CN105286863A - 基于生物阻抗技术的快速测量装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明具体公开了一种基于生物组织阻抗技术的快速测量装置及其方法。该测量装置包括阵列式探头、切换单元、信号激励单元、信号采集单元以及分析处理单元，所述探头的电极阵列通过切换单元分别与所述信号激励单元和所述信号采集单元连接，其中所述阵列式探头包括基板和嵌于所述基板上的电极阵列，所述电极阵列是由N×M个微型电极阵列式排布并形成以二个或四个微型电极为单元进行生物阻抗测量的多个检测区域。因此本发明通过增加检测区域以及减少重复选点次数，实现待测生物组织不同深度和表面的测量，从而实现全方位无死角，彻底避免漏检的特点。

Description

基于生物阻抗技术的快速测量装置及其方法

技术领域

本发明属于生物阻抗测量领域，尤其是涉及一种基于生物阻抗技术的快速测量装置及其方法。

背景技术

目前，在医院临床组织活检过程中，通常采用冰冻活检或者石蜡活检进行，二者的检测结果对检验人员的个体识别能力有很大要求，因此具备很大的主观性。科学研究表明：不同的组织具备不同的阻抗频谱特征，因此通过测量目标的生物阻抗频谱特性能够准确识别组织类型，但是在实际操作过程中，需要检测的组织形态各异，尤其是异常病变部分大小各异，且可能存在于被测组织的任何部位，导致测量结果无法有效全面反映组织特征，如果要准确地测量到病变组织的阻抗特征，就需要阻抗检测电极的覆盖面足够小，然而当阻抗检测电极覆盖面足够小之后就需要对被测组织重复进行多次检测，并且容易造成漏检，导致检测效率低，从而降低了测量有效性。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种测量准确高效、避免漏检的基于生物阻抗技术的快速测量装置及其方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种基于生物阻抗技术的快速测量装置，该测量装置包括阵列式探头、切换单元、信号激励单元、信号采集单元以及分析处理单元，所述探头的电极阵列通过切换单元分别与所述信号激励单元和所述信号采集单元连接，其中所述阵列式探头包括基板和嵌于所述基板上的电极阵列，所述电极阵列是由N×M个微型电极阵列式排布并形成以二个或四个微型电极为单元进行生物阻抗测量的多个检测区域。

优选的，所述分析处理单元通过将信号激励单元产生的激励信号通过切换单元输出到指定的两个电极上，并通过切换单元选择电极阵列中的两个电极与信号采集单元相连，通过检测激励信号和采集信号计算激励电极和采集电极所覆盖区域组织的阻抗特征。

为了实现上述目的，本发明所采用的又一技术方案如下：

一种基于生物阻抗技术的快速测量方法，该测量方法的具体步骤如下：

逐个切换控制任意二个相邻电极检测待测生物组织所覆盖区域的多个最小检测区域的第一阻抗频谱，并得出第一阻抗频谱特征参数集X(i)，其中i＝1、2、……n；

再逐个切换控制重叠最小检测区域的任意二个不相邻电极检测待测生物组织所覆盖区域的多个组合检测区域的第二阻抗频谱，并得出第二阻抗频谱特征参数集Y(j),其中j＝1、2、……n。

优选的，对照所检测的第一阻抗频谱特征参数集X(i)或第二阻抗频谱特征参数集Y(j)所覆盖的待测生物组织的阻抗频谱特征是否符合临床生物阻抗数据库中相关组织的特征。

优选的，所述组合检测区域面积不超过所述最小检测区域面积的100倍。

为了实现上述目的，本发明所采用的又一技术方案如下：

一种基于生物阻抗技术的快速测量方法，该测量方法的具体步骤如下：

逐个切换控制任意四个相邻电极检测待测生物组织所覆盖区域的多个最小检测区域的第一阻抗频谱，并得出第一阻抗频谱特征参数集X(i)，其中i＝1、2、……n；

再逐个切换控制重叠最小检测区域的任意四个不相邻电极检测待测生物组织所覆盖区域的多个组合检测区域的第二阻抗频谱，并得出第二阻抗频谱特征参数集Y(j),其中j＝1、2、……n。

