CN102370480A

CN102370480A - 一种用于颅脑放射治疗电阻抗检测装置及检测方法

Info

Publication number: CN102370480A
Application number: CN2011103005408A
Authority: CN
Inventors: 董秀珍; 付峰; 肖峰; 史学涛; 刘锐岗; 尤富生; 徐灿华; 陈超爽
Original assignee: Fourth Military Medical University FMMU
Current assignee: Fourth Military Medical University FMMU
Priority date: 2011-09-30
Filing date: 2011-09-30
Publication date: 2012-03-14

Abstract

一种用于颅脑放射治疗电阻抗检测装置及检测方法，由USB接口控制电路、DSP控制电路、可编程电流源、检测电极、电压测量电路、解调电路、A/D转换器、PC机组成。主控计算机通过USB接口控制电路控制DSP芯片，从而完成对电流源的初始频率、相位和驱动电流的设定和输入，扫频电流信号通过电极系统作用于成像目标，然后在其它电极测量电压，经解调电路解调后，由A/D转换电路转换成数字量，采集到的信号再经过USB接口电路传输计算机进行阻抗分析和一维阻抗信息提取。本发明可以提取并根据需要提取相应的电阻抗信息，避免传统检测结果的偶然性；可以提取组织的一维电阻抗信息，反映组织电阻抗随时间变化的规律；以更准确地反映不同组织的电阻抗特性。

Description

一种用于颅脑放射治疗电阻抗检测装置及检测方法

技术领域

本发明属于生物组织电阻抗检测领域，特点是涉及一种能够实时、动态的用于颅脑放射治疗电阻抗检测装置及检测方法。

背景技术

生物电阻抗特性是生物组织一种重要的物理特性，构成生物组织电导/电阻特性的主要物质基础与组织细胞活性及其内外液电化学环境关系密切。研究表明，生物电阻抗特性主要受到细胞外的Na+、Cl-，细胞内的K+、

分布以及细胞膜对部分小分子和离子的通透性的综合调控作用的影响。正常生理状态下这些粒子分布呈现规律性小幅波动，对组织导电特性不会产生影响，而当放射治疗时，细胞内外、外液的部分离子分布(Na+，Cl-，K+等)及细胞内水的含量会发生变化，从而立即导致短期内不可逆的电阻抗变化。

在放射治疗的过程中，病变的微观机制复杂，且很多微观变化机理不清，组织电阻抗变化也表现各异。放射治疗引起的病变部位细胞内外水分子异常分布，带来细胞膜内外液离子分布的变化，从而造成组织电阻抗的变化。而随着上述过程的持续，会逐渐形成细胞水肿或坏死，形态学上表现为细胞体积增大或缩小，间隙改变。然而，检测放射治疗的主要方法有：核磁共振扫描、计算机断层成像(CT)、病理生理、生化、免疫组化及分子生物学手段都未能实时、早期的监测放射治疗效果，核磁共振扫描和CT检测方法，一般在辐照后3～4周，且这类影像学检测价格昂贵，难以普及；病理生理学检测属于静态观察，不能实时发现电离损伤的动态变化情况；生化、免疫组化和分子生物学手段虽能做到长期动态研究，但都是有创伤、离体检测。基于上述分析，可以采用电阻抗的方法，在发生细胞形态学变化之前观察到放射治疗引起的细胞异常代谢活动的早期变化。并对其进行评估，可为临床治疗提供指导和评估。

发明内容

本发明目的在于提出一种具有电阻抗频谱分析功能，以及一维电阻抗信号分析功能的用于颅脑放射治疗电阻抗检测装置及检测方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明能在100Hz～1MHz频段内精确测量在体组织的复阻抗频谱特性，在30～45秒内得到被测量组织复阻抗的实部、虚部、相位等参数随驱动电流频率变化而发生的改变，目前在放射治疗的研究中最早在电镜下观察到细胞超微结构变化也至少需要3天，而磁共振需要2周；而采用电阻抗检测方法，组织细胞放射治疗后，电阻抗的变化在数小时内即可表现出来，电阻抗变化能敏感地反映出放射治疗情况。放射治疗后，在体组织复阻抗实部显著增大；虚部在中、低频段显著增加，特征频率向高频段移动，移动显著。同时，电阻抗监测技术还具有成本低、可重复性强、无创、实时动态在体检测等优势。

