实时监测人体组织介电特性的设备及获得人体组织介电特性参数的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及肿瘤监测技术领域，特别是涉及一种实时监测人体组织介电特性的设 备及通过该设备获得人体组织介电特性参数的方法。
【背景技术】
[0002] 对肿瘤的诊断，现有技术包括病理诊断方法和影像诊断方法。
[0003] 病理诊断方法，被称为癌症诊断的金标准。其缺点是必须将所检查的组织部位制 作成病理切片，病理诊断无法实现活体在体测量。
[0004] 影像诊断方法是通过X射线断层成像（CT)、磁共振成像（MRI)、超声成像、正电子 发射断层成像（PET)等手段，对人体特定部位的组织器官进行成像，对比正常影像和肿瘤组 织影像的不同，判断该部位是否可能具有恶性病变。影像学诊断方法的共同优点是能够无 创诊断，共同缺点是分辨率有限。另外，各种不同影像手段的优点和缺点，依具体影像手段 不同而各有不同。X射线CT的优点是成像速度快，缺点是具有放射性损伤；MRI的优点是软 组织对比度好，无放射损伤，缺点是成像速度慢；超生成像优点是无放射损伤，缺点是对体 内空腔部位等无法有效成像，因为超生遇到空气衰减很大；PET的优点是能够检查肿瘤转 移灶，缺点是放射性同位素损伤。
[0005] 因此，针对现有技术不足，提供一种简单的实时的活体在体方式进行人体组织良 恶性监测的手段甚为必要，比如本发明提出的实时监测人体组织介电特性的设备及采用该 设备获得的待测组织介电特性参数来辅助肿瘤判断。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于在现有技术之外，提供一种实时活体在体监测人体组织介电特 性的设备，该设备可以实时获得待测组织的介电性能。
[0007] 本发明的目的通过以下技术措施实现。
[0008] -种实时监测人体组织介电特性的设备，设置有电磁波信号发生器、功率分配器、 定向耦合器、同轴传输线、幅度相位处理单元和主处理器； 所述电磁波信号发生器与所述功率分配器信号连接，功率分配器的第一输出端与幅度 相位处理单元的第一输入端连接，功率分配器的第二输出端与定向耦合器的第一输入端信 号连接，定向耦合器连接同轴传输线，定向耦合器的信号输出端与幅度相位处理单元的第 二输入端连接，幅度相位处理单元的输出端与主处理器的输入端连接； 所述电磁波信号发生器产生宽频带电磁波信号，功率分配器对宽频带电磁波信号分配 形成参考信号和测试信号，参考信号输入至幅度相位处理单元的第一输入端，测试信号经 定向耦合器由同轴传输线发送至待测体组织并在待测体组织处产生反射波；定向耦合器将 所接收的待测体组织产生的反射波信号输送至幅度相位处理单元的第二输入端，幅度相位 处理单元将待测部位产生的反射波信号与参考信号进行比较，输入至主处理器并由主处理 器计算得到待测部位组织的介电特性。
[0009] 优选的，上述主处理器设置为计算机主处理器，计算机主处理器存储有正常组织 和已知肿瘤组织介电特性的数据库，计算机主处理器将得到的测量部位的介电特性结果与 计算机主处理器内预先建立的正常组织和已知肿瘤组织介电特性的数据库进行比较，判断 测量部位组织的良恶性。
[0010] 上述实时监测人体组织介电特性的设备还设置有探头，所述探头设置于所属同轴 传输线的端部。
[0011] 上述探头的匹配阻抗为50欧姆，探头的直径为毫米级。
[0012] 上述电磁波信号发生器发射的电磁波信号带宽为lMHz-300GHz。
[0013] 上述主处理器计算得到待测部位组织的部位的介电特性包括电导率、电容率或者 复介电特性参数。
[0014] 上述实时监测人体组织介电特性的设备，具体通过如下方式得到待测部位组织的 介电特性参数： a. 由电磁波信号发生器产生宽频带电磁波信号，由功率分配器产生参考信号 Sri和测试信号Sr2，测试信号St2由同轴传输线发送至待测体组织并在待测体组织处产 生反射波，定向耦合器将所接收的待测体组织产生的反射波信号输送至幅度相位处理 单元的第二输入端，由所获得的参数Sn、SM根据式（1)计算得到同轴传输线反射至定向 耦合器的反射系数Λ;,，
【主权项】
1. 一种实时监测人体组织介电特性的设备，其特征在于：设置有电磁波信号发生器、 功率分配器、定向耦合器、同轴传输线、幅度相位处理单元和主处理器； 所述电磁波信号发生器与所述功率分配器信号连接，功率分配器的第一输出端与幅度 相位处理单元的第一输入端连接，功率分配器的第二输出端与定向耦合器的第一输入端信 号连接，定向耦合器连接同轴传输线，定向耦合器的信号输出端与幅度相位处理单元的第 二输入端连接，幅度相位处理单元的输出端与主处理器的输入端连接； 所述电磁波信号发生器产生宽频带电磁波信号，功率分配器对宽频带电磁波信号分配 形成参考信号和测试信号，参考信号输入至幅度相位处理单元的第一输入端，测试信号经 定向耦合器由同轴传输线发送至待测体组织并在待测体组织处产生反射波；定向耦合器将 所接收的待测体组织产生的反射波信号输送至幅度相位处理单元的第二输入端，幅度相位 处理单元将待测部位产生的反射波信号与参考信号进行比较，输入至主处理器并由主处理 器计算得到待测部位组织的介电特性。
