一种用于生物阻抗测试的探头及装置的制作方法

本发明涉及生物阻抗测试领域，具体涉及一种用于生物阻抗测试的探头。

背景技术：

生物电阻抗作为生物组织的一个基本物理参数，长期以来获得广泛关注。生物电阻抗测量，或简称生物阻抗技术，是一种利用生物组织与器官的电特性及其变化规律提取与人体生理、病理状况相关的生物医学信息的检测技术。它通常是借助置于被测生物组织表面的电极系统向检测对象送入微小的交流测量电流或电压，检测相应的电阻抗及其变化，然后根据不同的应用目的，获取相关的生理和病理信息。

现有的生物阻抗测试探头通常由一绝缘平面以及绝缘平面上嵌入的测试电极构成。然而，在实际生物阻抗测试中，被测生物组织与电极的接触面实际不是平面，从而导致在测试过程中，电极与被测生物组织的接触会向被测生物组织施加接触压力以确保接触良好，然而接触压力则会导致被测生物组织产生变形，同时内部结构致密的部分产生滑动，从而导致对该电极接触部位测量失败或测量结果出现偏差，其中致密的部分通常是病变组织。除此之外，现有的测试探头需要手持操作，但易出现操作人员在操作过程中因手部颤抖造成接触压力不恒定从而使测试结果不一致。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供一种生物阻抗测试探头，包括一凹曲面的绝缘基座和电极阵列，其中，电极阵列设于凹曲面上。

凹曲面构成了绝缘基座与被测生物组织的接触表面，凹曲面可以选用常见曲面的任意一种，其在绝缘基座上向内凹，即在绝缘基座上形成一容纳腔。

进一步的，凹曲面可以是柱面，优选的，柱面的准线为圆弧；凹曲面可以是球冠，优选的，为半球面；凹曲面可以是扇环面的一部分，具体的，为扇环面的外弧面；凹曲面还可以是抛物面等等。根据被测生物组织的形状选择凹曲面的具体形状。

每个组成电极阵列的电极与被测生物组织接触的接触面优选为与凹曲面齐平，或不超过凹曲面2mm，也就是说，电极接触面沿凹曲面弧度而设，避免因电极凸起太长，被测生物组织与凹曲面无法良好贴合从而提高测试难度；同时，增大了电极与被测生物组织的接触面积。电极的另一端隐藏在绝缘基座内，并且还通过导线与外部控制单元或供电单元连接。进一步地，电极阵列布满所述凹曲面，其且电极在凹曲面上均匀分布。

在使用探头进行生物阻抗测试时，凹曲面形成的容纳腔可直接盛放被测生物组织，将生物组织托起。

另一种使用方式是，被测生物置于载物台上，凹曲面将被测生物组织笼罩。

进一步地，生物阻抗测试探头还包括切割件，切割件沿凹曲面边缘一圈设置，切割件用于切除被测生物组织外缘黏连的多余部分，切割件可选用刀口，且刀口锋利的一边与凹曲面反向设置，从而使每次测量的离体组织样本体积一致，提高测量的精确度。

更进一步地，生物阻抗测试探头还包括负压孔，用于抽吸被测生物组织表面的组织液。组织液会导致生物阻抗测试结果产生偏差，负压孔设置于绝缘基座内并与凹曲面连通，且与电极错位设置。

通过本发明提供的生物阻抗测试探头，可避免在测试过程中被测生物组织因平面接触面挤压而产生的内部结构产生错位及滑动的现象出现；也避免了在操作过程中因手持探头抖动造成测试不稳定，阻抗测试结果不一致的现象出现。此外，当被测生物组织置于在凹曲面形成的容纳腔内时，沿凹曲面的弧度而设置的电极相比于设置于平面上的电极，其优势在于增大了电极与被测生物组织的接触面积，从而保证电极与生物组织接触稳定，测试能顺利进行。综上，采用本发明提供的生物阻抗探头可进一步提高生物阻抗测试结果的一致性和稳定性。