附图说明

图1是本发明的系统结构原理图；

图2激励和检测电极结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

参见图1，本发明包括主控计算机以及通过USB接口与主控计算机相连的DSP芯片，该DSP芯片的信号输出端与可编程电流源相连，可编程电流源与激励电极相连，扫频电流信号通过激励电极作用于成像目标，然后由检测电极测量电压，所述检测电极依次通过解调电路、A/D转换电路与DSP芯片相连，DSP芯片的数据输出端经USB接口与主控计算机相连，由主控计算机输出成像目标的特征参数。

参见图2，作为系统中的激励和检测部分，其性能直接影响到数据采集的精度，并影响到数据的准确性，采用Ag/AgCl电极，由于检测目标处于复杂的电磁环境中，易对测量系统产生影响，从而影响数据采集精度，为降低电磁干扰的影响，我们采用屏蔽驱动的方式，分别对电极导线进行了屏蔽处理，从而大大降低了空间分布参数的影响及其对噪声与干扰的抑制作用。

本发明的检测方法如下：

首先由主控计算机控制DSP芯片，完成对可编程电流源的初始频率、相位和驱动电流的设定和输入，扫频电流信号通过激励电极作用于成像目标，然后由检测电极测量电压，该电压信号经解调电路解调后，由A/D转换电路转换成数字信号，该数字信号再经过USB接口输入到主控计算机进行阻抗分析和一维阻抗信息提取。

所述的一维阻抗信息包括实部信息、虚部信息、模值信息、相位信息，并可以进行相应电阻抗信息的一维曲线特征分析。可以对两个或多个检测电极单元上得到的一维阻抗数据进行运算，如进行平均、相减后得到另一种更能反映电阻抗特征的数据。测量生物组织复电阻抗频谱特性时，系统工作在频率扫描(Frequency Sweep)状态，采用的驱动电流频率主要为100Hz到1MHz，频率按对数递增(Log(F)从2到7每次递增0.1)，共50个频率点，每次扫频所需时间一般为40～50s。为尽可能地减小电流对组织的损伤，驱动电流幅值一般选用0.5mArms。其他有关指标如表1所示。

表1复阻抗测量系统有关性能参数

本发明采用电流激励，电压测量方式。激励源可以输出交流可变频电流信号，通过激励电极施加于被测物体。

Claims

1.一种用于颅脑放射治疗电阻抗检测装置，其特征在于：包括主控计算机以及通过USB接口与主控计算机相连的DSP芯片，该DSP芯片的信号输出端与可编程电流源相连，可编程电流源与激励电极相连，扫频电流信号通过激励电极作用于成像目标，然后由检测电极测量电压，所述检测电极依次通过解调电路、A/D转换电路与DSP芯片相连，DSP芯片的数据输出端经USB接口与主控计算机相连，由主控计算机输出成像目标的特征参数。

2.根据权利要求1所述的用于颅脑放射治疗电阻抗检测装置，其特征在于：所述的激励电极检测电极采用Ag/AgCl电极，各电极采用同轴电缆屏蔽驱动方式，分别对各电极导线进行了屏蔽处理，使每根同轴电缆的屏蔽层与电极处于同一电位状态。

3.一种如权利要求1所述的用于颅脑放射治疗电阻抗检测装置的检测方法，其特征在于：首先由主控计算机控制DSP芯片，完成对可编程电流源的初始频率、相位和驱动电流的设定和输入，扫频电流信号通过激励电极作用于成像目标，然后由检测电极测量电压，该电压信号经解调电路解调后，由A/D转换电路转换成数字信号，该数字信号再经过USB接口输入到主控计算机进行阻抗分析和一维阻抗信息提取。