2. 根据权利要求1所述的实时监测人体组织介电特性的设备，其特征在于：所述主处 理器设置为计算机主处理器，计算机主处理器存储有正常组织和已知肿瘤组织介电特性的 数据库，计算机主处理器将得到的测量部位的介电特性结果与计算机主处理器内预先建立 的正常组织和已知肿瘤组织介电特性的数据库进行比较，判断测量部位组织的良恶性。
3. 根据权利要求1或2所述的实时监测人体组织介电特性的设备，其特征在于：还设 置有探头，所述探头设置于所属同轴传输线的端部。
4. 根据权利要求3所述的实时监测人体组织介电特性的设备，其特征在于：所述探头 的匹配阻抗为50欧姆，探头的直径为毫米级。
5. 根据权利要求4所述的实时监测人体组织介电特性的设备，其特征在于：所述电磁 波信号发生器发射的电磁波信号带宽为lMHz-300GHz。
6. 根据权利要求1或2所述的实时监测人体组织介电特性的设备，其特征在于：主处 理器计算得到待测部位组织的介电特性包括电导率、电容率或者复介电特性参数。
7. 根据权利要求1或2所述的实时监测人体组织介电特性的设备，其特征在于：具体 通过如下方式得到待测部位组织的介电特性参数： a. 由电磁波信号发生器产生宽频带电磁波信号，由功率分配器产生参考信号 和测试信号，测试信号Sr2由同轴传输线发送至待测体组织并在待测体组织处产 生反射波，定向耦合器将所接收的待测体组织产生的反射波信号Sm输送至幅度相位处理 单元的第二输入端，由所获得的参数Sr i、SM根据式（1)计算得到同轴传输线反射至定向 耦合器的反射系数/^，
其中C1、C2为功率分配器的分配系数，C3为定向耦合器的耦合系数； b. 采用与步骤a相同的方法，分别测量同轴传输线在短路、开路、标准液三种状态下的
C.根据式（2)、式（3)、式（4)计算当次测量射频系统介电特性计算系数A1、A 2、A:p
式中，~帛是标准液的电导率是标准液的相对介电常数，标准液是介电特性为 已知数据的溶液，标准液的复介电特性为; d.根据式（5)计算待测部位体组织的介电常数，
分离实部和虚部，得到待测体组织的等效电导率^|和相对介电常数
8.通过权利要求1至7任意一项所述的实时监测人体组织介电特性的设备获得待测部 位组织的介电特性参数方法，其特征在于：包括如下步骤， a. 由电磁波信号发生器产生宽频带电磁波信号，由功率分配器产生参考信号；^^和测 试信号，测试信号由同轴传输线发送至待测体组织并在待测体组织处产生反射波， 定向耦合器将所接收的待测体组织产生的反射波信号S m输送至幅度相位处理单元的第二 输入端，由所获得的参数S71、Sm根据式（1)计算得到同轴传输线反射至定向耦合器的反 射系数r'，
其中、C2为功率分配器的分配系数，G3为定向耦合器的耦合系数； b. 采用与步骤a相同的方法，分别测量同轴传输线在短路、开路、标准液三种状态下的 同轴传输线反射至定向親合器的反射系数 c. 根据式（2)、式（3)、式（4)计算当次测量射频系统介电特性计算系数Ai、/?、A3，
式中，^ #是标准液的电导率，是标准液的相对介电常数，标准液是介电特性为 已知数据的溶液，标准液的复介电特性为# 一 ; d.根据式（5)计算待测部位体组织的介电常数，
分离实部和虚部，得到待测部位体组织的等效电导率和相对介电常数
【专利摘要】一种实时监测人体组织介电特性的设备及通过该设备获得人体组织介电特性参数的方法，设备设有电磁波信号发生器、功率分配器、定向耦合器、同轴传输线、幅度相位处理单元和主处理器；电磁波信号发生器产生宽频带电磁波信号由功率分配器分配形成参考信号和测试信号，参考信号输入至幅度相位处理单元，测试信号经定向耦合器由同轴传输线发送至待测体组织并在待测体组织处产生反射波；定向耦合器将待测部位产生的反射波信号输送至幅度相位处理单元，将待测部位产生的反射波信号与参考信号进行比较，输入至主处理器并计算得到人体组织的介电特性。本发明可在体外或者术中无创、简单、高效监测人体组织介电特性，可利用此项指标，辅助判断组织的良恶性。
【IPC分类】A61B5-053
【公开号】CN104814736
【申请号】CN201510222241
【发明人】辛学刚, 厉周
【申请人】南方医科大学
【公开日】2015年8月5日
【申请日】2015年5月5日