基于四电极测量法的在体生物组织复电导率微创测量探针的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于四电极测量法的在体生物组织复电导率微创测量探针，该探针与热电偶调理电路连接，所述的探针包括:空心圆柱绝缘针筒(102);金属针尖(101)，安装在空心圆柱绝缘针筒(102)头端部，用于刺入生物组织;电极环，包括两个激励电极环(103、106)和两个测量电极环(104、105)，第一激励电极环(103)、第一测量电极环(104)、第二测量电极环(105)、第二激励电极环(106)依次套设在空心圆柱绝缘针筒(102)上;尾部延长绝缘针筒(401)，安装在空心圆柱绝缘针筒(102)尾端部。与现有技术相比，本发明具有结构简单、测量简便快捷、可以实现对生物组织复电导率及实时温度的在体微创测量等优点。
【专利说明】基于四电极测量法的在体生物组织复电导率微创测量探针
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种生物组织电特性测量技术，尤其是涉及一种基于四电极测量法的在体生物组织复电导率微创测量探针。
【背景技术】
[0002]生物组织在不同的物理条件或生理条件下呈现不同的电特性，生物组织的电特性可以用复电导率来描述，它包含电导率σ和介电常数ε。而对生物组织电特性的测量是一种通过对被测对象注入安全电流来获得相应的电压，根据激励电流和测量电压的关系而获得复电导率的方法。通过隔离外电路并限定激励电流在安全范围内，可以保证测量过程安全无害，并且测量简单，可用于健康监测或治疗辅助手段。并且由激励电流和测量电压的关系获得的复电导率数学模型简单，物理意义直观，结果可靠。
[0003]研究生物组织的电特性具有重要的科学意义。由于不同的生物组织有不同的复电导率，而复电导率的值与组织的健康程度、病变情况相关，对健康组织和病变组织的电特性进行研究，对于组织病变的研究具有重要医学意义。
[0004]此外，组织的温度特性也是影响生物组织电特性的一个重要参数，在测量生物组织电特性的同时必须测定其温度值。通过研究生物组织的温度特性和复电导率的关系，可以辅助医学上基于电阻抗方法的热疗过程的温度监测。如高强度聚焦超声治疗技术(HIFU)是一种将超声能量集中到一个区域(焦域)，在焦域内通过空化、温升等使病变组织产生不可逆的凝固性坏死，从而去除病变组织的技术。该技术由于无创或微创、治疗效果好、相比较外科手术治疗降低了病人的身体负担，延长病人生命，在世界各国已经成为声场治疗的研究热点。
[0005]然而HIFU技术的一个难点是对治疗过程中的温度监测，实时掌握治疗靶区内温度分布情况，是保证HIFU治疗质量的重要依据。而一般的方法如超声法、CT法和MRI法由于温度监测的准确性或使用成本上考虑不适合推广使用。
[0006]生物组织的温度特性与电特性之间具有一定关系，通过测量电阻率的分布和变化，可以计算出当前温度值，从而实现实时温度测量。并且通过生物组织复电导率分析组织特性的方法成本低、易操作，在治疗辅助手段方面有广阔的发展前景。
[0007]但是，有关在体生物组织电特性的研究较少，目前已报道的研究主要针对离体组织的电特性的研究。但生物组织离开生物体之后由于缺乏血液、氧气等供应，生物活性会随时间变化而改变，细胞缺水、失活等等，都会显著改变生物组织的电特性。因此研究一种能够微创测量在体生物组织电特性的测量装置并同时检测其温度就非常必要。
【发明内容】
[0008]本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种结构简单、测量方便的基于四电极测量法的在体生物组织复电导率微创测量探针。
[0009]本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:[0010]探头的工作原理是:一个直径细小的四电极探针插入被测对象中，在任意横截面上被测对象的尺寸远大于探针尺寸，探针的几何尺寸及其对生物组织特性的扰动可忽略；探针上四个环形电极的间距微小、可以假定测量范围内生物组织的电特性是均匀的。
[0011]由于探针是直径微细的圆柱形，根据电磁场理论，在分析敏感场特性时可以将其理想化为一个平面二维场，满足Laplace方程:
【权利要求】
1.一种基于四电极测量法的在体生物组织复电导率微创测量探针，该探针与热电偶调理电路连接，其特征在于，所述的探针包括: 空心圆柱绝缘针筒(102)； 金属针尖(101)，安装在空心圆柱绝缘针筒(102)头端部，用于刺入生物组织； 电极环，包括两个激励电极环(103、106)和两个测量电极环(104、105)，第一激励电极环(103)、第一测量电极环(104)、第二测量电极环(105)、第二激励电极环(106)依次套设在空心圆柱绝缘针筒(102)上； 尾部延长绝缘针筒(401)，安装在空心圆柱绝缘针筒(102)尾端部: 将金属针尖(101)刺入待测的生物组织，向两个激励电极环(103、106)通入不同频率的差分正弦交流电流信号，从测量电极环(104、105)上获得对应的测量电极环的电压差，并同时记录热电偶调理电路的输出信号，然后计算出待测生物组织的电导率、介电系数和测量时的温度。
2.根据权利要求1所述的微创测量探针，其特征在于，所述的空心圆柱绝缘针筒(102)设有用于安装电极环(103、104、105、106)的对应安装槽(302、303、304、305)，每个安装槽内设有引线孔(110、301、111、112)，空心圆柱绝缘针筒(102)内部设有与每个引线孔(110、301、111、112)对应连通的引线槽(107、108、109、402)。
3.根据权利要求1所述的微创测量探针，其特征在于，所述的金属针尖(101)设有热电偶探头装配槽(113)。
4.根据权利要求1所述的微创`测量探针，其特征在于，所述的金属针尖(101)采用导热系数高且非氧化金属材料制成。
5.根据权利要求4所述的微创测量探针，其特征在于，所述的导热系数高且非氧化金属材料为白钢。
6.根据权利要求1所述的微创测量探针，其特征在于，所述的金属针尖(101)圆锥角为20。~30°。
7.根据权利要求1所述的微创测量探针，其特征在于，所述的空心圆柱绝缘针筒(102)采用高强度和低延展性的非导电材料制成。
8.根据权利要求7所述的微创测量探针，其特征在于，所述的高强度和低延展性的非导电材料为聚酰亚胺。
9.根据权利要求1所述的微创测量探针，其特征在于，所述的金属针尖(101)、空心圆柱绝缘针筒(102)、电极环、尾部延长绝缘针筒(401)的轴心处于同一直线上。
10.根据权利要求1所述的微创测量探针，其特征在于，所述的第一激励电极环(103)通入正向差分信号、第二激励电极环(106)通入负向差分信号时，第一测量电极环(104)测量信号的正向端，第二测量电极环(105)测量信号的负向端；输入差分信号可反向，但反向激励时，测量电极环的正负端同样要反向。
【文档编号】A61B5/01GK103479354SQ201310461742
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年9月30日 优先权日:2013年9月30日
【发明者】马艺馨, 苗枥文, 李傲, 张琴艳 申请人:上海交通大学