基于頻譜特性的生物阻抗測量探針、測量系統及方法
【專利摘要】本發明涉及生物阻抗測量領域，具體公開了一種基于頻譜特性的生物阻抗測量探針、測量系統及方法。該測量探針包括基板和嵌入所述基板的至少六個電極，所述六個電極為第一電極、第二電極、第三電極、第四電極、第五電極和第六電極，其中第一電極與第四電極或/和第二電極與第五電極或/和第三電極與第六電極相對設置，且在任意相對設置電極間激勵，所述電極在基板上呈圓周陣列分布且至少有兩個呈軸對稱的電極對。因此本發明探針具有信號采集穩定、結構簡單的特點。另外，本發明還提供了基于頻譜特性的生物阻抗測量系統及方法，從而有效減少探針與測量組織間接觸阻抗的影響，也提高了判斷是否位于人或動物體組織交界處的準確性。
【專利說明】基于頻譜特性的生物阻抗測量探針、測量系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及生物阻抗測量領域，尤其是涉及一種基于頻譜特性的生物阻抗測量探針、測量系統及方法。
【背景技術】
[0002]生物組織的阻抗頻率特性,也被稱為阻抗頻譜(Impedance spectroscopy)特性，主要是指生物組織電阻抗中，阻性和容性成分的值隨著加載電信號的頻率不同會發生較顯著地變化。由于生物阻抗與測量頻率密切相關，在音頻范圍內，其阻抗隨頻率的變化特性與其細胞形態結構、細胞的排列方式、細胞間質含量及電解質濃度密切相關。因而獲取這一頻段的組織或器官的電阻抗特性在了解組織的狀態、評估器官功能、病變組織識別等方面均有重要地應用價值，并且在健康狀態評估、疾病的早期診斷、藥物療效監測與危重疾病監測等領域也有著誘人的發展前景。[0003]現代技術已實現將安全電流通過電極流過生物組織，用于實現測量病人組織阻抗檢測或監控某些病理或生理狀況，其中生物組織可為乳腺、宮頸等組織。例如:當通過設有電極的探針進行宮頸癌篩查時，在阻抗譜中能很好地分辨出兩種主要的正常組織:鱗狀上皮組織和柱狀組織。由于癌變前組織的阻抗譜位于正常鱗狀上皮組織和柱狀組織的阻抗譜之間，因而如果將探針放置在這兩種組織交界處的子宮腔附近時，所測阻抗可能看起來像癌變前組織。由此，探針放置的位置是影響測量的重要因素，如:探針放置的位置不當可導致錯誤的陽性結果。隨著醫療技術的發展，越來越要求能設計一種信號采集更穩定、采集方式多樣以及利于后續分析的測量探針。
【發明內容】
[0004]針對上述現有技術存在的不足，本發明的目的是提供一種信號采集穩定、結構簡單以及基于頻譜特性的生物阻抗測量探針，包括基板和嵌入所述基板的至少六個電極，所述六個電極為第一電極、第二電極、第三電極、第四電極、第五電極和第六電極，其中第一電極與第四電極或/和第二電極與第五電極或/和第三電極與第六電極相對設置，且在任意相對設置電極間激勵，所述電極在基板上呈圓周陣列分布且至少有兩個呈軸對稱的電極對。
[0005]優選地，所述電極的表面均分別與所述基板面齊平，且相鄰電極間間距相等。
[0006]優選地，所述相對設置的電極間的圓周角為180°。
[0007]針對上述現有技術存在的不足，本發明的目的是提供一種信號采集穩定、避免接觸阻抗的影響的基于頻譜特性的生物阻抗測量探針的測量系統，所述測量系統包括:
[0008]探針，所述探針包括基板和嵌入所述基板的至少六個電極，所述六個電極為第一電極、第二電極、第三電極、第四電極、第五電極和第六電極，所述電極在基板上呈圓周陣列分布且至少有兩個呈軸對稱的電極對；
[0009]用于相對設置的第一電極與第四電極間、第二電極與第五電極間以及第三電極與第六電極間激勵的N個不同頻點A的激勵源，其中i=l、2、3……N;
[0010]用于測量第二電極與第三電極間第一電參數Dli和第五電極與第六電極間第二電參數D21、第三電極與第四電極間第三電參數D3i和第一電極與第六電極間第四電參數D41、第四電極與第五電極間第五電參數D5i和第一電極與第二電極間第六電參數D6i的信號米集電路；
