CN101410048A - 检测生物电磁信号的传感器及使用该传感器的诊断设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及由生物体的表皮制成的用于检测生物电磁信号的材料和使用该材料的诊断设备,且更具体而言,涉及通过作为一个制作阶段的干燥和作为另一制作阶段使的选择而由生物体的表皮制成的用于检测生物电磁信号的材料以及使用该材料的诊断设备。本发明的材料具有检测生物电磁信号的作用。因此,本发明的用于检测生物电磁信号的材料可用于制造在生物电磁信号由于免疫缺陷等导致的癌症、炎症而改变时在诊断中非侵入地检测生物电磁信号且有效使用的诊断设备。

Description

检测生物电磁信号的传感器及使用该传感器的诊断设备
技术领域
本发明涉及由生物体的表皮制成的用于检测生物电磁信号的材料及使用该材料的诊断设备,且更具体而言,涉及通过干燥和选择而由生物体的表皮制成的用于检测生物电磁信号的材料以及使用该材料的诊断设备。
背景技术
诸如心肌、骨骼肌、平滑肌以及神经细胞的活体的所有细胞带电。因为这种电会由于外部刺激或细胞伤害而变化,因此通过测量这种变化可以评估细胞的状况。在细胞中存在多种电学变化,从可基于细胞膜的单通道的电流变化而测量的简单变化一直到多个细胞的电学行为的组合。这种电学变化不可避免地伴随着诸如Na+、K+以及Cl-的细胞内部的离子变化,以及诸如氨基酸、儿茶酚胺和缩氨酸的化学成分的变化。
如本领域中已知的,诸如心电图、心磁图以及脑磁图之类的一些诊断技术是测量活体的心脏或脑的生物电势以诊断活体的任何疾病的常用方法。相应地,提出了通过理解生物行为的电学和化学刺激解决相关的临床问题的很多方法。
作为示例,存在通过测量具有各种疾病的患者的异常区域(尤其是发炎区域)的电阻来诊断疾病的方法(“CHANGE IN ELECTRICRESISTANCE OF THE SKIN OCCURRING IN THE RIGHT BELLY ATAN OUTBREAK OF ACUTE APPENDICITIS”,B.M.Vorochilov,发表于Eu-Hak(Medical Science),1978,46-49页,以及“NUMERICALEXPRESSION OF PAIN CAUSED BY RICULITIS OF THE SPINALCORD,WHICH IS OBTAINED BY MEASURING ELECTRICRESISTANCE OF THE SKIN”,B.M.Vorochilov,发表于Eu-Hak(MedicalScience),1982,42-44页)。作为另一示例,存在考虑到其电学特性而测量癌细胞的介电系数的方法(“DIELECTRIC COEFFICIENTCHARACTERISTICS OF TUMOR TISSUE”,YU Don-Sik等,发表于Journal of Korea Electro-magnetic Engineering Society,2002,Vol.13,No.16,566-571页)。
此外,存在通过使用环绕人体的磁场分布测量人体中的异常的方法(LEE Yong-Ho等,Korean Journal of Brain Science and Technology,2002,vol.2,No.2,79-90页)。具体而言,在使用超导量子干涉设备(SQUID)的高灵敏磁通计的发展之后,可以测量人体中的微弱的磁通量。因此,在很多国家已经积极地实施了各种研究,以通过使用磁通计测量从人体的内脏产生的微弱的磁通量来诊断疾病(“BIOMAGNETIC FIELDDETECTION,”Kotani Makoto,发表于Corona Company,1995)。
也就是说,基于健康人和患病人之间的不同电现象导致不同磁场分布这一事实,不断地对诊断疾病做出各种尝试。例如,为了使胃消化食物,胃肌在反复地收缩和松弛的同时运动。由通过神经细胞传输的流经胃肌的电信号控制这种运动。如果这种电信号异常,胃肌在它们的运动中会有问题,这潜在地导致消化不良。流经胃肌的异常电信号表现出与正常电信号不同的方面,由此产生不同的磁场分布。
这种现象不仅对于消化不良是这样,对于诸如癌症、免疫缺陷疾病和心脏疾病之类的其他疾病也是这样。可以通过检查环绕特定内脏的电磁场的变化或者与正常人不同的患者的电磁场图案以从对象诊断疾病。这些方案主要地检查人体中电磁信号或生物电磁信号的变化。
然而,这种生物电磁信号或其变化是是极其精密的、非常细微的信号,需要高效地加以使用。
动物的表皮指的是组成皮肤表面的一种上皮细胞。表皮主要由角质物质组成,且通常被认为主要用于保护动物免受外部刺激(TextbookCommittee of Korean Dermatological Association,“DERMATOLOGY”(Revised version 4),1-5页,2001)。
当在生理特性方面检查人的表皮或用电子显微镜等观察人的表皮时,表皮是一种矩阵结构,该矩阵结构包括由活性细胞组成的核层和由没有核的死角质组成的无核角质层。在电磁谱的影响下,介电晶体的光学属性和折射常数会发生变化,其中偏振常数的变化与电磁场成比例。由于上述结构,表皮具有晶体介电材料的属性。
