專(zhuān)利名稱(chēng)：基于水循環(huán)恒溫裝置的生物組織阻抗溫度特性測(cè)試系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種醫(yī)療電子儀器領(lǐng)域的測(cè)試裝置，尤其是涉及一種基于水循環(huán)恒溫裝置的生物組織阻抗溫度特性測(cè)試系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
腫瘤熱療是一種利用各種致熱源在組織中產(chǎn)生熱效應(yīng)，使腫瘤組織溫度上升到有效治療溫度，并持續(xù)一定時(shí)間以殺死腫瘤細(xì)胞的方法。腫瘤組織內(nèi)的毛細(xì)血管壁由單層內(nèi)皮細(xì)胞和缺乏彈性基膜的外膜形成，血流緩慢，加熱會(huì)使腫瘤組織血管發(fā)生淤滯，從而導(dǎo)致腫瘤組織血流減少，使腫瘤組織的溫度高于臨近的正常組織，其溫差可達(dá)5°C -10°C，這個(gè)溫差能使癌細(xì)胞死亡而不會(huì)損傷正常細(xì)胞。腫瘤熱療最大的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)創(chuàng)或微創(chuàng)、安全性好，它能有效殺傷惡性腫瘤細(xì)胞，提高病人的生活質(zhì)量，延長(zhǎng)病人的生命，因此在臨床上越來(lái)越引起人們的重視。關(guān)于熱療的研究特別是基礎(chǔ)領(lǐng)域的研究取得了顯著的進(jìn)展。但其劑量及溫度控制方面的研究較少，極大地制約了其發(fā)展。熱劑量是腫瘤熱療方法急待解決的重要課題。所謂熱劑量，即是使用熱療的溫度和時(shí)間，其中溫度尤為重要。理想的加熱治療是使腫瘤內(nèi)的溫度達(dá)到均勻分布，而要想了解腫瘤組織內(nèi)的溫度分布，必須獲得所加熱區(qū)域的溫度分布值。目前臨床采用的測(cè)溫方法多以有損測(cè)量為主，且只能在腫瘤位置及其周?chē)＝M織的有限幾個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)溫，對(duì)人體損傷較大，且不易重復(fù)。生物電阻抗技術(shù)是一種在人體內(nèi)注入人體安全電流，測(cè)得相應(yīng)電壓來(lái)獲得人體體內(nèi)的電阻抗信息的技術(shù)。此技術(shù)對(duì)人體無(wú)創(chuàng)無(wú)害，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量簡(jiǎn)便快速，檢測(cè)過(guò)程安全，成像成本低。研究表明，生物組織的電阻抗與溫度呈現(xiàn)一定的函數(shù)關(guān)系，因此可以通過(guò)生物電阻抗成像技術(shù)實(shí)現(xiàn)熱療過(guò)程中加熱組織溫度的無(wú)損檢測(cè)。利用電阻抗技術(shù)測(cè)量加熱組織的溫度的原理為在人體表面施加人體安全電流，測(cè)量體表電壓，由于人體內(nèi)各組織的導(dǎo)電參數(shù)不相同，可通過(guò)測(cè)得的電壓重構(gòu)體內(nèi)電阻率及其變化的分布。由于組織的阻抗參數(shù)變化與溫度的變化呈現(xiàn)一定關(guān)系，測(cè)得電阻率分布后，經(jīng)過(guò)計(jì)算得到溫度的大小，從而實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量。利用生物電阻抗成像技術(shù)實(shí)現(xiàn)熱療過(guò)程中組織溫度的無(wú)損檢測(cè)具有理論依據(jù)，且對(duì)人體無(wú)創(chuàng)無(wú)害，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是有關(guān)生物組織的阻抗與溫度特性方面的關(guān)系國(guó)內(nèi)外的研究較少，其具體的函數(shù)關(guān)系也未曾可知，這極大地制約了其發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量簡(jiǎn)便快速、可測(cè)試多種生物組織阻抗溫度特性的基于水循環(huán)恒溫裝置的生物組織阻抗溫度特性測(cè)試系統(tǒng)。本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)
