一种微创测量直肠电阻抗的方法
【专利摘要】本发明公开了一种微创测量直肠电阻抗的方法，属于生物组织电阻抗测量方法【技术领域】。在该方法中利用内窥镜、检测电极、控制电路等组成的系统来进行肠道电阻抗的测量；检测电极在肠道内部呈水平切面和垂直剖面均匀分布，采用水平测量和垂直测量两种方式相结合，从水平切面及垂直剖面上均可获取直肠组织返回的电信号，根据这些电信号分别进行切面上的成像，进而组合形成空间三维图形。该方法能够有效地构建三维成像模型，并在保证有效精度的前提下减小直接三维重构的计算量；本方法的稳定性、收敛性和图像质量都较高，测量方便，组合算法扩展性强。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种测量组织电阻抗的方法，特别涉及一种微创测量直肠电阻抗的方 法。 -种微创测量直肠电阻抗的方法
【背景技术】
[0002] 直肠癌是指位于齿状线至乙状结肠、直肠交界处之间的癌。是胃肠道中常见的恶 性肿瘤，发病率仅次于胃癌和食管癌，是大肠癌中最常见的一种（占60%左右）。绝大多数 病人在40岁以上，30岁以下者约占15%，男性较多见，男女之比为2-3 :1。
[0003] 直肠癌在临床上早期常无症状，或者症状无特异，因而常不引起病员和初诊医师 的重视，且直肠癌的检测技术也非常复杂。电阻抗成像是一种只需在物体表面进行测量， 而重构出内部阻抗分布的手段。它通过注入电流到一个目标区域建立电场，随后对目标周 边产生的电压进行测量。传统的电阻抗断层成像技术中，电极的放置通常局限于某个平面， 然而，电阻抗成像本质上是一个三维问题，其电流不局限于在某个平面上流动，因此，二维 图像重建通常会产生伪像。而三维电阻抗成像的主要问题是：系统无法负担复杂的算法，病 态性使得算法有时难以实现，尤其是在边缘区域，最终造成重建图像中目标位置难以判断 或形状扭曲。开放式电阻抗成像系统能够很好地实现物体的表层阻抗判定，但是受制于探 测深度的因素，精度只能保证在2-3厘米的范围内。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种微创测量直肠电阻抗的方法，该方法通过 交叉平面电极阵列系统，测量交错的二维平面数据，能够更有效地构建三维成像模型，并在 保证有效精度的前提下减小了直接三维重构的计算量。
[0005] 为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0006] -种微创测量直肠电阻抗的方法，在该方法中利用内窥镜、检测电极、信号发生及 采集装置来进行直肠电阻抗的测量；内窥镜用于实现定位并初步查看直肠内的情况；检测 电极固定安装在内窥镜上，用于发送刺激电信号并接收直肠组织返回的电信号；信号发生 及采集装置用于产生和接收电刺激信号，并对信号进行相应处理；
[0007] 本方法中的检测电极在直肠内部呈水平切面和垂直剖面均匀分布，采用水平测量 和垂直测量两种方式相结合，从水平切面及垂直剖面上均可获取直肠组织返回的电信号， 根据这些电信号分别进行切面上的成像，进而组合形成空间三维图形。
[0008] 进一步，所述水平测量采用混合正则化算法，垂直测量采用一步牛顿误差重建算 法。
[0009] 进一步，在该方法中，通过检测电极向直肠组织注入电流信号作为激励，电流注入 的方式包括：相邻电极电流注入和相对电极电流注入。
[0010] 进一步，在该方法中，还可以通过对检测电极与直肠表面上任意接触点进行激励， 获取其余任意位置间电信号，进而实现多种组合测量方式。
[0011] 进一步，在该方法中，还可以在内窥镜上设置气囊，气囊使检测电极与肠道内壁相 接触，并在气囊表面上安装压力传感器，通过压力传感器来反馈检测电极与肠道内壁的接 触程度。
[0012] 本发明的有益效果在于：本发明所述方法通过交叉平面电极阵列系统，测量交错 的二维平面数据，能够更有效地构建三维成像模型，并在保证有效精度的前提下减小直接 三维重构的计算量。本算法的稳定性、收敛性和图像质量都较高，测量方便，组合算法扩展 性强。
【专利附图】
【附图说明】
[0013] 为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行 说明：
[0014] 图1为本发明所述方法的测量系统示意图；
[0015] 图2为实施例中垂直方向上肠道内检测电极示意图；
[0016] 图3为实施例中水平方向上肠道内检测电极示意图；
[0017] 图4为实施例中的肠道模型示意图。
【具体实施方式】
[0018] 下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
[0019] 图1为本发明所述方法的测量系统示意图，如图所示，在该方法中利用内窥镜、检 测电极、信号发生及采集装置来进行直肠电阻抗的测量；内窥镜用于实现定位并初步查看 直肠内的情况；检测电极固定安装在内窥镜上，用于发送刺激电信号并接收直肠组织返回 的电信号；信号发生及采集装置用于产生和接收电刺激信号，并对信号进行相应处理；
[0020] 本方法中的检测电极在直肠内部呈水平切面和垂直剖面均匀分布（如图2和图 3)，采用水平测量和垂直测量两种方式相结合，从水平切面及垂直剖面上均可获取直肠组 织返回的电信号，根据这些电信号分别进行切面上的成像，进而组合形成空间三维图形。
[0021] 作为一种改进，在本实施例中，还可以在内窥镜上设置气囊，气囊使检测电极与肠 道内壁相接触，并在气囊表面上安装压力传感器，通过压力传感器来反馈检测电极与肠道 内壁的接触程度。