本发明还提供了一种生物阻抗测试装置，包括上述任一种生物阻抗测试探头，以及与探头配合使用的底座。底座设置有凹槽，用于容纳探头的绝缘基座。底座与探头通过接插件电连接，探头的绝缘基座上设置有触头，底座的凹槽在对应位置设有与触头对应的接触件。同时本发明还提供了所述生物阻抗测试装置的使用方法：将生物阻抗探头与底座组装，确保触点与对应的接触件电连接；将被测生物组织放置于生物阻抗探头的凹曲面内，使生物组织与电极阵列接触，之后便可开始进行生物阻抗的测试。

附图说明

图1为实施例一提供的阻抗测量探头的示意图；

图2为图1的仰视图；

图3为图1的左视图；

图4为图3中a-a’截面图；

图5为实施例二提供的阻抗测量探头的主视图；

图6为实施例二提供的阻抗测量探头的俯视视图；

图7为图5中b-b’截面图；

图8实施例三提供的阻抗测量探头的示意图；

图9为图8的主视图；

图10为图9中c-c’截面图；

图11实施例四提供的阻抗测量探头的示意图；

图12为图11的俯视图；

图13为图12中d-d’截面图；

图14为实施例五提供的阻抗测量探头的示意图；

图15为实施例五提供的探头底座的示意图；

图16为实施例五提供的阻抗测量装置的示意图；

图17为实施例五提供的阻抗测量装置的结构框图；

图18为实施例六提供的一种生物阻抗测试方法的流程示意图。

具体实施方式

实施例一

如图1所示，用于生物阻抗测试的探头100包括绝缘基座110以及设于绝缘基座上的电极阵列120。具体地，绝缘基座110类似于碗状，包含一中空半球体112以及一底座113，底座113固定于中空半球体112的外表面，且位于中空半球体112的顶部位置，其中，中空半球体112的内表面为凹曲面111，凹曲面111上排布有电极阵列120。

图2为探头100的仰视图，在本实施例中，电极阵列120由四个片状电极121等间距排列组成，且电极阵列120处于凹曲面110的中央区域。在其他实施方式中，电极阵列可采用任一类型电极以及电极排布方式，例如矩形四电极阵列，同心圆电极阵列等。

图3为探头100的正视图，图4为图3中a-a’处的截面图。明显地，凹曲面111的曲率与中空半球体112的曲率不同，中空半球体112并非为一层薄壳，而是具备厚度，包含了凹曲面111与外表面之间的夹层。

电极121嵌于中空半球体112内，具体地，是嵌在中空半球体112的夹层上。电极121与被测生物组织接触测试的部分略突出或齐平于凹曲面111。4个电极121的沿凹曲面111的弧度分布，即4个电极位于凹曲面111上的部分在图4截面图中的连线并非为一条直线，而是形成与凹曲面111一致的弧线。底座113为一空腔，其作用在于向四个电极121的尾部提供容纳空间，因而其宽度大于电极121的宽度，其长度大于电极阵列120的长度，高度也与电极121的高度相适应。图中未示出的有，底座113上设置开口，导线通过该开口可将电极121的尾部与外部控制单元或供电单元等相连。

探头100在对被测生物组织进行生物阻抗测试时，将碗状的绝缘基座110罩在被测生物组织上，电极阵列120与被测生物组织接触并进行生物电阻抗测试。生物组织与电极的接触面并不是完全平面的，因此，若采用现有的平面测试探头，则在测试时，因电极测量面施加的接触压力会导致待测生物组织中的致密结构产生滑动，进而造成测试结果出现偏差。而采用探头100进行测试的话，被测生物组织与电极阵列120紧密接触，即使产生挤压因凹曲面111的曲面形状将被测生物组织完全包裹，被测生物组织受力均衡，其内部致密结构不会产生滑动或错位，从而提高了测试结果的准确性。

根据实施例一提供的结构可设计出多种不同曲率小的凹曲面，在进行测试时，依据被测生物组织的形状特征选择包含曲率相适应的凹曲面的探头100即可。

实施例二

图5至图7示出了本发明的实施例二提供的探头200。探头200包括绝缘基座210、电极阵列220以及支撑件230。

绝缘基座210的形状为弧形槽，即从探头200的主视图看，绝缘基座210为一段弧形；从b-b’处的截面图看，绝缘基座210依然为一段弧形。相应地，绝缘基座210的内表面为凹曲面211，不管是从图5还是图7看也均为弧形，进而为被测生物组织提供的容纳空间。