一種基于水循環(huán)恒溫裝置的生物組織阻抗溫度特性測(cè)試系統(tǒng)，該系統(tǒng)與阻抗分析儀連接，該系統(tǒng)包括PID溫度控制模塊、固態(tài)繼電器、加熱器、水箱、泵、阻抗測(cè)量裝置、溫度傳感器和橡膠管，所述的PID溫度控制模塊、固態(tài)繼電器、加熱器依次電連接，所述的加熱器固定于水箱中，所述的泵設(shè)置在水箱內(nèi)，所述的阻抗測(cè)量裝置通過(guò)橡膠管分別連接水箱和泵，所述的溫度傳感器一端與水箱連接，另一端與PID溫度控制模塊電連接，所述的阻抗測(cè)量裝置與阻抗分析儀連接，所述的阻抗測(cè)量裝置內(nèi)設(shè)置有生物組織；系統(tǒng)通電后，PID溫度控制模塊比較溫度傳感器采集的溫度和溫度設(shè)定值，根據(jù)比較結(jié)果控制固態(tài)繼電器的通斷，進(jìn)而控制加熱器的工作，使得水箱中的水保持恒溫狀態(tài)，水箱中的水通過(guò)橡膠管對(duì)阻抗測(cè)量裝置內(nèi)的生物組織進(jìn)行加熱，阻抗測(cè)量裝置向阻抗分析儀輸出測(cè)得的電壓值，阻抗分析儀通過(guò)對(duì)電壓值的分析，獲得一組電阻率-頻率特性，再調(diào)節(jié)溫度設(shè)定值，生物組織被加熱到該溫度時(shí)再進(jìn)行一組測(cè)量，獲得另一組電阻率-頻率特性，經(jīng)過(guò)若干次遞增的溫度設(shè)置，獲得相應(yīng)的電阻率-頻率特性，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換計(jì)算，得到特定頻率下生物組織的電阻率-溫度特性。所述的PID溫度控制模塊包括溫度控制模塊、溫度顯示模塊和鍵盤(pán)控制模塊，所述的溫度顯示模塊和鍵盤(pán)控制模塊均與溫度控制模塊電連接，所述的溫度控制模塊與溫度傳感器連接。所述的溫度顯示模塊為L(zhǎng)CD液晶屏，顯示溫度傳感器輸入的溫度；所述的鍵盤(pán)控制模塊為矩陣鍵盤(pán)，向溫度控制模塊輸入溫度設(shè)定值。所述的固態(tài)繼電器為單相交流固態(tài)繼電器；所述的溫度傳感器為熱電阻溫度傳感器；所述的泵為可長(zhǎng)時(shí)間工作在100攝氏度水下的熱水循環(huán)泵。所述的阻抗測(cè)量裝置包括電極、套筒和底座，所述的套筒設(shè)在底座上，所述的電極設(shè)在套筒兩端，所述的電極與阻抗分析儀連接。所述的套筒包括外套筒和內(nèi)套筒，所述的生物組織設(shè)置在內(nèi)套筒內(nèi)部。所述的電極包括第一電極和第二電極，所述的第一電極和第二電極同心設(shè)置，所述的套筒上端的第一電極和第二電極依次通過(guò)有機(jī)玻璃板固定。所述的第二電極的圓心位置設(shè)有直徑與第一電極直徑相同的孔，所述的第一電極設(shè)置在該孔內(nèi)，所述的第二電極上以圓心為對(duì)稱(chēng)的兩條半徑的中心點(diǎn)位置焊接有螺栓，所述的第一電極上刻有螺紋。所述的有機(jī)玻璃板設(shè)有與第一電極上的螺紋及第二電極上的螺栓相對(duì)應(yīng)的孔，第一電極和螺栓穿過(guò)該孔并固定。所述的底座為正方形，所述的底座中心處設(shè)有一圓柱形的保溫墊片，所述的保溫墊片上設(shè)有與第一電極上的螺紋及第二電極上的螺栓相對(duì)應(yīng)的孔，所述的套筒下端的第一電極和第二電極穿過(guò)該孔并固定，所述的底座上還設(shè)有直徑與橡膠管相同的孔。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)I)本發(fā)明采用四電極法的原理設(shè)計(jì)阻抗測(cè)量裝置，原理簡(jiǎn)單，操作方便，四電極可直接與阻抗分析儀進(jìn)行連接以獲得多個(gè)頻率的阻抗溫度特性曲線；2)本發(fā)明可用于測(cè)試多種生物組織阻抗的溫度特性，為采用電阻抗成像法監(jiān)測(cè)在腫瘤熱療時(shí)的熱療區(qū)域的溫度奠定基礎(chǔ)。


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具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例如圖I所示，一種基于水循環(huán)恒溫裝置的生物組織阻抗溫度特性測(cè)試系統(tǒng)，該系統(tǒng)與阻抗分析儀連接，其特征在于，該系統(tǒng)包括PID溫度控制模塊I、固態(tài)繼電器2、加熱器
