测量生物体电阻抗的探针、探头和装置制造方法
【专利摘要】测量生物体电阻抗的探针，包括探针杆6、探针导向套筒7、压力弹簧8和绝缘层9；探针杆6的一端为附接面10，探针杆6与探针导向套筒7轴向滑动配合，压力弹簧8的一端顶在探针导向套筒7顶壁上，压力弹簧8的另一端顶在探针杆6的头部，探针杆6的侧壁为绝缘层9；4根上述的探针规则排列，探针导向套筒7固定在一起形成探头4；探头4中的探针导向套筒7固定在探头固定装置3上，探头固定装置3的一端与滑轴2滑动配合，滑轴2的一端与底座1的固定连接，构成--测量生物体电阻抗的装置。探针杆因压力弹簧的舒张而伸缩，确保4根探针杆的附接面都与被测组织表面接触，绝缘层可限制探针杆与被测组织接触的最大导电面积，从而提高数据采集精度。
【专利说明】测量生物体电阻抗的探针、探头和装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于离体生物组织电阻抗测量的探针、探头和装置，涉及生物医学工程中的生物电阻抗测量领域。
【背景技术】
[0002]电阻抗作为生物组织的一个基本的物理参数，长期以来得到生物物理学家和生理学家的广泛关注。目前在电生理学领域大量使用的膜片钳、电压钳技术正是基于细胞膜的电阻抗效应原理。生物组织作为一种电介质，它的电特性值得深入研究。早期的生物物理学研究表明，在直流状态下生物组织表现出来的电阻特性的差异可以用于区分不同的组织；而更值得关注的是生物组织的电阻抗随着外加电信号的频率的不同而表现出很大的变化，这种现象我们称之为电阻抗频谱。
[0003]在对生物组织阻抗频谱进行测量中，一般采用的方法有双电极法、四电极法。双电极测量技术是将幅值恒定的交变电流通过一对电极引入被测生物组织，再通过同一对电极将其两端的电压检测出。由于双电极在使用中，电极下被测组织中的电流密度高于被测组织其它部位的电流密度，即电流分布不均匀，这样组织各个部分对阻抗的贡献就不同，从而使测得的阻抗与实际阻抗有较大的误差。同时，电极和生物组织之间还存在接触电阻，且该电阻还不稳定，这又将引入测量误差。另外，电流流过电极和生物组织电解液时还将产生极化现象，在低频时极化误差比较严重。因此，在精确测量生物组织阻抗时，双电极法也不多见，已逐步被四电极法所代替。
[0004]典型的四电极测量系统包含两对电极，一对电极(电流电极)将恒定幅值的交变电流引入被测生物组织，另一对电极(电压电极)介入两电流电极之间，检测被测部位的电位差。由于四电极测量系统中供电电极与测量电极分离，电压电极处于电流密度分布比较均匀的中间段，当采用高输入阻抗的运算放大器时，电压电极与被测组织间的接触电阻可以忽略不计，同时电极与生物组织电解液之间的极化也可以忽略不计。所以，四电极法比较好的客服了双电极法存在的问题，从而可适用于较宽频率的生物阻抗测量。目前，生物组织的阻抗测量一般都采用四电极测量技术。
[0005]由于生物组织的特殊性，离体组织的复阻抗随着离体时间延长而发生一定变化，对离体组织的一次扫频(驱动频率由低频到高频或由高频到低频依次加载到被测目标)必须在足够短的时间内完成。
[0006]对被测生物组织进行阻抗频谱测量，要保持被测组织的生理指标处于平稳状态，不能使分泌物和血液等玷污被测组织，而且不能用水冲洗，以免影响测量数据的准确性。
[0007]现有技术中有生物离体组织介电特性的测量盒，但操作时需耗费时间对被测组织进行切片，破坏了生物组织的结构特性，且需要时间过长，测量时生物离体组织的复阻抗已经发生变化，干扰了测量结果的准确性。
[0008]现有技术中有用于测量人或动物体组织阻抗的探针，但未考虑到切片生物组织结构表面并不是处于完全平面状态，以及各种不同组织在测量时给予探针压力时不同的收缩程度，例如乳腺癌组织是癌细胞不断吞噬周边正常细胞产生，组织中心位置致密度最高，向内塌陷，组织切片时做不到完全平整，造成电极与被测生物组织的接触不良或不能完全接触使测量数据不准确或测量不成功；而加大电极面对被测生物组织的压力，又会造成组织内残留分泌物或血液溢出干扰测量。