[0011]控制所述至少六個電極與激勵源、信號采集電路通斷的多選開關系統；
[0012]用于將三組電參數為Dli和D21、D3i和D41、D5i和D6i記錄、存儲以及邏輯判斷后統計分析成生物阻抗譜曲線的頻譜分析儀。
[0013]優選地，所述電極的表面均分別與所述基板面齊平，且相鄰電極間間距相等。
[0014]優選地，所述相對設置的電極間的圓周角為180°。
[0015]針對上述現有技術存在的不足，本發明的目的是提供一種信號采集穩定、避免接觸阻抗的影響的基于頻譜特性的生物阻抗測量探針的測量系統的測量方法，該測量方法具體步驟如下:
[0016]S1:將測量探針放置于生物組織，且相互之間面接觸；
[0017]S2:在測試頻率范圍為fm~fn間選取N個頻點，并選取頻點為fi e [fm, fj的激勵源，其中i=l、2、3……N，fm〈fn;
[0018]S3:當i=l時A=A，通過多選開關系統控制頻點為的激勵源分別依次在相對設置的第一電極與第四電極 間、第二電極與第五電極間以及第三電極與第六電極間激勵；
[0019]S4:通過信號采集電路分別相對應的采集第二電極與第三電極間第一電參數Dli和第五電極與第六電極間第二電參數D2i，第三電極與第四電極間第三電參數D3i和第一電極與第六電極間第四電參數D4i，第四電極與第五電極間第五電參數D5i和第一電極與第二電極間第六電參數D6i ；
[0020]S5:存儲并記錄所得三組電參數，且分別為Dli和D2i，D3i和D4i，D5i和D6i ；
[0021]S6:當i≥N時，i=i+l并重復步驟S3至步驟S5 ；
[0022]S7:將所測量所得的N個第一電參數Dli和N個第二電參數D21、N個第三電參數D3i和N個第四電參數D4i以及N個第五電參數D5i和N個第六電參數D6i分別通過經統計分析得到三對生物阻抗譜曲線；
[0023]S8:運用加權法對三對生物阻抗譜曲線分析并確定是否不同類生物組織。
[0024]優選地，在N個不同頻點&下對第一電極與第四電極間激勵時，測得第二電極與第三電極間N個第一電參數Dli經統計分析得到曲線a，也測得第五電極與第六電極間N個第二電參數D2i經統計分析得到曲線b，從而曲線a和曲線b構成第一對生物阻抗譜曲線。
[0025]優選地，在N個不同頻點&下對第二電極與第五電極間激勵時，測得第三電極與第四電極間N個第三電參數D3i經統計分析得到曲線C，也測得第一電極與第六電極間N個第四電參數D4i經統計分析得到曲線d，從而曲線c和曲線d構成第二對生物阻抗譜曲線。
[0026]優選地，在N個不同頻點&下對第三電極與第六電極間激勵時，測得第四電極與第五電極間N個第五電參數D5i經統計分析得到曲線e，也測得第一電極與第二電極間N個第六電參數D6i經統計分析得到曲線f，從而曲線e和曲線f構成第三對生物阻抗譜曲線。
[0027]采用上述結構后 ，本發明所具有的優點是:
[0028]1、本發明所述探針中的電極的表面與所述基板面齊平，保證探針中每個電極采集數據的一致性，使得信號采集更準確、穩定；
[0029]2、本發明所述探針通過設置至少包括六個電極，所述六個電極分別在基板上呈等間距圓周陣列分布，從而使采集模式多樣，利于每種采集模式間采集數據的相互比對分析；
[0030]3、本發明所述系統和方法解決了當激勵和/或測量電極對分跨不同生物體組織時造成的測量失誤，不需轉動或移動測量探針即可判斷所測生物體是否是同一生物體，使信號采集更穩定、操作更簡單，測量結果更準確；
[0031]4、本發明所述系統和方法是針對在一定范圍頻率之間通過對數形式選擇多個頻點，其中對某一頻點可采用三種不同測量模式，測量出六組阻抗數據，利于不同類生物組織的區分及數據分析；
[0032]5、本發明所述的系統和方法能減少探針與不同生物組織交界處的接觸阻抗，并經統計分析得到生物阻抗譜曲線及結合加權法來確定探針與不同生物組織交界處的各種情況，適用范圍廣、操作難度降低。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0033]下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