3、水箱4、泵11、阻抗測(cè)量裝置6、溫度傳感器5和橡膠管7，所述的PID溫度控制模塊I、固態(tài)繼電器2、加熱器3依次電連接，所述的加熱器3固定于水箱4中，所述的泵11設(shè)置在水箱4內(nèi)，所述的阻抗測(cè)量裝置6通過(guò)橡膠管7分別連接水箱4和泵11，所述的溫度傳感器5一端與水箱4連接，另一端與PID溫度控制模塊I電連接，所述的阻抗測(cè)量裝置6與阻抗分析儀連接，所述的阻抗測(cè)量裝置6內(nèi)設(shè)置有生物組織。所述的PID溫度控制模塊I包括溫度控制模塊10、溫度顯示模塊8和鍵盤(pán)控制模塊9，所述的溫度顯示模塊8和鍵盤(pán)控制模塊9均與溫度控制模塊10電連接，所述的溫度控制模塊10與溫度傳感器5連接。所述的溫度顯示模塊8為L(zhǎng)CD液晶屏，顯示溫度傳感器5輸入的溫度；所述的鍵盤(pán)控制模塊9為矩陣鍵盤(pán)，向溫度控制模塊10輸入溫度設(shè)定值。本實(shí)施例的固態(tài)繼電器2為單相交流固態(tài)繼電器，雙向可控硅輸出，零電壓開(kāi)啟，零電流關(guān)斷，輸入回路與輸出回路之間有光隔離，實(shí)施時(shí)性能優(yōu)秀。溫度傳感器5選用熱電阻溫度傳感器PtlOO，靈敏度約為O. 38 Ω/°C,PtlOO采用三線制接法，以消除連接導(dǎo)線電阻引起的測(cè)量誤差。本實(shí)施例的泵11為熱水循環(huán)泵，該泵可長(zhǎng)時(shí)間工作在100攝氏度水下，熱水循環(huán)泵的出口處接一直徑為IOmm的橡膠管7，并通過(guò)水泵卡子與泵11出口可靠連接，該橡膠管7從阻抗測(cè)量裝置的底座17上的孔穿入，在阻抗測(cè)量裝置6內(nèi)壁上纏繞8-10圈后，橡膠管7的另一端固定在水箱4內(nèi)，實(shí)現(xiàn)水的循環(huán)。圖2-圖5給出了阻抗測(cè)量裝置6的一個(gè)實(shí)施例。本實(shí)施例的阻抗測(cè)量裝置6包括電極、套筒16和底座17，所述的套筒16設(shè)在底座17上，所述的電極設(shè)在套筒16兩端，所述的電極與阻抗分析儀連接，所述的阻抗分析儀可以通過(guò)電極測(cè)得的電壓輸出掃頻的電阻率-頻率特性曲線，設(shè)定掃頻的頻率范圍為IKHz 1MHz。所述的套筒16包括外套筒和內(nèi)套筒，所述的生物組織設(shè)置在內(nèi)套筒內(nèi)部，所述的套筒16內(nèi)外筒均由保溫材料構(gòu)成，內(nèi)筒內(nèi)徑36mm，外徑46mm，外筒內(nèi)徑為66mm，外徑為86mm。所述的電極包括第一電極14和第二電極15,所述的第一電極14和第二電極15同心設(shè)置，本實(shí)施例中第一電極14直徑5mm,第二電極15內(nèi)徑9mm,外徑35mm,電極厚2mm。所述的第二電極15的圓心位置設(shè)有直徑與第一電極14直徑相同的孔，所述的第一電極14設(shè)置在該孔內(nèi)，所述的第二電極15上以圓心為對(duì)稱(chēng)的兩條半徑的中心點(diǎn)位置焊接有螺栓，所述的第一電極14上刻有螺紋。所述的套筒上端的第一電極和第二電極依次通過(guò)有機(jī)玻璃板13和配重12固定，所述的有機(jī)玻璃板13上相應(yīng)于第一電極14和螺栓的位置開(kāi)相應(yīng)的孔，第一電極14和螺栓穿過(guò)該孔對(duì)電極進(jìn)行固定。所述的底座17為正方形，以底座17的中心為圓心一圓柱形的保溫墊片，上面對(duì)應(yīng)與第一電極14和第二電極15的螺栓位置開(kāi)有三個(gè)孔，所述的套筒下端的第一電極14和第二電極15穿過(guò)這三個(gè)孔并固定；所述的底座17上對(duì)應(yīng)于套筒的內(nèi)外筒間的位置開(kāi)有直徑為IOmm的孔，以穿過(guò)橡膠管7。所述的配重12為圓環(huán)狀的不銹鋼片，內(nèi)徑31mm，外徑35mm，每個(gè)配重12質(zhì)量為100g，放置在頂部的電極上使電極貼合于生物組織。本實(shí)施例基于水循環(huán)恒溫裝置的生物組織阻抗溫度特性測(cè)試系統(tǒng)的工作原理為對(duì)各部分進(jìn)行電連接及組裝，并進(jìn)行通電。從鍵盤(pán)控制模塊9設(shè)輸入一個(gè)預(yù)設(shè)的溫度設(shè)定值，溫度控制模塊10根據(jù)溫度傳感器5采集的水箱4中水的實(shí)際溫度與溫度設(shè)定值之差輸出一個(gè)控制信號(hào)來(lái)控制固態(tài)繼電器2的通斷，進(jìn)而控制固定于水箱中的加熱器3的通斷。