[0009]另外，探针的导电能力往往还受探头与被测组织接触面的导电面积大小的影响，探针受压后，被测组织发生形变，不仅附接面成为导电面，靠近附接面的探针侧面也因与被测组织接触而成为导电面，从而使采集的数据受导电面的变化而受影响。也就是说现有探头受压后，探头与与被测组织接触的导电面积的变化影响了数据的采集精度。
【发明内容】
[0010]本发明提供的测量生物体电阻抗的探针，使用时，探针杆能够伸缩，从而实现探头中的探针杆的附接面都能与被测组织接触，同时探头的导电面积不受压力的增大而增大。
[0011]测量生物体电阻抗的探针，包括探针杆、探针导向套筒、压力弹簧和绝缘层；探针杆的一端的端面为附接面，探针杆与探针导向套筒轴向滑动配合，压力弹簧的一端顶在探针导向套筒顶壁上，压力弹簧的另一端顶在探针杆的头部，探针杆的侧壁为绝缘层。
[0012]上述的测量生物体电阻抗的探针,在探针导向套筒的侧壁与探针杆的外壁有相互配合的限位结构。
[0013]上述的测量生物体电阻抗的探针，所述探针包括导线，导线与探针杆或探针导向
套筒联接。
[0014]上述的测量生物体电阻抗的探针，所述绝缘层与附接面齐平。
[0015]测量生物体电阻抗的探头，包括4根上述的测量生物体电阻抗的探针，4根探针规则排列，4根探针的探针导向套筒固定在一起。
[0016]上述的测量生物体电阻抗的探头，所述4根探针规则排列是指四根探针等间距列成一排。
[0017]测量生物体电阻抗的装置，包括底座、滑轴、探头固定装置和上述的探头；滑轴的一端与底座的固定连接；探头固定装置的一端与滑轴滑动配合，探头中的探针导向套筒固定在探头固定装置上。
[0018]上述的测量生物体电阻抗的装置，所述探头固定装置的一端与滑轴滑动配合带有锁定探头固定装置与滑轴的结构。
[0019]有益效果: 测量生物体电阻抗的探针，使用时，通过探针导向套筒施加一个力，这个力通过压力弹簧推动探针杆的附接面与被测组织接触，当探针杆的附接面与被测组织接触后，被测组织通过附接面施加给探针杆的反作用力使压力弹簧收缩，探针杆与探针导向套筒轴向滑动配合，探针杆因压力弹簧的舒张与收缩而伸缩。
[0020]探针杆靠近附接面的侧壁为绝缘层，该绝缘层可限制探针杆与被测组织接触的最大导电面积，从而防止探针杆因其受到压力的变化而引起探针杆与被测组织导电接触面的变化，从而提高数据采集的精度。
[0021]测量生物体电阻抗的探头，4根探针的探针导向套筒固定在一起，使用时，4根探针的探针杆可因其附接面受到被测组织表面的反作用力而出现不同的收缩，可实现4根探针杆的附接面都与被测组织表面接触；绝缘层的存在可使探针杆与被测组织接触的导电面
积一致。
[0022]测量生物体电阻抗的装置，底座1，用于放置盛放被测生物组织的器皿；滑轴2，用于升降探头装置4到测量位置；固定装置3，用于固定探头装置在测量位置；探头4，用于附接于被测量离体生物组织并提供激励信号和提取测量数据；导线5，用于连接探头装置4上的四根探针到设备。带滑轴的测试平台设计，可避免由操作员手持探头测量造成的人为误差，能有效解决探头附接与不平整的生物组织表面时产生的不完全接触或接触不良所造成的测量失败和测量数据不准确的问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]附图1测量生物体电阻抗的装置立体示意图 附图2为测量生物体电阻抗的探针立体示意图 附图3为测量生物体电阻抗的探针导向套筒剖视图 附图4为测量生物体电阻抗的探针杆剖视图
附图5为测量生物体电阻抗的探针杆底部放大图 附图6为测量生物体电阻抗的探针杆底部剖视图1-底座，2-滑轴，3_固定装置，4-探头，5-导线，6-探针杆，7-探针导向套筒，8-压力弹簧，9-绝缘层，10-附接面，11-限位结构。