表皮包含诸如黑色素的色素,这种色素由存在于表皮的下层中的黑色素生成细胞一黑色素母细胞生成,且随后转化为周围的角化细胞以呈现皮肤颜色。和表皮一样,黑色素母细胞源于与外胚层不同的神经嵴,且执行生成黑色素的重要功能以保护皮肤免受紫外线伤害。具有树突的黑色素母细胞在形态上类似于神经细胞,且一般具有多个生长因子和信号分子的受体。因而,应当理解,黑色素母细胞具有与神经细胞相同的形态起源(PARK Gyeon-Chan,“Journal of the Society of Cosmetic Chemistsof Korea,Vol.25,No.2,45 to 57页,1999)。此外,上述观察也被这一事实支持,即区别于外胚层的表皮具有与诸如脑、脊髓和神经这样的神经细胞相同的遗传起源。
根据关于电磁信号生成和传导的表皮属性的研究,已发现表皮不仅保护活体免受外部刺激,而且还具有生物体中单独生物系统的独立功能(“ELECTRICITYAND MAN”,V.E.Manoilov,1988,184-185页)。具体而言,还发现对于入射到表皮的电磁波,表皮表现出诸如反射、吸收和散射之类的各种反应。
基于上述事实,发明人分析了表皮的物理、电学、光学和光物理属性,且寻求可用的方法来利用表皮。通过研究,发明人发现,当向其施加外部电磁信号时,表皮改变其电学特性,因而可用作检测生物电磁信号的材料。通过利用这些现象,本发明设计了一种适于检测本发明的生物电磁信号的材料。
发明内容
(技术问题)
因此本发明的第一目的是提供一种由生物的表皮制成的用于检测生物电磁信号的材料。
本发明的第二目的是提供一种由生物的表皮制作用于检测生物电磁信号的材料的制作方法。
本发明的第三目的是提供一种由生物的表皮制成的用于检测生物电磁信号的材料的诊断设备。
(技术方案)
为了实现本发明的第一目的,本发明提供一种由生物的表皮制成的用于检测生物电磁信号的材料。
为了实现本发明的第二目的,本发明提供一种由生物的表皮制作用于检测生物电磁信号的材料的制作方法。
为了实现本发明的第三目的,本发明提供一种由生物的表皮制成的用于检测生物电磁信号的材料的诊断设备。
以下将详细描述本发明。
通过干燥和选择而由生物的表皮制作本发明的用于检测生物电磁信号的材料。
此处,术语“表皮”表示活体的皮肤或表皮组织、从真皮转变的鳞、退化或角质化的鳞、鱼鳞、爬行动物的鳞或角质鳞层、鸟或哺乳动物身体的变性皮肤(modified skin)、昆虫的护膜、软体动物的护膜、甲壳类动物的护膜、包括脊椎动物的护膜在内的鳞、羽毛或毛发、以及甲壳纲动物的壳或角质鳞层。在这些示例中,细胞组织、细胞外组织等通过连接物(connectives)以非线性不协调的方式多态地粘接,形成矩阵。此外,观察到例如黑色素的细胞内或细胞外色素沉着,主要是细胞外色素沉着。
可以使用上述表皮,它们并不对本发明的材料制作进行限制。优选地,本发明可以使用鱼鳞、爬行动物的鳞或皮肤、昆虫的护膜和甲壳纲动物的壳。更优选地,本发明可以使用鲫鱼的鳞、鲤鱼的鳞、大麻哈鱼的鳞、鲑鱼的鳞、龟的鳞、鳄龟的鳞、鳄鱼的鳞、蛇的鳞(皮肤)、甲虫的护膜、蝗虫的护膜、金甲虫的护膜、瓢虫的护膜、螃蟹的壳、虾的壳和龙虾的壳。
优选地,可以从死体分离表皮。尽管分离步骤不限于特定程序,优选地,在温度为0℃至35℃的诸如蒸馏水或自来水这样的水中浸泡1天至30天之后分离表皮。浸泡可以使表皮均匀地水合,由此减小分离中对表皮的潜在伤害。然后,优选地可以通过物理力从死体分离浸泡的表皮。
干燥步骤的目的在于稳定表皮的电学属性而不损害表皮的矩阵结构。尽管干燥步骤并没有特定限制,优选地在日照范围外的通风好的地点干燥表皮。如果通过使用加热器等的人工方法快速干燥表皮,则可能损害表皮。表皮随后可选地在纸或布片之间展平从而不被折叠,且在室温(25℃)下在0.5kg/cm2至10kg/cm2的压力下在日照范围外的阴凉处干燥1小时至48小时。然后,在室温下无压力地在阴凉处干燥表皮直到水分被完全去除。干燥时间并没有特殊限制,但是优选地为1小时至96小时,且更优选地为24至48小时。
如果表皮没有充分地干燥,则剩余的水分会降低电导率、电容率和电容。这种降低的属性可能导致电容值变化,由此,降低了材料的整体可靠性。
在上述干燥步骤之后,选择表皮。选择步骤包括将干燥的表皮切割成直径为0.1至100mm的圆形、测量表皮的电容、以及选择电容范围在0.1pF至100pF的表皮。把所选的表皮用作传感器,层叠一个或10个传感器。此处,“层叠”一词表示在垂直于表皮面的方向上紧密地粘接和接合多个表皮,使得这些表皮能够作为一个单元使用。具体而言,在表皮具有以极好状态形成的矩阵层和黑色素晶体结构的情况下,因为使用厚度为0.01mm至10mm的单个表皮或相互层叠2至10个表皮可以更有效地实现本发明的材料检测生物电磁信号的能力,优选地预先选择厚度对应于上述范围的具有极好矩阵层和黑色素晶体结构的这些表皮。具体而言,因为能够更容易地检测生物电磁信号,2至10个的表皮层叠是优选的。
另外,制作本发明的用于检测生物电磁信号的材料的方法还包括将活体的表皮浸泡到诸如蒸馏水或自来水这样的水中的步骤。根据上述程序进行该浸泡步骤。
而且,制作本发明的用于检测生物电磁信号的材料的方法还包括测量表皮的电导率和选择表皮的步骤。这里,电导率优选地在0.01nS至20nS的范围内。
而且,制作本发明的用于检测生物电磁信号的材料的方法还包括测量表皮的电容率和选择表皮的步骤。这里,根据公式ε=c·d/εo(A计算电容率(其中,ε表示电容率、c表示电导率、d表示生物电磁信号检测材料的厚度,εo是8.85×10-12F/m,且A表示电极面积)。优选地,电容率范围在0.1F/m至50F/m。
按上述方法制作的生物电磁信号检测材料可以用作传感器以检测电磁信号,具体而言,检测生物电磁信号。
