CN102727199B - 一种基于最小阻抗频率的大脑组织介电常数测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于最小阻抗频率的脑部水肿变化测量方法，包括以下步骤：首先将测量电极通过传输线设置于被测脑部上，获取传输线的特性阻抗和传输线的长度，然后通过发射电极向大脑发出电磁波并穿过大脑后输入到信号处理器，获取在距离l处的测量阻抗，最后判断测量阻抗的幅值是否达到局部最值，如果是，则计算负载阻抗；本发明采用通过阻抗测量来计算负载阻抗，得到一种测量大脑组织介电常数变化的方法，该方法正确地使用电路中匹配良好的阻抗传输线，因此没有引进大量电感，使得阻抗幅值在某一频率下达到局部最小值，即负载阻抗的感应抵抗被取消，从而获得该最小阻抗频率MIF，通过获取频率、光缆长度和阻抗可以得到被测量的负载阻抗。

Description

一种基于最小阻抗频率的大脑组织介电常数测量方法

技术领域

本发明涉及医疗测量领域，特别涉及一种测量大脑组织介电常数的方法。

背景技术

在临床医学上，脑水肿(脑梗塞和脑出血)是近年国内发病率和死亡率均进入前三位的常见致死性病变。抢救是否及时，是挽救生命和减少后遗症的关键。临床脑水肿主要通过CT、常规磁共振(MRI)及MRI弥散加权成像(DWI)等方式检测，虽可准确判断瞬时脑水肿的范围和程度，在临床过程中，缺乏实时的水肿演变信息。由于CT的放射性，CT不能长期使用，是不适合用做临床监护。

近年研究表明，从脑出血开始到48小时以内，有大约30％-50％的病人的出血仍在继续。另外，出血48小时-72小时后，血肿周围的脑组织开始出现水肿，以后水肿继续发展数周，使神经细胞逐渐凋亡，所以，在脑水肿发生和发展的数周内的治疗与用药，是拯救病人和预后是否良好的关键。中国发明专利公开日为2003年5月28日，公开号为CN1419889A，发明创造名称为“无创临床监测颅内水肿的方法”，公开了一种无创临床监测颅内水肿的方法，诊断脑积水时，大多数医生利用头部CT或MRI扫描。另一方面，目前监测技术主要包括侵入性的方法，如颅内压监测，腰穿（LP），或使用在脑脊液中插入电极测量脑脊液阻抗。在这些程序中，一个洞是必需的，以评估颅内环境，有时LP可引起脑疝死亡。近日，基于医用超声技术的经颅超声（TCS）已经开发了无创性评估脑积水的技术，但是上述方法都没有提供24个小时床旁监护。

因此急需一种对脑部组织引起的大脑组织介电常数情况进行测量方法。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是提供一种对脑部组织引起的大脑组织介电常数情况进行测量方法。该方法根据不同脑组织阻抗拥有不同的电容量，通过测量脑部组织阻抗的变化可以表明大脑情况的变化。

本发明的目的是提出一种对脑部组织引起的大脑组织介电常数情况进行测量方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明提供的一种基于最小阻抗频率的大脑组织介电常数测量方法，包括以下步骤：

S1：将测量电极通过传输线设置于被测脑部上；

S2：获取传输线的特性阻抗Z₀和传输线的长度l；

S3：通过发射电极向大脑发出电磁波，所述电磁波穿过大脑；

S4：通过接收电极接收改变后的电磁波，并输入到信号处理器进行数字处理；

S5：获取在距离l处的测量阻抗Z(l)；

S6：改变发射电极发出的电磁波的频率,判断测量阻抗Z(l)的幅值是否达到局部最值，如果是，则通过以下公式来计算：

$Z_L=Z_0\frac{Z\left(l\right)-{\mathrm{jZ}}_0\tan \left(\mathrm{kl}\right)}{Z_0-\mathrm{jZ}\left(l\right)\tan \left(\mathrm{kl}\right)},$

其中，Z_L是被测量的负载阻抗，Z₀是传输线的特性阻抗，Z(l)表示在距离l处的测量阻抗，

是波数，ω是电磁波的角频率，μ是导磁系数，ε是介电常数，tan(kl)是周期函数；

S7：如果否，则重复步骤S6。

进一步，所述传输线采用1/4波长的光缆。

进一步，所述传输线的特性阻抗Z₀是通过以下步骤来进行测量的：在传输线两端施加可变频率的电压，当传输线阻抗达到最值时为传输线的特性阻抗Z₀。

进一步，所述测量阻抗Z(l)是通过以下步骤来进行测量的：通过改变发射电极的电压频率，当负载阻抗呈电容性且其电容达到最小值时，所获得的输入阻抗为测量阻抗Z(l)。

进一步，所述测量阻抗的幅值的局部最值包括阻抗振幅局部最小值或阻抗振幅局部最大值。

本发明的优点在于：本发明采用通过阻抗测量来计算负载阻抗，得到一种测量大脑组织介电常数变化的方法，该方法正确地使用电路中匹配良好的阻抗传输线，因此没有引进大量电感，使得阻抗幅值在某一频率下达到局部最小值，即负载阻抗的感应抵抗被取消，从而获得该最小阻抗频率MIF，通过获取频率、光缆长度和阻抗可以得到被测量的负载阻抗。避免引入电感，从而降低匹配电压的幅值和电极片的发射电磁频率。提高匹配电路品质因数，电感电容阻抗性质相反。避免互相影响，精确测量结果。

本发明的其它优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其它优点可以通过下面的说明书，权利要求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为本发明实施例提供的在距离d从负载阻抗Z_L输入阻抗测量；

