正激励电极中间的不锈钢针⑷与计算用负激励电极中间的不锈钢针(9)之间的连线上。
5.根据权利要求1、2或3所述的各向异性生物组织介电特性测量电极，其特征在于 所述的构成正激励电极的第一排不锈钢针(1-7)各相邻钢针之间的间距为2mm，第二、第三和第四排不锈钢针(8-20)各相邻钢针之间的间距为2mm，正测量电极(21)和负测量电极 (22)之间的间距为2mm，正测量电极(21)和负测量电极(22)与第一、第二排不锈钢针中相邻锈针之间的间距为1. 5mm。
6.一种各向异性生物组织介电特性测量方法，其特征在于在进行生物组织介电特性测试时，首先向正激励电极施加一个电压激励信号(28)，同时将保护用负激励电极接地，将计算用负激励电极接电流测量电路(24)，将正负测量电极接电压测量电路(25)；然后，测量得到测量电压V(26)和激励电流1(27)；最后，使用测量电压V除以激励电流I则得到被测组织的电阻抗Z ；通过下式得到被测组织的等效电阻R和等效电容C
全文摘要
一种各向异性生物组织介电特性测量电极与测量方法，首先，正负激励电极分别由多根不锈钢针构成，正负激励电极分别排成一排并平行放置，在正负激励电极之间建立一个相对均匀的平行电场；其次，将负激励电极划分为计算用负激励电极和保护用负激励电极，并将保护用负激励电极安放在计算用负激励电极的两侧，在进行生物组织介电特性在体测量时，从正激励电极流出并流经测量电极周围组织的电流全部流入保护用负激励电极，而在计算用负激励电极上测量到的电流只包含流过计算用负激励电极和与之相对的正激励电极之间的生物组织的电流；从而可以准确的计算生物组织在该平行电场方向上的电阻抗和介电特性，从而可以用于在体测量各向异性生物组织的介电特性。
文档编号A61B5/053GK102440776SQ201110286860
公开日2012年5月9日 申请日期2011年9月23日 优先权日2011年9月23日
发明者付峰, 刘锐岗, 史学涛, 季振宇, 尤富生, 徐灿华, 杨旻, 董秀珍, 霍旭阳 申请人:中国人民解放军第四军医大学