通过使用如上述制作的本发明的用于检测生物电磁信号的材料,可以制造诊断设备(传感器)。该诊断设备包括传感器探头,该传感器探头具有如上述限定的用于检测生物电磁信号的材料以及在用于检测生物电磁信号的材料的厚度方向上与用于检测生物电磁信号的材料的两端接触的电极;模拟电路,用于产生和调节频率,该模拟电路与所述传感器探头相连,且具有频率振荡调谐电路和频率分配器;以及与所述模拟电路相连的数字转换电路,该数字转换电路用于分析和显示频率信号且具有包括CPU、LCD和通信模块之一的输出部分和存储部分。
诊断设备的传感器探头具有用于检测生物电磁信号的材料和与用于检测生物电磁信号的材料的两端接触的电极。通过上述制作方法制作用于检测生物电磁信号的材料。电极用于将用于检测生物电磁信号的材料电连接到诊断设备的电路,且在用于检测生物电磁信号的材料的厚度方向上接触用于检测生物电磁信号的材料。电极优选地可以由Ag或Cu制成。
模拟电路具有频率振荡调谐电路和频率分配器,且与传感器探头相连。频率振荡调谐电路包括用于产生特定基准频率的频率发生器、用于控制通过传感器探头接收的基准频率的频率控制器以及用于放大基准频率的频率放大器。频率分配器用于分配频率以被数字转换电路处理。
数字转换电路包括用于测量基准频率和处理各种操作的CPU、用于显示CPU处理的结果的输出部分和用于存储结果的存储部分。输出部分可以使用一般的LCD窗口或一般的通信模块来实现,且存储部分可以使用一般的RAM和/或ROM来实现。
本发明的诊断设备还可以包括用于向模拟电路和数字转换电路供电的电源电路。该电源电路具有电池和用于调节模拟电路和数字转换电路所须的电压的调压器,且还可以具有一般的电池充电电路。
通过使诊断设备与待测量的区域接触且随后操作诊断设备来测量生物电磁信号。测量可以按非侵入的方式进行,因而不会导致诸如注射和辐射暴露这样的任何副作用。从测量结果获得的信息可以被分析以用于诊断与癌症或炎症相伴的各种疾病。
根据本发明的实施方式,通过干燥和选择表皮来制作用于检测生物电磁信号的材料。
根据本发明的另一实施方式,使用用于检测生物电磁信号的材料来制造诊断设备。
(有益效果)
如上所述,本发明的材料具有检测生物电磁信号的作用。因此,本发明的用于检测生物电磁信号的材料可用于制造在生物电磁信号由于免疫缺陷等导致的癌症、炎症而改变时在诊断中非侵入地检测生物电磁信号且有效使用的诊断设备。
附图说明
图1是示出装配有根据本发明的用于检测生物电磁信号的材料的示例性诊断设备的框图;
图2是示出本发明的诊断设备的数字转换电路的框图;
图3是示出本发明的诊断设备的传感器探头和模拟电路的框图;
图4是示出本发明的诊断设备的电源电路的框图;
图5是示出频率振荡调谐电路和周围电路的框图;
图6是示出模拟电路的频率发生器产生的频率的波形的图示;
图7是示出通过频率控制器设置通道频率的处理的流程图;
图8是示出诊断设备的预扫描模式中的测量处理的流程图;
图9是示出诊断设备的精确模式中的测量处理的流程图;
图10是示出通过诊断设备诊断为对象处于正常状态的图示;
图11是示出通过诊断设备诊断为对象处于正常状态的图示;
图12是示出通过诊断设备诊断为对象处于发炎状态的图示;
图13是示出通过诊断设备诊断为对象具有癌症的图示;
图14是示出由鲤鱼鳞制作的适用于检测生物电磁信号的材料的图片;以及
图15示出由龟表皮制作的适用于检测生物电磁信号的材料的图片。
附图的主要附图标记
1:数字转换电路
2:模拟电路
3:电源电路
4:传感器探头
11:CPU
12:闪存
12a:ROM选择器
12b,12c:ROM
13:SDRAM
14:LCD逆变器
15:LCD
16:PWM模块
16a:频率控制振荡器
16b:蜂鸣器
17:频率输入单元
18:通道选择单元
19:通信模块
19a:无线通信模块
19b:USB端口
19c:RS-232C
20:频率振荡调谐电路
21:低通滤波器
22:8通道复用器
23:传感器选择单元
24:频率控制器
25:频率发生器
26:频率信号放大器
27:频率分配器
31:适配器
32:电池充电测量电路
33:电池充电电路
34:电池
35:3.3伏调压器
36:2.5伏调压器
37:5伏调压器
具体实施方式
图1是示出根据本发明的示例性诊断设备的框图。参考图1,该诊断设备包括数字转换电路(1)、模拟电路(2)、电源电路(3)和传感器驱动器或传感器探头(4)。如图2所示,数字转换电路(1)包括CPU(11)、闪存(12)、SDRAM(13)、LCD(15)、用于调节LCD(15)的亮度的LCD逆变器(14)、PWM模块(16)、频率输入单元(17)、通道选择单元(18)以及用于与外部设备通信的通信模块(19)。参考图3,模拟电路(2)包括8通道复用器(22)、传感器选择单元(23)、频率控制器(24)、频率发生器(25)、频率信号放大器(26)和频率分配器(27)。电源电路(3)包括适配器(31)、电池(34)、电池充电电路(33)、电池充电测量电路(32)、3.3伏调压器(35)、2.5伏调压器(36)和5伏调压器(37)。
描述各部分的操作,模拟电路(2)的频率发生器(25)产生基准频率。如图6所示,在诊断之前,基于传感器探头(4)的用于检测生物电磁信号的材料的电容分量,基准频率对于用于检测生物电磁信号的材料是唯一的。通过频率控制器(24)控制诊断前的基准频率,使得频率发生器(25)能够产生更加准确的基准频率。具体而言,频率控制器(24)将误差(例如传感器探头(4)的用于检测生物电磁信号的材料为多通道时产生的误差,电子部件的基本制造误差和测量位置的环境误差)减至最小,以通过用于检测生物电磁信号的材料的基准频率控制频率振荡调谐电路(20)的频率。