优选的，对照所检测的第一阻抗频谱特征参数集X(i)或第二阻抗频谱特征参数集Y(j)所覆盖待测生物组织的阻抗频谱特征是否符合临床生物阻抗数据库中相关组织的特征。

优选的，所述组合检测区域面积不超过所述最小检测区域面积的100倍。

采用上述技术方案后，本发明和现有技术相比所具有的优点是：

1、现有技术中采用固定电极头尺寸的四电极阻抗或双电极阻抗测量方案，电极尺寸和排布方式固定，仅对特定尺寸和深度内的检测目标敏感，分辨率有限；而本发明能自动切换控制检测最小检测区域的阻抗频谱和组合检测区域的阻抗频谱，以及通过最小检测区域的阻抗频谱与该最小检测区域所在的组合检测区域的阻抗频谱相互验证，提高测量准确度；

2、现有技术需要在被测目标上选点并多次测量，不仅测量效率低，而且容易漏检；本发明能对被测目标进行微观和不同尺度(改变测量电极间距)的测量，通过增加检测电极个数可以在保证最小检测区域的灵敏度，也即是通过增加检测区域，减少重复选点测量的次数，降低漏检的几率；

3、本发明相比现有技术有利于快速定位待测生物组织内某一组织的位置。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

图1是本发明实施例一所述测量装置的结构示意图；

图2是本发明实施例一所述电极阵列的排列分布示意图；

图3是本发明实施例一所述切换单元的切换状态示意图；

图4是本发明实施例二所述测量方法的流程示意图；

图5是假设组织P在待测生物组织内的分布示意图一；

图6是本发明实施例二所述测量方法的具体工作示意图；

图7是本发明实施例三所述测量方法的流程示意图；

图8是假设组织P在待测生物组织内的分布示意图二

图9是本发明实施例三所述测量方法的具体工作示意图一；

图10是本发明实施例三所述测量方法的具体工作示意图二。

附图标记：

100-电极阵列，101-基板，102-电极阵列，200-切换单元，300-信号激励单元，400-信号采集单元、500-分析处理单元，600-组织样本，700-组织P。

具体实施方式

现有人们通常采用固定电极头尺寸的四电极阻抗或双电极阻抗测量方案。而该现有技术方案存在电极尺寸和排布方式固定，且仅对特定尺寸和深度内的检测目标敏感，分辨率有限；而且还需要在待测生物组织上选点并多次测量，导致测量效率低，且容易漏检或误测。为此本发明提出一种基于生物阻抗技术的快速测量装置及其方法。而所述仅为本发明的较佳实施例，并不因此而限定本发明的保护范围。

实施例一

如图1和图2所示，本发明实施例提供了一种基于生物组织阻抗技术的快速测量系统，该测量装置包括阵列式探头100、切换单元200、信号激励单元300、信号采集单元400以及分析处理单元500，所述阵列式探头100通过切换单元200分别与所述信号激励单元300和所述信号采集单元400连接，其中所述阵列式探头100包括基板101和嵌于所述基板101上的电极阵列102，所述电极阵列102是由N×M个微型电极阵列式排布并形成以二个或四个微型电极为单元进行生物阻抗测量的多个检测区域。

在本发明实施例中，所述分析处理单元500通过将信号激励单元300产生的激励信号通过切换单元200输出到指定的两个电极上，并通过切换单元200选择电极阵列100中的两个电极与信号采集单元400相连，通过检测激励信号和采集信号计算激励电极和采集电极所覆盖区域组织的阻抗特征。

所述检测区域包括最小检测区域和组合检测区域，其中所述最小检测区域为任意二个或四个相邻电极检测待测生物组织所覆盖区域；所述组合检测区域为重叠最小检测区域的任意二个或四个不相邻电极检测待测生物组织所覆盖区域。在本发明实施例中，主要以四个微型电极为例。

如图3所示，在本发明实施例中所述每个检测区域的四个微型电极有任意相邻两微型电极为激励电极对，另外任意相邻两微型电极为采集电极对，其中所述激励电极对施加激励正负信号，所述采集电极对负责采集被激励目标(待测生物组织)上的电压信号或电流信号；通过开关切换控制使采集电极对覆盖每组相邻电极并分别通过信号采集进行生物阻抗测量，从而达到对待测生物组织全方位的生物阻抗测量。本发明实施例所述切换单元200为多选一开关或由多个多选一开关构成的开关阵列。