凹曲面211上设有电极阵列220，在实施例二中，电极阵列220由多个电极221沿轴向等间距排列而成。从图6可知，电极221在凹曲面211露出的顶部为条状，且电极阵列220占据凹曲面211的大部分中央区域。如图5所示，电极221的垂直高度不尽相同，电极221的顶部连线形成了与凹曲面211曲率大致相同的弧形线。在图7中，电极221嵌于绝缘基座210上，电极211的顶部为凹面，其曲率与凹曲面211的一致。图中未示出的有，电极221底部固定于内嵌在绝缘基座210内部的pcb板上，且绝缘基座210上设有一开口，通过开口部将pcb与外部控制单元或供电单元等相连。

在本实施例中，支撑件230为一底面平整的空心底座，其与绝缘基座底固定连接，作用在于承托绝缘基座210，使凹曲面211朝上。在其他实施方式中，支撑件230可为任一能将探头200立起来的结构，如还可采用支架形式。

当被测生物组织为细小条状且表面凹凸不平时，若采用现有的平面接触面探头测试，则不易找到被测生物组织的测量面，且在与测量电极接触测量时，由电极测量面施加的接触压力会导致被测生物组织变形或其内部致密结构发生滑动等情况出现。通过实施例二提供的弧形槽状绝缘基座210以及其凹曲面211可有效避免此类问题。在生物阻抗测量时，探头200如图5放置，凹曲面211朝上，被测生物组织置于凹曲面211上，受重力作用，与凹曲面211上的电极阵列220接触从而可进行生物阻抗测试。电极阵列220占据了凹曲面211的大部分中央区域，电极221在凹曲面211的裸露部分呈凹面，对比平面电极与条状被测物接触形成的仅为接触点，凹面的电极221与条状被测物的接触可形成与电极同宽度的接触面。从而，提高了与被测生物组织的接触面积，且不会受到外力挤压。

实施例一的提供的探头100也能按实施例二中的阻抗测试方式使用，将被测生物组织直接盛放其绝缘基座110内。实施例一针对的被测生物组织优选为球体状，而实施例二的待测生物组织优选为穿刺针或活检钳取下的条状生物组织。在实施例二提供的探头200的基础上，可根据实际使用的穿刺针或活检钳的形状大小对凹曲面211的宽以及截面曲率进行设计；亦可直接将实施例二提供的凹曲面及其上的电极阵列与穿刺针或活检钳结合为一体。

实施例三

图8至图10提供了一种生物阻抗测量探头300，包括绝缘基座310、电极阵列320以及底座330，其中，绝缘基座310为中空半圆柱体，包含两个半圆板313以及凹曲面311。

电极阵列320分布于凹曲面311上，由多个点状电极321组成。在本实施例中，点状电极321形成m*n的矩形阵列，其中按图9提供的视图角度来说，第n行的所有电极均在同一高度。而第m列的所有电极则是按凹曲面311的弧度排列，如图11所示，与实施例一中的四个电极121的分布相同。底座330的结构也实施例一中的基座113相同。

探头300是针对离体生物组织进行设计的，两个半圆板313以及凹曲面311的直线边缘处均设置有刀口312，即探头300包含了一圈围成矩形的刀口312。在生物阻抗测试开始前，将探头300的敞口罩在离体生物组织上，因离体生物组织过大不能完全被探头300罩住，其待测部位表面不能与凹曲面311完全贴合，通过刀口312可切除多余的组织边缘，对被测离体组织进行修整，保证每次测量的待测组织体积一致，从而提高测试精确度。