传感器探头(4)的用于检测生物电磁信号的材料可以被制造为具有不同的通道,从一个通道一直到多个通道。在多通道的情况下,需要8通道复用器(22)和传感器选择单元(23)。
因为从频率发生器(25)产生的频率信号是极其精确的非常微小的信号,不能被直接输入到数字转换电路(1),频率信号放大器(26)将该极其精确的微小信号放大到能够用于数字转换电路(1)的电平。频率放大器(26)放大后的信号是几MHz级别的快速频率,其随后通过频率分配器(27)分配,使得它能在数字转换电路(1)中被测量。
如上所述处理的频率信号被输入到频率输入单元(17)和通道选择单元(18)。通过频率输入单元(17)输入到CPU(11)的频率信号被CPU(11)计算为频率值。
在制作根据本发明的传感器探头(4)的用于检测生物电磁信号的材料的情况下,用于检测生物电磁信号的材料的基本电容根据传感器探头(4)的用于检测生物电磁信号的材料的制作工艺而稍有变化。因此,如图6所示,当在模拟电路(2)中调节基准频率时,由于电容变化,基准频率值可以对于每个通道而略有变化。
因此,根据图7所示的算法进行基准频率控制处理。即,由频率选择单元(18)选择通道,使用频率控制振荡器(16a)设置用于检测每个通道的生物电磁信号的材料的基准频率,且随后CPU(11)在SDRAM(13)的存储区域中顺序存储通道值。然后,从用于检测生物电磁信号的材料的通道数据中读取频率时,频率控制振荡器(16a)输出所存储的数据,且重复该操作。
在测量中,电磁信号被输入到用于检测生物电磁信号的材料中,改变传感器探头(4)的每个通道中用于检测生物电磁信号的材料的电容。然后,如图6所示,在基准频率中发生频率改变。CPU计算频率值,且在闪存(12)中分配区域以存储测量的频率。基准频率和测量频率之差被称为差分频率,其可由CPU(11)计算且存储在闪存(12)的分配区域中。
优选地,CPU(11)控制频率控制振荡器(16a)的操作以调节施加于蜂鸣器(16b)的频率,从而使得蜂鸣器(16b)能够根据频率或差分频率产生不同的声音。或者,CPU(11)可以根据频率或差分频率在显示单元上显示不同的颜色。即,可以选择性地显示绿色、黄色和红色之一。因而,在本发明的诊断设备中,当CPU(11)根据频率或差分频率做出判断时,LCD(15)选择性地输出绿色、黄色和红色。
当诊断设备被供电且启动时,确立基准频率。当诊断开始时,根据对象的健康状况测量频率,且基准频率和测量频率之差被计算为差分频率。基于测量频率或差分频率的大小,能够判断对象的健康状况。而且,因为测量频率或差分频率的大小是与本发明的材料的电容变化成比例的值,基于材料的电容变化,可以判断对象的健康状况。
CPU(11)与由无线通信模块(19a)、USB端口(19b),RS-232C(19c)等组成的通信模块(19)连接,因而可以将频率或差分频率发送到诸如PC这样的外部设备。数据经由各种通信模式被传输到外部处理设备,且能够被显示、存储、输出和处理到数据库中。
现在将描述通过模拟电路(2)处理频率信号的操作。
首先,被传感器探头(4)的用于检测生物电磁信号的材料检测到(被输入到其中)的诸如人体的对象的生物电磁信号导致材料的电容变化。为测量电容变化,电容被频率振荡调谐电路(20)转换成频率。如图3所示,频率振荡调谐电路(20)包括频率控制器(24)、频率发生器(25)和频率信号放大器(26)。如图6所示,频率振荡调谐电路(20)导致基准频率的振荡,该基准频率对于传感器探头(4)的用于检测生物电磁信号的材料而言是唯一的且是基于该材料的。
当对象的生物电磁信号被传感器探头(4)的用于检测生物电磁信号的材料检测到(被输入到其中)时,材料的电容变化增大。材料增大的电容减小了由频率振荡调谐电路(20)产生的从模拟电路(2)输入到数字转换电路(1)的频率。振荡频率具有微小幅度,因而频率信号放大器(26)将该频率放大到预定水平,使得数字转换电路(1)能测量该频率。
因为传感器探头(4)的用于检测生物电磁信号的材料可以从单通道至多通道被不同地使用,使用8通道复用器(22)和传感器选择单元(23)来测量所有通道。
从模拟电路(2)发送到数字转换电路(1)的信号,即,频率振荡调谐电路(20)振荡的频率被频率分配器(27)分割,从而容易地被数字转换电路(1)测量。
现在将描述数字转换单元(1)处理频率信号的操作。
如图2所示,数字转换电路(1)包括用于存储测量数据和程序数据的闪存(12)、用作临时存储器的SDRAM(13)、用于测量频率和处理各种操作的CPU(11)、用于从用户接收命令的开关电路(未示出)、具有用于根据输入频率产生声音的蜂鸣器(16b)的PWM模块(16)、用于在图形用户界面(GUI)上显示计算的测量数据的LCD(15)和LCD逆变器(14)、以及用于与PC等通信的通信模块(19)。
数字转换电路(1)需要用于测量从模拟电路(2)输出的频率的频率测量算法。为测量频率,在通过CPU(11)的输入/输出模块输入的图6所示生物电磁信号检测材料的基准频率的时钟信号的一个周期中,对CPU(11)的时钟进行计数。根据下面的公式测量频率(F):
F=1/T
T=(CPU时钟计数)×1/(CPU频率)