本发明实施例采用上述所述电极阵列排布以及切换控制电极信号激励和信号采集，从而改变检测待测生物组织的实际检测覆盖面。在本发明实施例中，所述激励电极和采集电极覆盖区域为任意四个相邻电极检测待测生物组织所覆盖区域(最小检测区域)或重叠最小检测区域的任意四个不相邻电极检测待测生物组织所覆盖区域(组合检测区域)。除此之外，所述激励电极和采集电极覆盖区域可为任意二个相邻电极检测待测生物组织所覆盖区域(最小检测区域)或重叠最小检测区域的任意二个不相邻电极检测待测生物组织所覆盖区域(组合检测区域)。

因此，本发明实施例能实现对待测生物组织不同深度和面积的全方位无死角检测，从而有效避免漏检或错检；同时也有利于辅助待测生物组织定位所测阻抗特征参数中某一组织的位置。尤其适合较大的待测生物组织进行多尺度的微观和宏观分析。

为了方便理解本发明实施例所述测量方法，以下以由3×3个微型电极规则分布的电极阵列为例，而所述仅为本发明的较佳实施例，并不因此而限定本发明的保护范围。

实施例二

结合如图4、图5和图6所示，本发明实施例提供了一种基于生物阻抗技术的快速测量方法，将探头10与待测生物组织接触；该测量方法的具体步骤如下：

逐个切换控制任意二个相邻电极检测待测生物组织所覆盖区域的多个最小检测区域D1、D2、D3的第一阻抗频谱，并得出第一阻抗频谱特征参数集X(i)

再逐个切换控制重叠最小检测区域D1、D2、D3的任意二个不相邻电极检测待测生物组织所覆盖区域的多个组合检测区域E1、E2、E3的第二阻抗频谱，并得出第二阻抗频谱特征参数集

为了保证本发明所检测的阻抗频谱特征准确，本发明实施例所述方法还包括对照所检测的第一阻抗频谱特征参数集或第二阻抗频谱特征参数集所覆盖的组织样本的阻抗频谱特征是否符合临床生物阻抗数据库中相关组织特征。其中所述临床生物组织阻抗数据库为根据临床实验获取生物组织的阻抗频谱特征参数而建立数据库。

所述所检测的第一阻抗频谱特征参数集与临床生物组织阻抗数据库验证得出每个最小检测区域D1、D2、D3所对应的待测生物组织的阻抗频谱特征参数是否一致。所述所检测的第二阻抗频谱特征参数集与临床生物组织阻抗数据库验证得出每个组合检测区域E1、E2、E3所对应的待测生物组织的阻抗频谱特征参数是否一致。

由于检测每个最小检测区域和组合检测区域的阻抗频率特征参数，与临床生物阻抗数据库相关组织的阻抗频率特征参数进行对比判断是否一致；而研究表明：检测区域越小，检测的组织面积和深度越小，通过不同检测区域的分析可以对待测生物组织不同深度和区域的组织特征情况进行分析。在本发明实施例中，所述组合检测区域面积不超过所述最小检测区域面积的100倍。因此，本发明实施例能实现对组织样本不同深度和表面进行全方位无死角的阻抗测量，从而达到避免漏检。

除此之外，本发明实施例所述的方法有利于辅助定位待测生物组织内存在某一组织的位置。其具体简要说明如下：逐个切换控制任意二个相邻电极检测待测生物组织所覆盖区域的最小检测区域D1、D2、D3的第一阻抗频谱，并得出第一阻抗频谱特征参数集将所检测的第一阻抗频谱特征参数集与临床生物组织阻抗数据库进行比对分析是否一致，其中所述临床生物组织阻抗数据库为根据临床实验获取相关组织的阻抗频谱特征参数而建立数据库；再逐个切换控制重叠最小检测区域D3的任意二个不相邻电极检测待测生物组织所覆盖区域的组合检测区域E1、E2、E3的第二阻抗频谱，并得出第二阻抗频谱特征参数集将所检测的第二阻抗频谱特征参数集与临床生物组织阻抗数据库进行比对分析是否一致。由于最小检测区域D3与组合区域E3的交集为D3，则定位覆盖检测区域D3所对应的待测生物组织内的组织P700的阻抗特征，从而该组织位于检测区域D3所覆盖待测生物组织区域，也能让使用者适当挪动探头位置以便更好测量。