[0034]圖1是本發明一實施例所述探針的結構示意圖。
[0035]圖2是本發明一實施例所述探針與不同類組織交界處處于Ql狀態示意圖；
[0036]圖3是本發明一實施例所述探針與不同類組織交界處處于Q2狀態示意圖；
[0037]圖4是本發明一實施例所述探針與不同類組織交界處處于Q3狀態示意圖；
[0038]圖5是本發明另一實施例所述測量系統的結構示意圖；
[0039]圖6是本發明又另一實施例所述測量方法的流程示意圖；
[0040]圖7是圖2經過本發明所述測量方法所得不同類生物組織的三對生物阻抗譜曲線示意圖；
[0041]圖8是圖3經過本發明所述測量方法所得不同類生物組織的三對生物阻抗譜曲線示意圖；
[0042]圖9是圖4經過本發明所述測量方法所得不同類生物組織的三對生物阻抗譜曲線示意圖；
[0043]圖10是經過本發明所述測量方法所得又另一不同類生物組織的三對生物阻抗譜曲線示意圖；
[0044]圖11是本發明所述測量方法對同類生物組織的三對生物阻抗譜曲線示意圖；
[0045]圖12是本發明所述測量方法對另一同類生物組織的三對生物阻抗譜曲線示意圖。
[0046]附圖標記:
[0047]10-探探針，11-基板，12-第一電極，13-第二電極，14-第三電極，15-第四電極，16-第五電極，17-第六電極；20_多選開關系統；30_激勵源；40_信號采集電路；50_頻譜分析儀；Q1_不同類組織交界處位于或靠近探針的中心位置；Q2_不同類組織交界處遠離探針的中心或邊界位置；Q3-不同類組織交界處位于或靠近探針的邊界位置；a、b、c、d、e、f-均為生物阻抗譜曲線。【具體實施方式】
[0048]以下所述僅為本發明的較佳實施例，并不因此而限定本發明的保護范圍。
[0049]如圖1所示，本發明提供一種基于頻譜特性的生物阻抗測量探針10，包括基板11和嵌入所述基板11的至少六個電極，所述六個電極為第一電極12、第二電極13、第三電極14、第四電極15、第五電極16和第六電極17,其中第一電極12與第四電極15、第二電極13與第五電極16、第三電極14與第六電極17分別相對設置，且在任意相對設置電極間激勵，所述電極在基板11上呈圓周陣列分布且至少有兩個呈軸對稱的電極對。
[0050]為了使所述探針10與測量組織充分接觸以及采集數據的準確性，所述電極的表面均分別與所述基板11面齊平，且相鄰電極間間距相等。在本實施例中相對設置的電極間的圓周角為180°，以便于更好地采集數據。
[0051]如圖2、圖3和圖4所示，本發明所述探針與不同類生物組織交界處接觸一般可歸納為Ql、Q2和Q3三種情況。而通過本發明所述探針10可以在相對設置的第一電極12與第四電極15間、第二電極13與第五電極16間或第三電極14與第六電極17間激勵，使操作者能通過所述探針10在某個頻點激勵源的激勵下采集到三組數據。而通過激勵源給探針不同的頻點，則會得到不同的三組數據，便于分析得出測量組織的生物阻抗譜曲線圖，從而更加準確地確認人或動物體的不同類生物組織的交界，也便于對病理生物組織進行診斷。
[0052]因此，本發明所述探針與傳統的四電極探針相比，雖然采集速度相差不多，但是采集手段多樣，且對于采集測量組織的數據更全面，能較大地降低實際臨床中環境條件、操作過程等的干擾因素的影響，實時得出被測量組織交界處。
[0053]結合圖1和圖5所示，本發明又提供了一種基于頻譜特性的生物阻抗測量探針的測量系統，所述測量系統包括:
[0054]探針10，所述探針10包括基板11和嵌入所述基板11的至少六個電極，所述六個電極為第一電極12、第二電極13、第三電極14、第四電極15、第五電極16和第六電極17,所述電極在基板11上呈圓周陣列分布且至少有兩個呈軸對稱的電極對；