在诊断测量之前,基于传感器探头(4)的用于检测生物电磁信号的材料的电容,通过频率振荡调谐电路(20)振荡出基准频率。被传感器探头(4)的生物电磁信号检测材料检测到(被输入到其中)的生物电磁信号使材料的电容增大,这减小了测量频率。然后,从基准频率减去减小后的频率以获得差分频率。
临床地讲,差分频率表示生物电磁信号的量。因此,差分频率的增加表示大量的生物电磁信号,而差分频率的减小表示少量的生物电磁信号。
发明人使得本发明的诊断设备以三个阶段显示差分频率。第一阶段表示生物电磁信号的正常行为,第二阶段表示生物电磁信号的活动行为,且第三阶段表示生物电磁信号的脉动行为(pulsatory behavior)。
尽管基于非诊断状态的基准频率被频率控制器(24)控制,在数字转换电路(1)中计算频率的过程中,基准频率可能不被正确地维持,而是具有微小差异。频率控制振荡器(16a)也设置在数字转换电路(1)中以应对这种现象,并精确地控制频率。如图5所示,频率设置单元包括具有生物电磁信号检测材料的传感器探头(4)、频率振荡调谐电路(20)、低通滤波器(21)、具有输入和输出端口的CPU(11)、PWM模块(16)、闪存(12)等。
当CPU(11)加电时,它从模拟电路(2)接收频率并将接收到的频率与基准频率进行比较。如果接收到的频率不同于基准频率,则CPU(11)对其进行控制。
当通过包括本发明的生物电磁信号检测材料的诊断设备测量对象或活体的生物电磁信号时,在对象鼠健康状况十分正常或正常的情况下,如图10和11所示,“绿色”或“黄色”指示器一致地显示。然而,如果在发炎的情况下,如图12所示,“红色”指示器一致地显示。在癌症的情况下,如图13所示,“红色”和“黄色”指示器不规则地显示。
在这种情况下,差分频率的不规律或变化程度根据人体对象或癌症状况而不同。为了更精确地测量,频率采样速度被分为三类。图8示出了以10ms读取材料频率的通道提取模式和以20ms读取材料频率的预扫描模式,且图9示出了以100ms读取材料频率的精确模式。
在装备在PC或诊断设备中的LCD(15)上显示如上述测量的数据。
当从装备有上述生物电磁信号检测材料的诊断设备发送到PC时,通过PC或诊断设备的无线通信模块(19a)、USB端口(19b)和RS-232C(19c),根据特定数据传输协议传输数据。传输协议被分成图8中所示的预扫描模式和图9中所示的精确模式。在预扫描模式的情况下,持续地发送测量数据,直到输入了中断信号(即,用户按下了停止按钮或PC发出了停止命令)为止。相反,精确模式发送所有的多通道材料数据十(10)次,然后待机,直到用户按下测量按钮为止。
另外,通过蜂鸣器(16b)输出音频信号,使得可以听见从材料输入的生物电磁信号。因为根据LCD(15)上显示的颜色产生不同的声音,通过声音可以判断正常状况、发炎和癌症。
图1的电源电路(3)也在图4中示出,且包括适配器(31)、电池充电测量电路(32)、电池充电电路(33)、电池(34)、3.3伏调压器(35)、2.5伏调压器(36)和5伏调压器(37)等。3.3伏和2.5伏被提供到数字转换电路(1)且5伏被提供到模拟电路(2)。电池34用镍氢(Ni-MH)电池实现,它具有约1200mA/H的容量,因而能够以550mA的电流供电本发明的诊断设备约2个小时。
本发明的诊断设备是医学设备因而不直接使用商业或通用电压以确保对象(活体组织)的安全。尽管使用适配器(31),诊断设备还是从电池(34)供电。为了检查电池(34)的残余电量和充电电量,电池充电测量电路(32)把电池(34)的电压传送回CPU(11)。
通过存储在模拟电路(2)和数字转换电路(1)中的算法来对传感器探头(4)检测到的生物电磁信号进行分析,随后显示在屏幕上。
而且,模拟电路(2)、数字转换电路(3)以及数字转换电路(3)的CPU中的CPU程序中设定的算法利用不规则图像来显示传感器探头(4)输入的生物电磁信号,诊断为癌症。
或者,一旦最终结果改变,可以改变施加至蜂鸣器的频率,使得检查员或对象可以通过听觉识别诊断区域的状态。
在输入到传感器探头(4)的生物电磁信号被模拟电路(2)、数字转换电路(1)等处理之后,可经由有线/无线通信模块将其发送到PC,使得可以针对检查对象对诊断区域、诊断结果和病历这样的相关数据进行归类且存储在PC的数据库中。
在本发明的实验性示例中,本发明的诊断设备用于诊断皮下组织和腹腔被移植了癌细胞的老鼠的癌症。
作为通过本发明的诊断设备测量对象鼠的生物电磁信号的结果,如图10或11所示的“绿色”或“黄色”表示对象鼠具有极好或良好的状况,如图12所示的规则状态的“红色”表示对象鼠具有炎症,且图13所示的不规则状态的“红色”和“黄色”表示对象鼠具有癌症。
使用本方法,在三个星期中对包括皮下组织被移植了癌细胞的那些老鼠在内的老鼠实施总共656次测量。在移植之后的最初的七(7)天,正确率是190个测量中的166个(87.4%),其中,正常、健康的老鼠没有诊断出癌症。在实验期间,总的结果是656次测量中的629次命中(95.9%),其中正常、健康的老鼠没有被诊断为癌症。可以理解本发明的诊断设备对于癌症导致的生物电磁信号具有极好的灵敏度。
在本发明的另一实验性示例中,本发明的诊断设备用于诊断腹腔被移植了白血病细胞的老鼠的癌症。作为结果,在控制组中84.7%被诊断出癌症,且剩余的15.3%被诊断为炎症而非癌症。在腹腔被移植了白血病细胞的老鼠中,93.1%被诊断出癌症。考虑在控制组中并不引发癌症而是移植了癌症的组具有高的癌症概率这一事实,应当理解本发明的诊断设备对于癌症导致的生物电磁信号具有极高的灵敏度。
因此,本发明提供一种使用表皮检测生物电磁信号的材料和使用该材料的诊断设备。