实施例四

图11至图13是实施例四提供的用于生物阻抗测试的探头400，包括绝缘基座410、凹曲面411、以及电极阵列420。其中，绝缘基座410为其顶面为一凹曲面411的类圆柱体，电极阵列420的排布与实施例一提供的探头100的电极阵列排布大致相同。此外，探头400上还设有贯通绝缘基座410的负压孔412。负压孔412的个数按需设置，其与电极421错开，且最好设置在凹曲面411的中心处以及中心周围，如图15视角的高度较低部分。绝缘基座410除容纳电极421的尾部、为绝缘基座410提供支撑的作用外，还用于向负压孔412提供通道。

负压孔412的作用在于，当探头400按照实施例二提供的生物阻抗测试方式进行阻抗测试时，即被测生物组织盛放于绝缘基座410内，在被测生物组织本身重力作用下与电极阵列420紧密接触并进行阻抗测试，但在此过程中，待测生物组织本身的组织液也会在重力作用下流向凹曲面411，特别是向其底部聚集。组织液是电的良导体，会导致对待测生物组织的阻抗结果偏小。负压孔413的作用就在于将凹曲面411表面的堆积的以及待测生物组织与凹曲面411接触面上的组织液进行抽吸，从而提高生物阻抗测试的精度。

实施例五

为避免生物阻抗测试中的交叉感染，探头可用作一次性使用，本发明还提供了一种生物阻抗测量的装置10，图14至图17示出了一种生物阻抗测量的装置10及其组成部分：探头500和底座20。

探头500与前述探头结构相似，包括绝缘基座510，设于绝缘基座510上的凹曲面511以及在凹曲面511上等间距设置的电极521。在本实施例中，凹曲面511为柱面，绝缘基座510为其中一面为凹曲面511的长方体形状，电极521选择与凹曲面511弯曲弧度相同的片状电极。绝缘基座510的一平面外表面上设有触点513，且触点513与电极521分别一一对应地电连接。

但在其他应用中，可选用任意一种符合本发明意图的探头，例如实施例一至实施例四中提供的。

底座20为包括一凹槽21的方体形状，其中凹槽21的形状与探头的绝缘基座510相适应，凹槽21的形状为长方体，其长度及宽度与绝缘基座510长度相等，其高度小于或等于绝缘基座510的高度。凹槽21的表面上设置与触头513数量相同的接触件22，用于与触头513接触并进行导电和通信，接触件22的具体位置根据触头513的位置而定。当触头513位于绝缘基座510的一竖直侧面时，接触件22位于凹槽21的竖直面上，且接触件22到凹槽21的水平面的距离与触头513到绝缘基座510的水平面的距离相等。即凹槽21可刚好容纳探头500，探头500的绝缘基座510与凹槽21卡合，且卡合后接触件22与触头513一一对应紧密接触。

底座20内部设置有切换单元24，切换单元24与外部的接触件22电连接，通过切换单元24来选择通电的接触件22从而选择工作电极，切换单元24可以使用多选开关。此外，底座20内部还包括激励单元25，用于信号激励；以及存储单元26，用于存储生物阻抗的测试结果。

一种生物阻抗测量的装置10在使用时，还可与人机交互系统30连接使用，底座20通过导线23与人机交互系统实现通信连接。人机交互系统30可用于输入信息从而控制切换单元24，同时可用于显示生物阻抗的测试结果。

实施例六

如图18所示，一种生物阻抗的测试方法包括：

s1、将生物阻抗探头与底座组装，确保触点与对应的接触件电连接。

s2、将被测生物组织放置于生物阻抗探头的凹曲面内，使生物组织与电极阵列接触良好。

s3、在s2完成后便可进行进行生物阻抗的测试。

在s2与s3之间，还可包括s21的操作，通过底座的切换单元来对进行生物阻抗测试的电极进行选择。

在一次生物阻抗测试完成后，即s3后，可进行s4的操作，拆卸已使用过的生物阻抗探头，选择新的生物阻抗探头以及被测生物组织，再重复上述步骤。

通过上述方法，可方便快捷地进行生物阻抗的测试，同时消除不同生物组织间的交叉感染，得到精确的测试结果。

上述实施例仅描述和呈现本发明，本发明不限于上述公开实施例的范围，任何涵盖在权利要求范围内的或等效的修改都属于本发明保护范围。