【具体实施方式】[0024]实施例1:测量生物体电阻抗的探针，包括探针杆6、探针导向套筒7、压力弹簧8和绝缘层9 ;探针杆6的一端为附接面10，探针杆6与探针导向套筒7轴向滑动配合，压力弹簧8的一端顶在探针导向套筒7顶壁上，压力弹簧8的另一端顶在探针杆6的头部，探针杆6的侧壁为绝缘层9。
[0025]图2、图3中所示的探针杆6与探针导向套筒7轴向滑动配合是探针杆6的一端插入探针导向套筒7中，而探针导向套筒7的一端插入探针杆6中也可，对于有机械专业知识的技术人员而言，这种轴向滑动配合还有很多种。
[0026]实施例1所述的测量生物体电阻抗的探针，在探针导向套筒7的侧壁与探针杆6的外壁有相互配合的限位结构。图2、图3中所示的限位结构是探针导向套筒7的外壳上的内壁上有一向内的突起，探针杆6的外壁有一段向内的凹限，突起可在凹限内沿探针导向套筒7轴向移动，凹限部位的右侧壁(图一所示右侧)可防止探针杆6脱离探针导向套筒7。
[0027]上述限位结构中限位突起在探针导向套筒7的内壁上，但限位突起在探针杆6的外壁上，探针导向套筒7的内壁向外凹陷，也可实现限位配合；
探针杆6与探针导向套筒7之间的限位结构还包括其他既可防止探针杆6脱离探针导向套筒7，又可使针杆6的端面即附接面10受压时，探针杆6与探针导向套筒7之间可相对伸缩:比如:在探针导向套筒7的外壁上轴向开一个或多个长条形的槽隙，探针杆6的外壁上对应槽隙处有限位翅，该限位翅既可在槽隙中移动，槽隙左端又可挡住限位翅防止探针杆6脱离探针导向套筒7。
[0028]上述限位结构中限位翅在探针杆6的外壁上，而限位翅也可固定在探针导向套筒7的内壁，只要探针杆6的外壁上有配合限位翅移动的槽体就行。
[0029]当然，机械学上有许多限位结构，只要能满足使探针杆6与探针导向套筒7之间可轴向相对伸缩，又能防止探针杆6与探针导向套筒7之间的滑动连接脱落就行。[0030]根据权利要求1所述的测量生物体电阻抗的探针，所述探针包括导线5，导线5与探针杆6或探针导向套筒7联接。导线不管是与探针导向套筒7，还是与探针杆6的连接，只要能正常导电、并不影向探针杆6与探针导向套筒7之间的轴向相对伸缩就行。
[0031]实施例1所述探针杆6的侧壁为绝缘层9，指靠近附接面10 —端的侧壁外有一层绝绝缘层9，该绝缘层9的存在可使探针杆6与被测组织接触的导电面积受到限定。
[0032]所述绝缘层(9)与附接面(10)齐平，就是绝缘层9的边缘与附接面10所在的探针杆6端面一致，该绝缘层9的存在可使探针杆6的侧壁不与被测组织接触导电，从而使探针杆6与被测组织接触的导电最大面积就是附接面10的面积。
[0033]实施例2:测量生物体电阻抗的探头，包括4根实施例1所述的测量生物体电阻抗的探针，4根探针规则排列，4根探针的探针导向套筒(7 )固定在一起。
[0034]本实施例所述的4根探针规则排列，是指探针的排列方式与数据处理装置中的数据处理软件所要求的数据采集规则决定的排列方式排列。
[0035]实施例2所述的测量生物体电阻抗的探头，所述4根探针规则排列优选四根探针等间距列成一排。
实施例3: 测量生物体电阻抗的装置，包括底座1、滑轴2、探头固定装置3和实施例2所述的探头4 ;滑轴2的一端与底座I的固定连接；探头固定装置3的一端与滑轴2滑动配合，探头4中的探针导向套筒7固定在探头固定装置3上。
[0036]本装置如附图1所示包括放置盛放被测生物组织器皿的底座1，底座I上具有滑轴2，探头装置4沿滑轴2上下滑动，通过固定装置3固定于所需位置，探头装置4上的四根探针的附接面10附接于被测生物组织表面进行测量。四根探针成一排，等间距1mm，高度齐平嵌入探头装置4上用绝缘材料制作的安装座上，探针尾部用导线连出；两侧两根探针作为电流电极引入幅度恒定的交变电流到被测生物组织，中间两根探针作为电压电极测量被测部位的电位差。
[0037]所述探头固定装置的一端与滑轴滑动配合带有锁定探头固定装置与滑轴的结构。
[0038]探针结构如附图2所示由探针杆6、探针导向套筒7、压力弹簧8、绝缘层9组成；探针杆6可在具有卡位槽11的探针导向套筒7内滑动，由压力弹簧8控制探针杆6的复位。