(发明模式)
现在将详细描述本发明的示例。
不过,应当理解下面的示例用于解释本发明而不限制本发明的范围。
示例1
由鲤鱼表皮(鳞)制成的生物电磁信号检测材料
把鲤鱼的死体浸泡在30℃的自来水中七(7)天。通过物理力从死体分离鳞。从鳞上去除从身体剥落的除了鳞之外的任何组织,去除杂质,且从表面去除水分。
使分离下来的鳞展平,在它们能够维持平展的条件下,向其施加10kg/cm2的压力,在室温下干燥四十八(48)小时,且随后在无压力的条件下在室温(25℃)下干燥48小时,使得水分被完全去除。
包含在鳞中的色素微粒包括黑色素、红色类胡罗卜素、白色鸟嘌呤等。完全干燥的鳞在某些区域(约总面积的75%)具有鸟嘌呤和类胡罗卜素且在其他区域(约总面积的25%)具有不透明的黑色素(见图14)。鳞被切割成直径约为15mm的圆形,使得黑色素区域占总面积的至少30%。通过电容计(4263B LCR Meter,Agilent Technologies Ltd,.USA)和数字电导仪(Centurion NDT Inc,USA)测量切割后的鳞的电容和电导率。在所测量的鳞中,选择电容范围在0.1pF至100pF(实际测量中为6.5pF)且电导率范围在0.01nS至20nS(实际测量中为0.85pF)的那些鳞以获得检测材料。
示例2
由鲫鱼表皮(鳞)制成的生物电磁信号检测材料
除了使用鲫鱼的死体之外,生物电磁信号检测材料按照与示例1相同的方式制备。
示例3
由大麻哈鱼(Salmon)表皮(鳞)制成的生物电磁信号检测材料
除了使用大麻哈鱼的死体之外,生物电磁信号检测材料按照与示例1相同的方式制备。
示例4
由鲑鱼(Trout)表皮(鳞)制成的生物电磁信号检测材料
除了使用鲑鱼的死体之外,生物电磁信号检测材料按照与示例1相同的方式制备。
示例5
由龟表皮(鳞)制成的生物电磁信号检测材料
把龟的死体浸泡在33℃的自来水中二十八(28)天。通过物理力从死体分离表皮。从表皮上去除从身体剥落的除了表皮之外的任何组织,去除杂质,且从表面去除水分。
把分离下来的表皮展平,在它们能够维持平展的条件下,向其施加10kg/cm2的压力,在室温下干燥四十八(48)小时,且随后在无压力的条件下在室温(25℃)干燥48小时,使得水分被完全去除。
把完全干燥的表皮(见图15)切割成直径约为15mm的圆形。通过电容计和数字电导仪测量切割后的表皮的电容和电导率。在所测量的表皮中,选择电容范围在0.1pF至100pF且电导率范围在0.01nS至20nS的那些表皮以获得检测材料。
示例6
由鳄龟(Snapping Turtle)表皮(鳞)制成的生物电磁信号检测材料
除了使用鳄龟的死体之外,生物电磁信号检测材料按照与示例5相同的方式制备。
示例7
由鳄鱼表皮(鳞)制成的生物电磁信号检测材料
把从死体分离下来的鳄鱼表皮展平,在它们能够维持平展的条件下,向其施加10kg/cm2的压力,在室温下干燥四十八(48)小时,且随后在无压力的条件下在室温(25℃)下干燥48小时,使得水分被完全去除。
把完全干燥的表皮(见图15)切割成直径约为15mm的圆形。通过电容计和数字电导仪测量切割后的表皮的电容和电导率。在所测量的表皮中,选择电容范围在0.1pF至100pF且电导率范围在0.01nS至20nS的那些表皮以获得检测材料。
示例8
由蛇表皮(鳞)制成的生物电磁信号检测材料
除了把蛇的死体浸泡在33℃的自来水中七(7)天,以30cm的长度均匀地分割表皮,去除杂质,且从表面去除水分之外,生物电磁信号检测材料按照与示例5相同的方式制备。
示例9
由甲虫表皮(护膜(Cuticle))制成的生物电磁信号检测材料
通过物理力从甲虫的死体分离护膜。从护膜上去除从身体剥落的除了护膜之外的任何组织,从护膜去除杂质,随后把护膜切割成直径为5mm的圆形,随后从表面去除水分。
把分离的护膜展平,在它们能够维持平展的条件下,向其施加5kg/cm2的压力,在室温下干燥二十四(24)小时,且随后在无压力的条件下在室温(25℃)下干燥48小时,使得水分被完全去除。
通过电容计和数字电导仪测量完全干燥的护膜的电容和电导率。在所测量的护膜中,选择电容范围在0.1pF至100pF且电导率范围在0.01nS至20nS的那些护膜以获得检测材料。
示例10
由蝗虫表皮(护膜)制成的生物电磁信号检测材料
除了使用蝗虫的死体之外,生物电磁信号检测材料按照与示例9相同的方式制备。
示例11
由金甲虫(Gold bug)表皮(护膜)制成的生物电磁信号检测材料
除了使用金甲虫的死体之外,生物电磁信号检测材料按照与示例9相同的方式制备。
示例12
由瓢虫表皮(护膜)制成的生物电磁信号检测材料
除了使用瓢虫的死体之外,生物电磁信号检测材料按照与示例9相同的方式制备。
示例13
由螃蟹表皮(壳)制成的生物电磁信号检测材料
通过物理力从螃蟹的死体分离壳。如果从身体剥落了除壳之外的任何组织或内脏,则把壳在33℃的自来水中浸泡四(4)天以从壳中去除诸如组织和内脏这样的杂质。把壳切割成直径为15mm的圆形,去除杂质,且从表面去除水分。
把分离下来的壳展平,在它们能够维持平展的条件下,向其施加10kg/cm2的压力,在室温下干燥四十八(48)小时,且随后在无压力的条件下在室温(25℃)下干燥48小时,使得水分被完全去除。
通过电容计和数字电导仪测量完全干燥的壳的电容和电导率。在所测量的壳中,选择电容范围在0.1pF至100pF且电导率范围在0.01nS至20nS的那些壳以获得检测材料。
示例14