即是若水箱4中水的實(shí)際溫度高于PID溫度控制模塊I的溫度設(shè)定值，則停止加熱，通過(guò)散熱降低溫度；一旦水箱4中水的溫度低于溫度設(shè)定值，則馬上打開(kāi)加熱器對(duì)水進(jìn)行加熱，由此往復(fù)，使得水箱4中的水保持恒溫狀態(tài)，其恒溫的溫度值即為所設(shè)定的溫度設(shè)定值。恒溫的水通過(guò)橡膠管7纏繞在阻抗測(cè)量裝置6的內(nèi)壁上對(duì)放置于其內(nèi)部的生物組織進(jìn)行恒溫水循環(huán)加熱，以將生物組織控制在一定溫度下。一旦生物組織達(dá)到所需溫度，即水箱4中水的溫度等于溫度設(shè)定值，則按下阻抗分析儀的控制按鈕獲得一次組織的電阻率-頻率特性曲線。所述的溫度設(shè)定值從常溫(如20°C)開(kāi)始，以2°C為步進(jìn)直到80°C，重復(fù)上述的操作過(guò)程，可獲得30組不同溫度下的電阻率-頻率特性曲線，通過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理，可獲得某一頻率如200KHZ下的電阻率-溫度特性曲線，以此類(lèi)推，可獲得多個(gè)頻率下的電阻率-溫度特性曲線，并且通過(guò)更換裝置內(nèi)放入的生物組織，可實(shí)現(xiàn)多種生物組織阻抗的溫度特性測(cè)試，為采用電阻抗成像法監(jiān)測(cè)在腫瘤熱療時(shí)的熱療區(qū)域的溫度奠定基礎(chǔ)。
權(quán)利要求
1.一種基于水循環(huán)恒溫裝置的生物組織阻抗溫度特性測(cè)試系統(tǒng)，該系統(tǒng)與阻抗分析儀連接，其特征在于，該系統(tǒng)包括PID溫度控制模塊、固態(tài)繼電器、加熱器、水箱、泵、阻抗測(cè)量裝置、溫度傳感器和橡膠管，所述的PID溫度控制模塊、固態(tài)繼電器、加熱器依次電連接，所述的加熱器固定于水箱中，所述的泵設(shè)置在水箱內(nèi)，所述的阻抗測(cè)量裝置通過(guò)橡膠管分別連接水箱和泵，所述的溫度傳感器一端與水箱連接，另一端與PID溫度控制模塊電連接，所述的阻抗測(cè)量裝置與阻抗分析儀連接，所述的阻抗測(cè)量裝置內(nèi)設(shè)置有生物組織；系統(tǒng)通電后，PID溫度控制模塊比較溫度傳感器采集的溫度和溫度設(shè)定值，根據(jù)比較結(jié)果控制固態(tài)繼電器的通斷，進(jìn)而控制加熱器的工作，使得水箱中的水保持恒溫狀態(tài)，水箱中的水通過(guò)橡膠管對(duì)阻抗測(cè)量裝置內(nèi)的生物組織進(jìn)行加熱，阻抗測(cè)量裝置向阻抗分析儀輸出測(cè)得的電壓值，阻抗分析儀通過(guò)對(duì)電壓值的分析，獲得一組電阻率-頻率特性，再調(diào)節(jié)溫度設(shè)定值，生物組織被加熱到該溫度時(shí)再進(jìn)行一組測(cè)量，獲得另一組電阻率-頻率特性，經(jīng)過(guò)若干次遞增的溫度設(shè)置，獲得相應(yīng)的電阻率-頻率特性，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換計(jì)算，得到特定頻率下生物組織的電阻率-溫度特性。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于水循環(huán)恒溫裝置的生物組織阻抗溫度特性測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述的PID溫度控制模塊包括溫度控制模塊、溫度顯示模塊和鍵盤(pán)控制模塊，所述的溫度顯示模塊和鍵盤(pán)控制模塊均與溫度控制模塊電連接，所述的溫度控制模塊與溫度傳感器連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于水循環(huán)恒溫裝置的生物組織阻抗溫度特性測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述的溫度顯示模塊為L(zhǎng)CD液晶屏，顯示溫度傳感器輸入的溫度；所述的鍵盤(pán)控制模塊為矩陣鍵盤(pán)，向溫度控制模塊輸入溫度設(shè)定值。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于水循環(huán)恒溫裝置的生物組織阻抗溫度特性測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述的固態(tài)繼電器為單相交流固態(tài)繼電器；所述的溫度傳感器為熱電阻溫度傳感器；所述的泵為可長(zhǎng)時(shí)間工作在100攝氏度水下的熱水循環(huán)泵。