[0055]用于相對設置的第一電極12與第四電極15間、第二電極13與第五電極16間以及第三電極14與第六電極17間激勵的N個不同頻點&的激勵源，其中i=l、2、3……N;
[0056]用于測量第二電極13與第三電極14間第一電參數Dli和第五電極16與第六電極17間第二電參數D21、第三電極14與第四電極15間第三電參數D3i和第一電極12與第六電極17間第四電參數D41、第四電極15與第五電極16間第五電參數D5i和第一電極12與第二電極13間第六電參數D6i的信號采集電路；
[0057]控制所述至少六個電極與激勵源30、信號采集電路40通斷的多選開關系統20 ；
[0058]用于將三組電參數為Dli和D21、D3i和D41、D5i和D6i記錄、存儲以及邏輯判斷后統計分析成生物阻抗譜曲線的頻譜分析儀50。其中記錄、存儲所得的三組電參數Dli和D21、D3i和D41、D5i和D6i具體如后表1所不。
[0059]為了使所述探針與測量組織充分接觸以及采集數據的準確性，所述電極的表面均分別與所述基板面齊平，且相鄰電極間間距相等。在本實施例中相對設置的電極間的圓周角為180°，以便于更好地采集數據。
[0060]本發明所述基于六電極測量探針的測量系統通過在相對設置的電極間激勵，得到三組電參數數據；另外通過激勵源給探針不同的頻點，得到多個三組電參數數據，通過頻譜分析儀分析得出測量組織的生物阻抗譜曲線圖，從而更加準確地確認人或動物體的不同類生物組織的交界，也便于對病理生物組織進行診斷。也通過多組采集數據相互比較或參照，以避免因因組織上的凹凸不平、酸堿性不同等產生的接觸阻抗的影響。
[0061]因此，本發明所述測量系統采集手段多樣，且對于采集測量組織的數據更全面，能較大地降低實際臨床中環境條件、操作過程等的干擾因素的影響，實時得出被測量組織交界處。
[0062]如圖6所示，本發明又再提供了一種基于頻譜特性的生物阻抗測量探針的測量系統的測量方法，具體步驟如下:
[0063]S1:將測量探針放10置于生物組織上，且相互之間面接觸；
[0064]S2:在測試頻率范圍為fm~fn間選取N個頻點，并選取頻點為fi e [fm, fj的激勵源30，其中i=l、2、3……N，fm〈fn;
[0065]S3:當i=l時A=A，通過多選開關系統20控制頻點為的激勵源30分別依次在相對設置的第一電極12與第四電極15間、第二電極13與第五電極16間以及第三電極14與第六電極17間激勵；
[0066]S4:通過信號米集電路分別相對應的米集第二電極13與第三電極14間第一電參數Dli和第五電極16與第六電極17間第二電參數D2i，第三電極14與第四電極15間第三電參數D3i和第一電極12與第六電極17間第四電參數D4i,第四電極15與第五電極16間第五電參數D5i和第一電極12與第二電極13間第六電參數D6i ；
[0067]S5:存儲并記錄所得三組電參數，且分別為Dli和D2i，D3i和D4i，D5i和D6i ；
[0068]S6:當i≤N時，i=i+l并重復步驟S3至步驟S5,從而得到統計如下表1所示的采集數據。
[0069]表1為N個不同頻點&的激勵源激勵三種采集模式所得的三組電參數(Dli和D2i,D3i和D4i，D5i和D6i)的采集數據統計表
【權利要求】
1.一種基于頻譜特性的生物阻抗測量探針，其特征在于，包括基板和嵌入所述基板的至少六個電極，所述六個電極為第一電極、第二電極、第三電極、第四電極、第五電極和第六電極，其中第一電極與第四電極或/和第二電極與第五電極或/和第三電極與第六電極相對設置，且在任意相對設置電極間激勵，所述電極在基板上呈圓周陣列分布且至少有兩個呈軸對稱的電極對。
2.根據權利要求1所述的生物阻抗測量探針，其特征在于，所述電極的表面均分別與所述基板面齊平，且相鄰電極間間距相等。
3.根據權利要求1所述的生物阻抗測量探針，其特征在于，所述相對設置的電極間的圓周角為180°。