由虾表皮(壳)制成的生物电磁信号检测材料
除了使用虾的死体之外,生物电磁信号检测材料按照与示例13相同的方式制备。
示例15
由龙虾表皮(壳)制成的生物电磁信号检测材料
除了使用龙虾的死体之外,生物电磁信号检测材料按照与示例13相同的方式制备。
示例16
使用生物电磁信号检测材料制造的诊断设备
把示例1中制作的十(10)种生物电磁信号检测材料相互层叠并固定在图1所示的传感器探头的电极之间,以制造根据图1至5所示的框图的用于检测生物电磁信号的诊断设备。
实验性示例1
关于癌症诊断的生物电磁信号检测材料的测试
使用示例16中制造的诊断设备,通过癌症诊断测试来判断检测材料检测生物电磁信号的能力。
待测试的老鼠是特定的无菌BALB/C裸鼠(无胸腺的BALB/C裸鼠),它们是8周大的去除了胸腺的雌鼠(可从Central Lab.Animals Inc.,Korea获得)。根据重量将测试鼠分组,包括一(1)个控制组和五(5)个皮下植入组,其中每个组由10只老鼠组成。为了便于识别,使用育种盒的识别标签和耳孔。不过,在测试期间仅允许使用组识别,且不告知进行实验的工作人员每组的癌症情况。
测试组如下面的表2所示:
表2
  组号   性别   每组的动物   动物号   移植癌的量(细胞/头)   癌源
  G1   F   10   1-10   -   控制组
  G2   F   10   11-20   0.3×107   肺癌
  G3   F   10   21-30   0.3×107   结肠癌
  G4   F   10   31-40   0.3×107   黑素瘤
  G5   F   10   41-50   0.3×107   前列腺癌
  G6   F   10   51-60   0.3×107   乳癌
*注:
G1:未植入癌细胞的组
G2至G6:植入了癌细胞的组
在23±3℃的温度和55±15%的相对湿度下喂养老鼠,且允许老鼠自由饮水和取食。
使用的癌细胞系源于人,诸如肺癌(A549)、结肠癌(HCT15)、黑素瘤(LOX-IMVI)、前列腺癌(PC-3)和乳癌(MDA-MB-231),所述癌细胞系可从韩国生物科学和生物技术研究院获得。
各个癌细胞系被尽可能快地以水浴法(37℃)悬浮,均匀地混合到包含10%FBS(胎牛血清,Fetal Bovine Serum,SigmaAldrich,USA)的RPMI1640培养液(SigmaAldrich,USA)中且以1200rpm离心过滤10分钟。在离心过滤之后,上清液被丢弃,且分离的细胞均匀地混合到5ml的RPMI1640培养液中,放置于细胞培养瓶中,且随后在5%的CO2的培养器中在37℃培养。
培养的癌细胞悬浮在盐溶液中,到达1×107细胞/毫升。包含癌细胞的盐溶液以0.3ml的剂量被移植到各个老鼠的皮下。0.3ml的盐溶液被注入到控制组。
通过使用示例16中制造的诊断设备,从癌细胞移植的第一天,根据组随机测量动物的致癌作用方面。通过与组织病理学分析相比较而评估使用本发明的材料的诊断设备的诊断能力。
根据测量结果,在示例16中制造的诊断设备的50,400Hz的基准频率下,显示50,400Hz至48,380Hz的测量频率的老鼠是十分健康的(绿色),且显示范围在48,370Hz至46,790Hz的测量频率的老鼠是相对健康的(黄色)。当不规则显示“黄色”和“红色”时,判断为癌症。在相应的判断中,通过本发明人的经验和初步实验获得的结果设立参考点,且该参考点被预先输入,使得诊断设备的CPU能够根据相应范围的频率值做出判断。具体而言,在正常状况的情况下,各个测量中的测量频率的差异保持一致。在炎症的情况下,测量频率低于正常状况的水平,但是保持均匀的频率差。然而,在癌症的情况下,测量频率表现出大的偏离,具体而言,其保持在类似于或低于炎症情况的水平,突然上升到正常频率范围的水平,且随后下降到炎症的频率范围。这样,测量频率在各个测量中表现出大的差异。
当移植癌细胞之后7天进行测量时,不能通过肉眼识别肿瘤,但是在下面的表3中报告了测量结果。在控制组的情况下,通过将正常状况的数目除以测量的总数得出命中率,而在皮下移植组的情况下,通过将癌症诊断的数目除以测量的总数得出命中率。控制组的命中率为93.3%(28/30),皮下移植组的命中率为86.3%(138/160),且总命中率为87.4%(166/190)。包括肿瘤能够被肉眼观察的周期的总体结果报告于下面的表4,其中控制组的命中率为96.5%(111/115),皮下移植组的命中率为95.7%(518/541),且总命中率为95.9%(629/656)。
表3
  G1   G2   G3   G4   G5   G6   总数
 总测量   30   35   35   30   30   30   190
 正常(N)   28   0   1   1   0   0
 炎症(I)   2   7   2   3   3   5
 癌症(C)   0   28   32   26   27   25
表4
  G1   G2   G3   G4   G5   G6   总数
 总测量   115   115   115   101   105   105   656
 正常(N)   111   0   1   1   0   0
 炎症(I)   4   7   2   3   3   6
 癌症(C)   0   108   112   97   102   99