[0022] 在本实施例中，本方法中采用的装置包括内窥镜、探测电极、压力传感器、气囊、信 号发生及采集装置；所述气囊使探测电极与肠道内壁相接触，使用压力传感器来反馈二者 的接触程度，薄膜气囊具备较好伸缩性且对人体无害，充气控制采用压力反馈的方式，根据 不同大小的肠腔实现自适应控制，对操作人员无特殊技能要求；信号发生及采集装置部分 包括有：多频恒流模块，用来产生不同频率的正弦波形，并实现恒流输出，产生与激励信号 同步的解调载波信号；电极选通模块主要是控制电流注入和电压测量；信号处理模块对交 流信号进行处理，得到可用的成像数据；成像数据采集与通信模块完成对直流电平的采集， 并将采集到的成像数据通过串口传输到计算机上进行成像。
[0023] 系统工作的具体流程如下：1)采用通过附在内窥镜上的气囊使探测电极与肠道 内壁相接触，使用压力传感器来反馈接触程度，然后调节气囊的充气状态，2) PC机运行，发 送指令给信号发生及采集装置，产生激励信号；3)激励信号经过信号预处理电路，转换成 模拟激励信号；4)信号发生及采集装置通过PC指令获得测量方式，选择激励电极组；5)由 所选的测量方式，控制模拟开关，获取相应测量电极间的电压信号；6)所获得的信号通过 信号滤波和模数转换后，被传送至外部处理装置（PC机）进一步处理；7)根据测量方式，轮 换激励电极组，轮换相应测量电极组，依次测得所有信号；8)当相应测量方式的所有激励 及测量组合完成后，完成物体三维空间上的电阻抗图像重构。
[0024] 在本发明所述的方法中，采用了水平测量和垂直测量两种方式，下面通过具体实 施例进行说明：
[0025] 图4为本实施例中的肠道模型图，其第一层距底部6mm，之后的每一层间隔为4mm。 从水平方向上看，电极被分布在了 3个不同的片层上，每层的8个电极等间距环状地分布在 直肠模型周围，该分布方式的良好对称性可以提供精确可靠的测量结果。
[0026] 测量方式有两种，一种是水平测量，一种是垂直测量。电流的注入方式也有两种， 一种是相邻注入，一种是相对注入。
[0027] 在垂直方向上，进行仿真的模拟图为图2,电流的注入方式选择为相邻注入，在垂 直的方向上，测量每条垂直线上两端的两个电极的电压，如图所示的电极1与电极3,电极4 与电极6等等，通过比较测量出的电压的差异，能很快确定出异物所在的区域，如图所示的 电极1与电极3之间，当确定异物所在的垂直线时，在对该条垂直线上的电极进行两两相邻 测量，如图所示的电极与电极2,电极2与电极3,可以确定出异物的位置在电极1与电极2 之间，进一步细化判断异物所在的位置。
[0028] 在水平方向上，进行的仿真模拟图为图3,电流的注入方式依然采用相对注入， 在水平的方向上，测量每条水平线上相对的两端上的两个电极的电压，如图所示，先测量 layerf中的电极1与电极5之间的电压，通过比较测量出的电压的差异，能很快确定出异物 所在的区域，如图所示为图的下半部分，当确定异物所在的大致区域时，在对该条水平面上 的电极进行两两相邻测量，如图所示的电极1与电极2,电极2与电极3,电极3与电极4,电 极4与电极5,通过比较进一步细化判断异物所在的位置在电极4与电极5之间，其他层的 电极测量与该层类似。
[0029] 在本方法中，还有一种方式是对任意不同平面层的两个电极进行测量，对异物的 位置的与上述两种方式类似。
[0030] 对图像进行重构：
[0031] 在水平方向上采用的是混合正则化算法，具体如下：
[0032] 对于二维场域Ω内的EIT问题，其电导率与电位分布满足Laplace方程：
[0033]
【权利要求】
1. 一种微创测量直肠电阻抗的方法，其特征在于：在该方法中利用内窥镜、检测电极、 信号发生及采集装置来进行直肠电阻抗的测量；内窥镜用于实现定位并初步查看直肠内的 情况；检测电极固定安装在内窥镜上，用于发送刺激电信号并接收直肠组织返回的电信号； 信号发生及采集装置用于产生和接收电刺激信号，并对信号进行相应处理； 本方法中的检测电极在直肠内部呈水平切面和垂直剖面均匀分布，采用水平测量和垂 直测量两种方式相结合，从水平切面及垂直剖面上均可获取直肠组织返回的电信号，根据 这些电信号分别进行切面上的成像，进而组合形成空间三维图形。
2. 根据权利要求1所述的一种微创测量直肠电阻抗的方法，其特征在于：所述水平测 量采用混合正则化算法，垂直测量采用一步牛顿误差重建算法。
3. 根据权利要求1所述的一种微创测量直肠电阻抗的方法，其特征在于：在该方法中， 通过检测电极向直肠组织注入电流信号作为激励，电流注入的方式包括：相邻电极电流注 入和相对电极电流注入。
4. 根据权利要求3所述的一种微创测量直肠电阻抗的方法，其特征在于：在该方法中， 还可以通过对检测电极与直肠表面上任意接触点进行激励，获取其余任意位置间电信号， 进而实现多种组合测量方式。
5. 根据权利要求1至4中任一项所述的一种微创测量直肠电阻抗的方法，其特征在于： 在该方法中，还可以在内窥镜上设置气囊，气囊使检测电极与肠道内壁相接触，并在气囊表 面上安装压力传感器，通过压力传感器来反馈检测电极与肠道内壁的接触程度。
【文档编号】A61B5/053GK104055515SQ201410325476
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年7月9日 优先权日:2014年7月4日
【发明者】冉鹏, 李章勇, 万小勤, 林金朝, 王伟, 庞宇 申请人:重庆邮电大学