[0039]本装置的探针具体尺寸如附图3所示。探针杆6和探针导向套筒由银合金制成，探针杆6沿附接面10到暴露在探针导向套筒外处除附接面外表面加工有20um厚的绝缘层，如附图4所示，以使探针接触被测生物组织时，除附接面10外其余部位与被测生物组织绝缘，保证四根探针接触面积的一致性，提高测量的准确性。
[0040]本装置的压力弹簧8选用磷青铜线制成，弹簧常数为0.01kgf/mm.通过对弹簧常数的选择，在测量时通过压力弹簧8对探针杆6施加一定的压力，使附接面10与被测生物组织有效附接时不会因为过大的压力导致被测生物组织内残留的分泌物或血液溢出而干扰测量。
[0041]本装置探针导向套筒7的尺寸如附图3所示，探针导向套筒7为一外径1.12mm,内径0.82mm的圆柱筒,在圆柱筒中部距开口 8mm处有一内径为0.65mm的卡位槽11.本装置的探针杆6的尺寸如附图4所示，头部直径为1mm，中间直径为0.5mm，两端直径为0.76_，由于探针导向套筒7上的卡位槽11的内径大于探针杆6的中部直径而小于两端直径，所以探针杆6可在探针导向套筒7内滑动而不会从导向套筒7内脱出。
[0042]附图6为探针杆6底部的放大剖视图，探针杆6沿附接面10到暴露在探针导向套筒外处除附接面外表面加工有20um厚的绝缘层，如附图5所示，以使探针接触被测生物组织时，除附接面10外其余部位与被测生物组织绝缘，保证四根探针接触面积的一致性，提高测量的准确性。
[0043]本装置的压力弹簧8选用磷青铜线制成，弹簧常数为0.01kgf/mm.通过对弹簧常数的选择，在测量时通过压力弹簧8对探针杆6施加一定的压力，使附接面10与被测生物组织有效附接时不会因为过大的压力导致被测生物组织内残留的分泌物或血液溢出而干扰测量
上述实施例所述的探针杆6和探针导向套筒7优选银合金制成。
[0044]上述实施例所述的绝缘层的厚度可因绝缘材料的不同而变化，只要能起到隔绝被测组织与探针杆6侧壁接触导电就可。`
【权利要求】
1.测量生物体电阻抗的探针，特征在于:所述探针包括探针杆(6)、探针导向套筒(7)、压力弹簧(8)和绝缘层(9);探针杆(6)的一端的端面为附接面(10)，探针杆(6)与探针导向套筒(7)轴向滑动配合，压力弹簧(8)的一端顶在探针导向套筒(7)上，压力弹簧(8)的另一端顶在探针杆(6 )上，探针杆(6 )的侧壁为绝缘层(9 )。
2.根据权利要求1所述的测量生物体电阻抗的探针，特征在于:在探针导向套筒(7)的侧壁与探针杆(6)的外壁有相互配合的限位结构。
3.根据权利要求1所述的测量生物体电阻抗的探针，特征在于:所述探针包括导线(5)，导线(5)与探针杆(6)或探针导向套筒(7)联接。
4.根据权 利要求1所述的测量生物体电阻抗的探针，特征在于:所述绝缘层(9)与附接面(10)齐平。
5.测量生物体电阻抗的探头，特征在于:包括4根权利要求1所述的测量生物体电阻抗的探针，4根探针规则排列，4根探针的探针导向套筒(7)固定在一起。
6.测量生物体电阻抗的探头，特征在于:所述4根探针规则排列是指四根探针等间距列成一排。
7.测量生物体电阻抗的装置，特征在于:包括底座(1)、滑轴(2)、探头固定装置(3)和权利要求5所述的探头(4);滑轴(2)的一端与底座(1)的固定连接；探头固定装置(3)的一端与滑轴(2)滑动配合，探头(4)中的探针导向套筒(7)固定在探头固定装置(3)上。
8.测量生物体电阻抗的装置，特征在于:所述探头固定装置(3)的一端与滑轴(2)滑动配合带有锁定探头固定装置(3)与滑轴(2)的结构。
【文档编号】A61B5/053GK103654777SQ201310658789
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月9日 优先权日:2013年12月9日
【发明者】王奕刚, 向飞, 戴涛, 余华章, 蒲洋, 林怡, 卜力宁 申请人:思澜科技（成都）有限公司