专利名称：一种测量人体肺部活性组织介电特性系统及其测量方法
技术领域：
本发明属于电测量领域，具体涉及一种测量人体肺部活性组织介电特性系统及其测量方法。
背景技术：
生物组织的介电特性是生命固有的生物物理特性，组织的阻性和容性成分可随加载电信号频率的不同而发生较显著变化。而人体组织的介电特性作为生命的一个重要的生物物理特性，成为探索生命奥秘的重要基础之一。此外，由JemaI A等在2011年发表于《临床医师肿瘤杂志》(CA Cancer J Clin)第61卷第2期，69-90页的论文《全球肿瘤统计报告》(Global cancer statistics)中显示,肺癌目前是全球发病率和死亡率最高的恶性肿瘤，已成为严重威胁人类健康的疾病之一。而电阻抗层析成像(Electrical ImpedanceTomography, EIT)技术因其安全、无损伤、低成本等特点可望成为临床诊断肺癌的研究热点。对肺癌组织与正常组织介电频谱特性进行实验测量并发现差异可为电阻抗层析成像技术提供先验信息。因此，人体肺部活性组织介电特性的研究为从物理角度研究电磁场对生命的影响、临床电磁治疗和电磁成像技术提供理论依据和数据参考，对基础医学和临床诊断具有重要的研究价值。就生物组织的介电特性测量而言，它的研究开始于19世纪末，到20世纪八十年代才展开了较系统地研究=Gabriel等在总结前人研究的基础上，研究了山羊部分组织在IOHz到20GHz频率范围内的介电特性，并将研究延伸到了人体组织，对人新鲜尸体的部分组织进行测量，并建立了相应的参数模型，1996年在《物理学在医学与生物学中的应用》(Phys Med Biol)第41卷11期，2231-2293页发表了题为《生物组织的介电特性:一、文献调石开〉〉(The dielectric properties of biological tissues: 1.Literature survey),〈〈生物组织的介电特性:二、IOHz到20GHz频率范围内的组织测量》(The dielectric propertiesof biological tissues:11.Measurements in the frequency rangelOHz to20GHz),《生物组织的介电特性:三、组织的介电谱参数模型》(The dielectric propertiesof biological tissues:1I1.Parametric models for the dielectric spectrum oftissues)的三篇文章。后来意大利应用物理学会根据Gabriel等的部分测量数据和参数模型建立了网站，用于估算人体IOHz到100GHz频率范围内的55种组织器官的介电特性参数，其中包括肺吸气和肺呼气状态下的人体肺组织介电特性，成为目前进行相关研究主要依赖的网站。但由于是以动物离体组织和部分人尸体组织作为估算依据，所以准确性不能保证。此外，应临床治疗和诊断的电磁成像技术研究的需求，研究学者又展开了对癌变组织介电特性的研究，如2008年，Taehong Kim等在19届电磁兼容国际苏黎世研讨会(19thInternational Zurich Symposium on Electromagnetic Compatibility)上发表论文《妇女乳房脂肪组织、肿瘤组织和纤维一腺体组织介电特性研究》(A study of dielectricproperties of fatty, malignant and fibro-glandular tissues in female humanbreast.) (APEMC会议记录第216-219页)，提出乳腺癌组织与正常组织具有不同的频谱特性。后又有对脾脏肿瘤组织、肝癌组织介电特性的研究报道，但人体肺癌组织介电特性还没有相关报道。就活性组织介电特性的测量方法而言，Gabriel等1996年在《物理学在医学与生物学中的应用》(Phys Med Biol)第41卷11期，2251-2269页发表的《生物组织的介电特性:二、IOHz 到 20GHz 频率范围内的组织测量》(The dielectric properties of biologicaltissues:11.Measurements in the frequency rangelOHz to20GHz)中提出了三种测量方法:10Hz IOMHz范围内采用HP4192A阻抗分析仪；300KHz 3GHz范围内采用HP8753C阻抗分析仪；130MHz 20GHz采用HP8720阻抗分析仪。用开放式的同轴探针连接测量装置和组织样本在室温下进行测量，并未模拟组织的在体环境(温度37°C，相对湿度90%以上)。针对肺组织的高度不均匀性，Nopp等1993年在《物理学在医学与生物学中的应用》(Phys MedBiol)第38卷，699-716页发表的《肺组织的介电特性是关于空气含量的函数》(Dielectricproperties of lung tissue as a function of air content)中提出了三种肺组织测量电极:点电极，板电极和两平行板电极。并针对肺泡中含空气量不同定义了空气填充系数F，F是由样本的质量和体积决定的
权利要求
1.一种测量人体肺部活性组织介电特性系统，其特征是:该系统分为介电频谱测量系统和介电测量系统环境控制平台； 所述的介电频谱测量系统包括测量电极、标本测试盒、测试夹具、适配器、阻抗分析仪、数据采集接口、PC机，所述标本测试盒为可拆卸圆筒型测试盒，在圆筒型测试盒两侧粘附有测量电极，标本测试盒固定于测试夹具上，测试夹具与配套的适配器相连，通过BNC接头将适配器连接在阻抗分析仪上，再通过数据采集接口与PC机相连，实现数据采集与存储； 所述的介电测量系统环境控制平台包括测试舱、温度控制系统、湿度测量仪、超声雾化器，所述测试舱为可开启的密闭舱，与阻抗分析仪相连的适配器、测试夹具、标本测试盒位于测试舱中，超声雾化器、湿度测量仪探针、温度控制装置放置在测试舱中监测和控制测试舱的温度和湿度。
2.一种根据权利要求1所述测量人体肺部活性组织介电特性系统的测量方法，具体为以下步骤: (1)获取正常 组织与肺癌组织样本:获取多组患者行肺部肿瘤切除手术切下的肺部组织，按照能够填满标本测试盒容积的标准分别切取正常组织与肺癌组织作为实验样本，称重、记录正常组织样本的质量用于后续数据处理；肺癌组织不称重； (2)人体肺部活性组织介电特性测量:将获取的所述正常组织与肺癌组织实验样本分别放入所述标本测试盒中，将标本测试盒放入所述测试舱内，利用所述温度控制器通过PID控制将测试舱内的温度控制在37°C，利用所述超声雾化器和湿度测量仪维持测试舱内相对湿度在90%以上，在上述环境中进行介电频谱测量，通过所述阻抗分析仪测得实验样本组织的串联电阻(R)和串联电抗(X)，所述正常组织与肺癌组织实验样本的测量均在离开人体30分钟内完成； (3)纳入错误组织数据的剔除:多组患者的实验样本测试完成后对所有实验样本行组织病理学分析，剔除纳入错误的组织所属患者的所有测试数据； (4)数据处理: 通过下式得到被测组织即正常组织和肺癌组织的等效电导(G)和等效电容(C):
全文摘要
本发明提供一种测量人体肺部活性组织介电特性系统，该系统分为介电频谱测量系统和介电测量系统环境控制平台；同时提供一种采用测量人体肺部活性组织介电特性系统的测量方法。本发明效果是通过方便可得的测量设备和商品化的仪器设备构建了人体肺部活性组织介电频谱测量系统和介电测量系统环境控制平台。能够定量分析正常组织与肺癌组织介电频谱特性，而非单纯研究肺呼气和肺吸气两种定性状态下的介电特性；最大限度地模拟组织在体环境，保证肺部组织活性，提高了测量结果的准确性。
文档编号G01R27/26GK103197146SQ20131009215
公开日2013年7月10日 申请日期2013年3月21日 优先权日2013年3月21日
发明者王洁然, 王化祥, 徐晓, 孙青 , 刘京 申请人:天津大学