專利名稱：一種用于顱腦放射治療電阻抗檢測裝置及檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物組織電阻抗檢測領(lǐng)域，特點是涉及一種能夠?qū)崟r、動態(tài)的用于顱腦放射治療電阻抗檢測裝置及檢測方法。
背景技術(shù)：
生物電阻抗特性是生物組織一種重要的物理特性，構(gòu)成生物組織電導(dǎo)/電阻特性的主要物質(zhì)基礎(chǔ)與組織細(xì)胞活性及其內(nèi)外液電化學(xué)環(huán)境關(guān)系密切。研究表明，生物電阻抗特性主要受到細(xì)胞外的Na+、C1-，細(xì)胞內(nèi)的K+、Γ分布以及細(xì)胞膜對部分小分子和離子的通透性的綜合調(diào)控作用的影響。正常生理狀態(tài)下這些粒子分布呈現(xiàn)規(guī)律性小幅波動，對組織導(dǎo)電特性不會產(chǎn)生影響，而當(dāng)放射治療時，細(xì)胞內(nèi)外、外液的部分離子分布(Na+， Cl-，K+等)及細(xì)胞內(nèi)水的含量會發(fā)生變化，從而立即導(dǎo)致短期內(nèi)不可逆的電阻抗變化。在放射治療的過程中，病變的微觀機(jī)制復(fù)雜，且很多微觀變化機(jī)理不清，組織電阻抗變化也表現(xiàn)各異。放射治療引起的病變部位細(xì)胞內(nèi)外水分子異常分布，帶來細(xì)胞膜內(nèi)外液離子分布的變化，從而造成組織電阻抗的變化。而隨著上述過程的持續(xù)，會逐漸形成細(xì)胞水腫或壞死，形態(tài)學(xué)上表現(xiàn)為細(xì)胞體積增大或縮小，間隙改變。然而，檢測放射治療的主要方法有核磁共振掃描、計算機(jī)斷層成像(CT)、病理生理、生化、免疫組化及分子生物學(xué)手段都未能實時、早期的監(jiān)測放射治療效果，核磁共振掃描和CT檢測方法，一般在輻照后3 4周，且這類影像學(xué)檢測價格昂貴，難以普及；病理生理學(xué)檢測屬于靜態(tài)觀察，不能實時發(fā)現(xiàn)電離損傷的動態(tài)變化情況；生化、免疫組化和分子生物學(xué)手段雖能做到長期動態(tài)研究，但都是有創(chuàng)傷、離體檢測。基于上述分析，可以采用電阻抗的方法，在發(fā)生細(xì)胞形態(tài)學(xué)變化之前觀察到放射治療引起的細(xì)胞異常代謝活動的早期變化。并對其進(jìn)行評估，可為臨床治療提供指導(dǎo)和評估。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提出一種具有電阻抗頻譜分析功能，以及一維電阻抗信號分析功能的用于顱腦放射治療電阻抗檢測裝置及檢測方法。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是本發(fā)明能在IOOHz IMHz頻段內(nèi)精確測量在體組織的復(fù)阻抗頻譜特性，在30 45秒內(nèi)得到被測量組織復(fù)阻抗的實部、虛部、相位等參數(shù)隨驅(qū)動電流頻率變化而發(fā)生的改變，目前在放射治療的研究中最早在電鏡下觀察到細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)變化也至少需要3天，而磁共振需要2周；而采用電阻抗檢測方法，組織細(xì)胞放射治療后，電阻抗的變化在數(shù)小時內(nèi)即可表現(xiàn)出來，電阻抗變化能敏感地反映出放射治療情況。放射治療后，在體組織復(fù)阻抗實部顯著增大；虛部在中、低頻段顯著增加，特征頻率向高頻段移動，移動顯著。同時，電阻抗監(jiān)測技術(shù)還具有成本低、可重復(fù)性強(qiáng)、無創(chuàng)、實時動態(tài)在體檢測等優(yōu)勢。


圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖；圖2激勵和檢測電極結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。參見圖1，本發(fā)明包括主控計算機(jī)以及通過USB接口與主控計算機(jī)相連的DSP芯片，該DSP芯片的信號輸出端與可編程電流源相連，可編程電流源與激勵電極相連，掃頻電流信號通過激勵電極作用于成像目標(biāo)，然后由檢測電極測量電壓，所述檢測電極依次通過解調(diào)電路、A/D轉(zhuǎn)換電路與DSP芯片相連，DSP芯片的數(shù)據(jù)輸出端經(jīng)USB接口與主控計算機(jī)相連，由主控計算機(jī)輸出成像目標(biāo)的特征參數(shù)。參見圖2，作為系統(tǒng)中的激勵和檢測部分，其性能直接影響到數(shù)據(jù)采集的精度，并影響到數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，采用Ag/AgCl電極，由于檢測目標(biāo)處于復(fù)雜的電磁環(huán)境中，易對測量系統(tǒng)產(chǎn)生影響，從而影響數(shù)據(jù)采集精度，為降低電磁干擾的影響，我們采用屏蔽驅(qū)動的方式，分別對電極導(dǎo)線進(jìn)行了屏蔽處理，從而大大降低了空間分布參數(shù)的影響及其對噪聲與干擾的抑制作用。