4.一種基于頻譜特性的生物阻抗測量系統，其特征在于，所述測量系統包括: 探針，所述探針包括基板和嵌入所述基板的至少六個電極，所述六個電極為第一電極、第二電極、第三電極、第四電極、第五電極和第六電極，所述電極在基板上呈圓周陣列分布且至少有兩個呈軸對稱的電極對； 用于相對設置的第一電極與第四電極間、第二電極與第五電極間以及第三電極與第六電極間激勵的N個不同頻點的激勵源，其中i=l、2、3……N ； 用于測量第二電極與第三電極間第一電參數Dli和第五電極與第六電極間第二電參數D21、第三電極與第四電極間第三電參數D3i和第一電極與第六電極間第四電參數D41、第四電極與第五電極間第五電參數D5i和第一電極與第二電極間第六電參數D6i的信號米集電路； 控制所述至少六個電極與激勵源、信號采集電路通斷的多選開關系統； 用于將三組電參數為Dli和D21、D3i和D41、D5i和D6i記錄、存儲以及邏輯判斷后統計分析成生物阻抗譜曲線的頻譜分析儀。
5.根據權利要求4所述的測量系統，其特征在于，所述電極的表面均分別與所述基板面齊平，且相鄰電極間間距相等。
6.根據權利要求4所述的測量系統，其特征在于，所述相對設置的電極間的圓周角為180。
7.一種基于頻譜特性的生物阻抗測量探針的測量方法，其特征在于，所述測量探針包括嵌入基板的至少六個電極，所述六個電極為第一電極、第二電極、第三電極、第四電極、第五電極和第六電極，所述電極在基板上呈圓周陣列分布且至少有兩個呈軸對稱的電極對，其測量方法具體步驟如下: 51:將測量探針放置于生物組織上，且相互之間面接觸； 52:在測試頻率范圍為fm~fn間選取N個頻點，并選取頻點為f1∈ [fm, fn]的激勵源，其中 i=l、2、3……N，fm〈fn; 53:當i=l時A=A，通過多選開關系統控制頻點為的激勵源分別依次在相對設置的第一電極與第四電極間、第二電極與第五電極間以及第三電極與第六電極間激勵； 54:通過信號采集電路分別相對應的采集第二電極與第三電極間第一電參數Dli和第五電極與第六電極間第二電參數D2i，第三電極與第四電極間第三電參數D3i和第一電極與第六電極間第四電參數D4i，第四電極與第五電極間第五電參數D5i和第一電極與第二電極間第六電參數D6i ； 55:存儲并記錄所得三組電參數，且分別為Dli和D2i，D3i和D4i，D5i和D6i ；56:當i≤N時，i=i+l并重復步驟S3至步驟S5 ； 57:將所測量所得的N個第一電參數Dli和N個第二電參數D21、N個第三電參數D3i和N個第四電參數D4i以及N個第五電參數D5i和N個第六電參數D6i分別通過曲線擬合的方法得到三對生物阻抗譜曲線； 58:運用加權法對三對生物阻抗譜曲線分析并確定是否不同類生物組織。
8.根據權利要求7所述的測量方法，其特征在于，在N個不同頻點下對第一電極與第四電極間激勵時，測得第二電極與第三電極間N個第一電參數Dli經統計分析得到曲線a，也測得第五電極與第六電極間N個第二電參數D2i經統計分析得到曲線b，從而曲線a和曲線b構成第一對生物阻抗譜曲線。
9.根據權利要求7所述的測量方法，其特征在于，在N個不同頻點下對第二電極與第五電極間激勵時，測得第三電極與第四電極間N個第三電參數D3i經統計分析得到曲線C，也測得第一電極與第六電極間N個第四電參數D4i經統計分析得到曲線d，從而曲線c和曲線d構成第二對生物阻抗譜曲線。
10.根據權利要求7所述的測量方法，其特征在于，在N個不同頻點&下對第三電極與第六電極間激勵時，測得第四電極與第五電極間N個第五電參數D5i經統計分析得到曲線e，也測得第一電極與第二電極間N個第六電參數D6i經統計分析得到曲線f，從而曲線e和曲線f構成第三對生物阻抗譜曲線。
【文檔編號】A61B5/053GK103876738SQ201410133222
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年4月3日 優先權日:2014年4月3日
【發明者】向飛, 王奕剛, 戴濤, 徐現紅, 蒲洋, 高松, 卜力寧, 林怡 申請人:思瀾科技（成都）有限公司