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于水循環(huán)恒溫裝置的生物組織阻抗溫度特性測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述的阻抗測(cè)量裝置包括電極、套筒和底座，所述的套筒設(shè)在底座上，所述的電極設(shè)在套筒兩端，所述的電極與阻抗分析儀連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于水循環(huán)恒溫裝置的生物組織阻抗溫度特性測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述的套筒包括外套筒和內(nèi)套筒，所述的生物組織設(shè)置在內(nèi)套筒內(nèi)部。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于水循環(huán)恒溫裝置的生物組織阻抗溫度特性測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述的電極包括第一電極和第二電極，所述的第一電極和第二電極同心設(shè)置，所述的套筒上端的第一電極和第二電極通過(guò)有機(jī)玻璃固定。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于水循環(huán)恒溫裝置的生物組織阻抗溫度特性測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述的第二電極的圓心位置設(shè)有直徑與第一電極直徑相同的孔，所述的第一電極設(shè)置在該孔內(nèi)，所述的第二電極上以圓心為對(duì)稱(chēng)的兩條半徑的中心點(diǎn)位置焊接有螺栓，所述的第一電極上刻有螺紋。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種基于水循環(huán)恒溫裝置的生物組織阻抗溫度特性測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述的有機(jī)玻璃板開(kāi)有與第一電極上的螺紋及第二電極上的螺栓相對(duì)應(yīng)的孔，第一電極和螺栓穿過(guò)該孔并固定。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種基于水循環(huán)恒溫裝置的生物組織阻抗溫度特性測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述的底座為正方形，所述的底座中心處設(shè)有一圓柱形的保溫墊片，所述的保溫墊片上設(shè)有與第一電極上的螺紋及第二電極上的螺栓相對(duì)應(yīng)的孔，所述的套筒下端的第一電極和第二電極穿過(guò)該孔并固定，所述的底座上還設(shè)有直徑與橡膠管相同的孔。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于水循環(huán)恒溫裝置的生物組織阻抗溫度特性測(cè)試系統(tǒng)，該系統(tǒng)與阻抗分析儀連接，該系統(tǒng)包括PID溫度控制模塊、固態(tài)繼電器、加熱器、水箱、泵、阻抗測(cè)量裝置、溫度傳感器和橡膠管，所述的PID溫度控制模塊、固態(tài)繼電器、加熱器依次電連接，所述的加熱器固定于水箱中，所述的泵設(shè)置在水箱內(nèi)，所述的阻抗測(cè)量裝置通過(guò)橡膠管分別連接水箱和泵，所述的溫度傳感器一端與水箱連接，另一端與PID溫度控制模塊電連接，所述的阻抗測(cè)量裝置與阻抗分析儀連接，所述的阻抗測(cè)量裝置內(nèi)設(shè)置有生物組織。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量簡(jiǎn)便快速、可測(cè)試多種生物組織阻抗溫度特性等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01R27/02GK102914696SQ20121039366
公開(kāi)日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月16日
發(fā)明者馬藝馨, 武文斌, 張琴艷, 苗櫪文, 王偉, 張偉興, 顧浩 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)