实施例三

如图7、图8、图9和图10所示，本发明实施例提供了一种基于生物阻抗技术的快速测量方法，将探头10与待测生物组织接触；该测量方法的具体步骤如下：

逐个切换控制任意四个相邻电极检测待测生物组织所覆盖区域的多个最小检测区域A1、A2、A3、A4的第一阻抗频谱，并得出第一阻抗频谱特征参数集

再逐个切换控制重叠最小检测区域A1、A2、A3、A4的任意四个不相邻电极检测待测生物组织所覆盖区域的多个组合检测区域B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7、B8的第二阻抗频谱，并得出第二阻抗频谱特征参数集

为了保证本发明所检测的阻抗频谱特征准确，本发明实施例所述方法还包括对照所检测的第一阻抗频谱特征参数集或第二阻抗频谱特征参数集 所覆盖的组织样本的阻抗频谱特征是否符合临床生物阻抗数据库中相关组织特征。其中所述临床生物组织阻抗数据库为根据临床实验获取生物组织的阻抗频谱特征参数而建立数据库。

所述所检测的第一阻抗频谱特征参数集与临床生物组织阻抗数据库验证得出每个最小检测区域A1、A2、A3、A4所对应的待测生物组织的相关组织阻抗频谱特征参数是否一致。所述所检测的第二阻抗频谱特征参数集与临床生物组织阻抗数据库验证得出每个组合检测区域B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7、B8所对应的待测生物组织的相关组织阻抗频谱特征参数是否一致。

由于检测每个最小检测区域和组合检测区域的阻抗频率特征参数，与临床生物阻抗数据库相关组织的阻抗频率特征参数进行对比判断是否一致；而研究表明：检测区域越小，检测的组织面积和深度越小，通过不同检测区域的分析可以对待测生物组织不同深度和区域的组织特征情况进行分析。在本发明实施例中，所述组合检测区域面积不超过所述最小检测区域面积的100倍。因此，本发明实施例能实现对组织样本不同深度和表面进行全方位无死角的阻抗测量，从而达到避免漏检。

除此之外，本发明实施例所述的方法有利于辅助定位待测生物组织内存在某一组织的位置。如图9所示，逐个切换控制所述9个微型电极组成四个最小检测区域A1、A2、A3、A4，通过切换单元依次激励输出和采集输入，按照四电极测量方式切换输出到最小检测区域内的四个电极上，并通过生物阻抗计算出该区域的第一阻抗频率特征参数集将所检测的第一阻抗频谱特征参数集与临床生物组织阻抗数据库进行比对分析是否一致；再逐个切换控制任意重叠最小检测区域A1的四个不相邻电极检测待测生物组织所覆盖区域的组合检测区域B1、B2的第二阻抗频谱，并得出第二阻抗频谱特征参数集再将所检测的第二阻抗频谱特征参数集与临床生物组织阻抗数据库进行比对分析是否一致。由于最小检测区域A1与组合区域B1、B2的交集为A1，则定位覆盖检测区域A1所对应的待测生物组织内的组织P700的阻抗特征，从而该组织位于检测区域A1所覆盖待测生物组织区域，也能让使用者适当挪动探头位置以便更好测量。

如图10所示，逐个切换控制所述9个微型电极组成四个最小检测区域A1、A2、A3、A4，通过切换单元依次激励输出和采集输入，按照四电极测量方式切换输出到最小检测区域内的四个电极上，并通过生物阻抗计算出该区域的将所检测的第一阻抗频谱特征参数集 与临床生物组织阻抗数据库进行比对分析是否一致；再逐个切换控制任意重叠最小检测区域A1的四个不相邻电极检测待测生物组织所覆盖区域的组合检测区域C1、C2的第二阻抗频谱，并得出第二阻抗频谱特征参数集再将所检测的第二阻抗频谱特征参数集与临床生物组织阻抗数据库进行比对分析是否一致；由于最小检测区域A1与组合区域C1、C2的交集为A1，则定位覆盖检测区域A1所对应的待测生物组织内的组织P700的阻抗特征，从而该组织P700位于检测区域A1所覆盖待测生物组织区域，也能让使用者适当挪动探头位置以便更好测量。