基于上述结果,通过使用生物电磁信号检测材料制造的诊断设备在三(3)周时间内进行了总共656次测量测试。使用生物电磁信号检测材料制造的诊断设备的测量显示,直到移植癌细胞之后的7天,总共190次测量中有166次命中(87.4%),而没有正常、健康的老鼠被诊断为癌症。此外,总结果显示总共656次测量中有629次命中,其中没有正常的老鼠被误诊为癌症。
从所有的老鼠提取皮下瘤,且作为组织病理学检验的结果,所有皮下瘤都被测试为癌组织阳性。
当观察到共同的症状时,除了癌生长特定的那些症状,没有从动物发现特殊的症状。在移植了黑素瘤的组中,老鼠分别在第15天、第18天和第21天一个接一个地死亡。
实验性示例2
关于白血病诊断的生物电磁信号检测材料的测试
除了从韩国生物科学和生物技术研究院获得的白血病(K562)被移植到腹腔之外,根据与实验性示例1相同的方式测试在示例16中制造的诊断设备诊断癌症的能力。
在下面的表5中报告了测试组:
表5
  组号   性别   每组的动物   动物号   移植癌的量(细胞/头)   癌源
  G7   F   20   1-20   -   控制组
  G8   F   20   21-40   0.3×107   白血病
G7:未移植癌细胞的组
G8:移植了癌细胞的组
在下面的表6中报告了测量结果:
表6
  G7   G8   总数
 总测量   150   145   295
 正常(N)   127   0
 炎症(I)   23   10
 癌症(C)   0   135
当移植癌细胞之后,控制组的84.7%(127/150)被诊断为正常,且剩余的15.3(23/150)被诊断为炎症而非癌症。在移植白血病的组的情况下,93.1%(135/145)被诊断为癌症。然而,因为致癌作用在组织病理学上未被证明,不能计算命中率。在白血病被移植到腹腔的老鼠的情况下,在实验结束的时间点,在实验中使用的老鼠之一中观察到多种情况。因而,如果实验周期延长,则可以识别致癌作用。
产业应用性
如上所述,本发明的检测材料具有检测生物电磁信号的作用。因此,本发明的生物电磁信号检测材料可用于制造在生物电磁信号由于免疫缺陷等导致的癌症、炎症而改变的情况下,用于在诊断中非侵入地检测生物电磁信号且有效使用的诊断设备。

Claims (23)

1.一种用于检测生物电磁信号的材料的制造方法,该方法包括以下步骤:
a)干燥从生物体分离下来的表皮;
b)测量干燥后的表皮的电容以选择所述表皮。
2.根据权利要求1所述的方法,该方法还包括:将所述表皮浸泡到水中。
3.根据权利要求1所述的方法,其中步骤a)包括在0.5kg/cm2至10kg/cm2的压力下干燥所述表皮1至48小时,且随后在无压力的状态下干燥所述表皮1至96小时。
4.根据权利要求1所述的方法,其中步骤b)包括选择电容在0.1pF至100pF的范围内的干燥表皮。
5.根据权利要求1所述的方法,该方法还包括:测量所述表皮的电导率以选择所述表皮。
6.根据权利要求5所述的方法,其中所述表皮的电导率在0.01nS至20nS的范围内。
7.根据权利要求1所述的方法,该方法还包括:测量所述表皮的电容率以选择所述表皮。
8.根据权利要求7所述的方法,其中所述电容率在0.1F/m至50F/m的范围内。
9.根据权利要求1所述的方法,其中:
通过步骤b),所述表皮具有0.01mm至10mm范围内的厚度以及0.1mm至100mm范围内的直径。
10.根据权利要求1所述的方法,其中所述从生物体分离下来的表皮选自由活体动物的表皮、从真皮转变的鳞、退化或角质化的鳞、鱼鳞、爬行动物的鳞或角质鳞层、鸟或哺乳动物身体的变性皮肤、昆虫的护膜、软体动物的护膜、甲壳类动物的护膜、包括脊椎动物的护膜在内的鳞、羽毛或毛发、以及甲壳纲动物的壳或角质鳞层构成的组。
11.根据权利要求1所述的方法,其中所述从生物体分离下来的表皮是鱼的鳞。
12.根据权利要求11所述的方法,其中所述鱼选自由鲤鱼、鲫鱼、大麻哈鱼和鲑鱼构成的组。
13.根据权利要求1所述的方法,其中所述从生物体分离下来的表皮是爬行动物的鳞或皮。
14.根据权利要求13所述的方法,其中所述爬行动物选自由龟、鳄龟、鳄鱼和蛇构成的组。
15.根据权利要求1所述的方法,其中所述从生物体分离下来的表皮是昆虫的护膜。
16.根据权利要求15所述的方法,其中所述昆虫选自由甲虫、蝗虫、金甲虫和瓢虫构成的组。
17.根据权利要求1所述的方法,其中所述从生物体分离下来的表皮是甲壳纲动物的壳。
18.根据权利要求17所述的方法,其中所述甲壳纲动物选自螃蟹、虾和龙虾。
19.一种根据前述权利要求1至18的任意一项所限定的方法制作的用于检测生物电磁信号的材料。
20.一种诊断设备,该诊断设备包括:
传感器探头,其具有如权利要求19所限定的用于检测生物电磁信号的材料、以及与所述用于检测生物电磁信号的材料的两端接触的电极;
模拟电路,其与所述传感器探头和下述的数字转换电路相连,且具有频率振荡调谐电路和频率分配器;以及
数字转换电路,其与所述模拟电路相连,且具有包括CPU、LCD和通信模块的输出部分、以及存储部分。
21.根据权利要求20所述的诊断设备,该诊断设备还包括具有电池和调压器的电源电路。
22.根据权利要求20所述的诊断设备,其中所述传感器探头的所述用于检测生物电磁信号的材料包括一至十个用于检测生物电磁信号的材料。
23.一种使用权利要求20所限定的诊断设备以非侵入的方式检测生物电磁信号的方法。
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