本發(fā)明的檢測方法如下首先由主控計算機(jī)控制DSP芯片，完成對可編程電流源的初始頻率、相位和驅(qū)動電流的設(shè)定和輸入，掃頻電流信號通過激勵電極作用于成像目標(biāo)，然后由檢測電極測量電壓，該電壓信號經(jīng)解調(diào)電路解調(diào)后，由A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，該數(shù)字信號再經(jīng)過 USB接口輸入到主控計算機(jī)進(jìn)行阻抗分析和一維阻抗信息提取。所述的一維阻抗信息包括實部信息、虛部信息、模值信息、相位信息，并可以進(jìn)行相應(yīng)電阻抗信息的一維曲線特征分析?？梢詫蓚€或多個檢測電極單元上得到的一維阻抗數(shù)據(jù)進(jìn)行運算，如進(jìn)行平均、相減后得到另一種更能反映電阻抗特征的數(shù)據(jù)。測量生物組織復(fù)電阻抗頻譜特性時，系統(tǒng)工作在頻率掃描(Frequency Sweep)狀態(tài)，采用的驅(qū)動電流頻率主要為IOOHz到1MHz，頻率按對數(shù)遞增(Log(F)從2到7每次遞增0. 1)，共50個頻率點， 每次掃頻所需時間一般為40 50s。為盡可能地減小電流對組織的損傷，驅(qū)動電流幅值一般選用0.5mArmS。其他有關(guān)指標(biāo)如表1所示。表1復(fù)阻抗測量系統(tǒng)有關(guān)性能參數(shù)
權(quán)利要求
1.一種用于顱腦放射治療電阻抗檢測裝置，其特征在于包括主控計算機(jī)以及通過 USB接口與主控計算機(jī)相連的DSP芯片，該DSP芯片的信號輸出端與可編程電流源相連，可編程電流源與激勵電極相連，掃頻電流信號通過激勵電極作用于成像目標(biāo)，然后由檢測電極測量電壓，所述檢測電極依次通過解調(diào)電路、A/D轉(zhuǎn)換電路與DSP芯片相連，DSP芯片的數(shù)據(jù)輸出端經(jīng)USB接口與主控計算機(jī)相連，由主控計算機(jī)輸出成像目標(biāo)的特征參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于顱腦放射治療電阻抗檢測裝置，其特征在于所述的激勵電極檢測電極采用Ag/AgCl電極，各電極采用同軸電纜屏蔽驅(qū)動方式，分別對各電極導(dǎo)線進(jìn)行了屏蔽處理，使每根同軸電纜的屏蔽層與電極處于同一電位狀態(tài)。
3.—種如權(quán)利要求1所述的用于顱腦放射治療電阻抗檢測裝置的檢測方法，其特征在于首先由主控計算機(jī)控制DSP芯片，完成對可編程電流源的初始頻率、相位和驅(qū)動電流的設(shè)定和輸入，掃頻電流信號通過激勵電極作用于成像目標(biāo)，然后由檢測電極測量電壓，該電壓信號經(jīng)解調(diào)電路解調(diào)后，由A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，該數(shù)字信號再經(jīng)過USB接口輸入到主控計算機(jī)進(jìn)行阻抗分析和一維阻抗信息提取。
全文摘要
一種用于顱腦放射治療電阻抗檢測裝置及檢測方法，由USB接口控制電路、DSP控制電路、可編程電流源、檢測電極、電壓測量電路、解調(diào)電路、A/D轉(zhuǎn)換器、PC機(jī)組成。主控計算機(jī)通過USB接口控制電路控制DSP芯片，從而完成對電流源的初始頻率、相位和驅(qū)動電流的設(shè)定和輸入，掃頻電流信號通過電極系統(tǒng)作用于成像目標(biāo)，然后在其它電極測量電壓，經(jīng)解調(diào)電路解調(diào)后，由A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，采集到的信號再經(jīng)過USB接口電路傳輸計算機(jī)進(jìn)行阻抗分析和一維阻抗信息提取。本發(fā)明可以提取并根據(jù)需要提取相應(yīng)的電阻抗信息，避免傳統(tǒng)檢測結(jié)果的偶然性；可以提取組織的一維電阻抗信息，反映組織電阻抗隨時間變化的規(guī)律；以更準(zhǔn)確地反映不同組織的電阻抗特性。
文檔編號A61N5/00GK102370480SQ201110300540
公開日2012年3月14日 申請日期2011年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月30日
發(fā)明者付峰, 劉銳崗, 史學(xué)濤, 尤富生, 徐燦華, 肖峰, 董秀珍, 陳超爽 申請人:中國人民解放軍第四軍醫(yī)大學(xué)