本发明所述方法先采用最小检测区域对组织样本逐个进行阻抗频谱扫描(侧重于待测生物组织表面的阻抗检测)，再采用重叠待测生物组织内存在异常组织所对应的最小检测区域的组合检测区域对组织样本逐个进行阻抗频谱扫描(侧重对待测生物组织不同深度的阻抗检测)，最后根据检测到疑似病变组织的区域进行最小检测区域和覆盖该最小检测区域的组合检测区域的信号进行综合分析，对疑似病变组织进行再确认。

上述内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种基于生物阻抗技术的快速测量装置，该测量装置包括阵列式探头、切换单元、信号激励单元、信号采集单元以及分析处理单元，所述探头的电极阵列通过切换单元分别与所述信号激励单元和所述信号采集单元连接，其中所述阵列式探头包括基板和嵌于所述基板上的电极阵列，所述电极阵列是由N×M个微型电极阵列式排布并形成以二个或四个微型电极为单元进行生物阻抗测量的多个检测区域。

2.根据权利要求1所述的基于生物阻抗技术的快速测量装置，其特征在于，所述分析处理单元通过将信号激励单元产生的激励信号通过切换单元输出到指定的两个电极上，并通过切换单元选择电极阵列中的两个电极与信号采集单元相连，通过检测激励信号和采集信号计算激励电极和采集电极所覆盖区域组织的阻抗特征。

3.根据权利要求1所述的基于生物阻抗技术的快速测量装置，其特征在于，所述检测区域包括最小检测区域和组合检测区域，其中所述最小检测区域为任意二个相邻电极检测待测生物组织所覆盖区域；所述组合检测区域为重叠最小检测区域的任意二个不相邻电极检测待测生物组织所覆盖区域。

4.一种基于生物阻抗技术的快速测量方法，该测量方法的具体步骤如下：

逐个切换控制任意二个相邻电极检测待测生物组织所覆盖区域的多个最小检测区域的第一阻抗频谱，并得出第一阻抗频谱特征参数集X(i)，其中i＝1、2、……n；

再逐个切换控制重叠最小检测区域的任意二个不相邻电极检测待测生物组织所覆盖区域的多个组合检测区域的第二阻抗频谱，并得出第二阻抗频谱特征参数集Y(j),其中j＝1、2、……n。

5.根据权利要求4所述的基于生物阻抗技术的快速测量方法，其特征在于，对照所检测的第一阻抗频谱特征参数集X(i)或第二阻抗频谱特征参数集Y(j)所覆盖的待测生物组织的阻抗频谱特征是否符合临床生物阻抗数据库中相关组织特征。

6.根据权利要求4所述的基于生物阻抗技术的快速测量方法，其特征在于，所述组合检测区域面积不超过所述最小检测区域面积的100倍。

7.一种基于生物阻抗技术的快速测量方法，该测量方法的具体步骤如下：

逐个切换控制任意四个相邻电极检测待测生物组织所覆盖区域的多个最小检测区域的第一阻抗频谱，并得出第一阻抗频谱特征参数集X(i)，其中i＝1、2、……n；

再逐个切换控制重叠最小检测区域的任意四个不相邻电极检测待测生物组织所覆盖区域的多个组合检测区域的第二阻抗频谱，并得出第二阻抗频谱特征参数集Y(j),其中j＝1、2、……n。

8.根据权利要求7所述的基于生物阻抗技术的快速测量方法，其特征在于，对照所检测的第一阻抗频谱特征参数集X(i)或第二阻抗频谱特征参数集Y(j)所覆盖的待测生物组织的阻抗频谱特征是否符合临床生物阻抗数据库中相关组织特征。

9.根据权利要求7所述的基于生物阻抗技术的快速测量方法，其特征在于，所述组合检测区域面积不超过所述最小检测区域面积的100倍。