图2为本发明实施例提供的生物组织的等效阻抗示意图；

图3为本发明实施例提供的测量脑部组织引起的大脑组织介电常数情况流程图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

实施例1

图1为本发明实施例提供的在距离d从负载阻抗Z_L输入阻抗测量，图3为本发明实施例提供的测量脑部组织引起的大脑组织介电常数情况流程图，如图所示：本发明提供的一种基于最小阻抗频率的大脑组织介电常数测量方法，包括以下步骤：

S1：将测量电极通过传输线设置于被测脑部上；本实施例中的测量电极为电极片3和电极片4，将电极片3、电极片4贴住被测脑部；

S2：获取传输线的特性阻抗Z₀和传输线的长度l；

S3：通过发射电极向大脑发出电磁波，所述电磁波穿过大脑；在负载电阻的两端即负载电阻上端1和负载电阻下端2之间施加频率变化的电压。

S4：通过接收电极接收改变后的电磁波，并输入到信号处理器进行数字处理；

S5：获取在距离l处的测量阻抗Z(l)；

S6：改变发射电极发出的电磁波的频率,本发明实施例中是通过改变电磁波的角频率来改变发射电极的发射频率，即是变换电极片的发射频率，通过改变发射电极片施加电压的频率，从而实现阻抗匹配的效果，本实施例电压频率的调节可以是手动调节，也可以是自动调节；直至负载阻抗呈电容性，并且该电容C1值为最小时，或该电阻R2为最大值时，然后判断测量阻抗Z(l)的幅值是否达到局部最值，如果是，则通过以下公式来计算：

$Z_L=Z_0\frac{Z\left(l\right)-{\mathrm{jZ}}_0\tan \left(\mathrm{kl}\right)}{Z_0-\mathrm{jZ}\left(l\right)\tan \left(\mathrm{kl}\right)},$

其中，Z_L是被测量的负载阻抗，Z₀是传输线的特性阻抗，Z(l)表示在距离l处的测量阻抗，

是波数，ω是电磁波的角频率，μ是导磁系数，ε是介电常数，tan(kl)是周期函数；

S7：如果否，则重复步骤S6。

最后，根据获取的电容C1值、电阻R2值和电阻R1值，以及最值时的电压频率，计算出出匹配阻抗值，从而判断机体脑部是否病变。

所述传输线采用1/4波长的光缆。

所述传输线的特性阻抗Z₀是通过以下步骤来进行测量的：同理在电缆两端施加可变频率的电压，达到最值即为传输线的特性阻抗Z₀。本发明提供的实施例中的传输线，为多种不同固定长度的细制铜线电缆，通过施加简单的电压频率，即可测量，应而可以专业定制不同特性阻抗Z₀的电缆。

同理在电缆两端施加可变频率的电压，达到最值即为传输线的特性阻抗Z₀。

所述测量阻抗Z(l)是通过以下步骤来进行测量的：通过改变电极片电压频率，使得参考电容或电容达到最值。利用硬件控制电路计算阻抗匹配的结果。

所述测量阻抗的幅值的局部最值包括阻抗振幅局部最小值或阻抗振幅局部最大值。

所述阻抗振幅局部最小值所对应的电磁波频率为最小阻抗频率，所述电磁波的相位为0或从负到正进行变化；或者该频率为纯电阻性频率PRF。所述阻抗振幅局部巅峰值所对应的电磁波频率为纯电阻性频率。

实施例2

图2为本发明实施例提供的生物组织的等效阻抗示意图，如图所示：本发明提供的负载阻抗就相当于连续连接到电容器的一个电阻器，当在某个距离从负载阻抗测量输入阻抗时，可以得到截然不同于Z_laod（仪器自调固定阻抗）的Z_measured（脑部机体匹配阻抗）。

举例说明，如果传输线阻抗是50Ω，负载阻抗是(15–j60)Ω，在50MHz的阻抗测量几乎是纯电阻性，在距离负载阻抗0.854米处，大约(6.0+j0.000)Ω。当频率小于50MHz，就是电容性的。当频率高于50MHz，测量阻抗就变为电感的。当负载阻抗是(15–j64.827)，在52MHz时测量阻抗变为几乎纯电阻性(5.478Ω+j0.000)，因此，等效电容的变化是从49pF到53pF；但阻抗穿越零相位所在的频率却是从50MHz到52MHz，电容的小变化，频率的大转换。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (3)

1.一种基于最小阻抗频率的大脑组织介电常数测量方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：将测量电极通过传输线设置于被测脑部上；

S2：获取传输线的特性阻抗Z₀和传输线的长度l；

S3：通过发射电极向大脑发出电磁波，所述电磁波穿过大脑；

S4：通过接收电极接收改变后的电磁波，并输入到信号处理器进行数字处理；

S5：获取在距离l处的测量阻抗Z(l)；

S6：改变发射电极发出的电磁波的频率,判断测量阻抗Z(l)的幅值是否达到局部最值，如果是，则通过以下公式来计算：

$Z_L=Z_0\frac{Z\left(l\right)-j{Z}_0\tan \left(\mathrm{kl}\right)}{Z_0-\mathrm{jZ}\left(l\right)\tan \left(\mathrm{kl}\right)},$

其中，Z_L是被测量的负载阻抗，Z₀是传输线的特性阻抗，Z(l)表示在距离l处的测量阻抗，

是波数，ω是电磁波的角频率，μ是导磁系数，ε是介电常数，tan(kl)是周期函数；

S7：如果否，则重复步骤S6；

所述传输线采用1/4波长的光缆；

所述传输线的特性阻抗Z₀是通过以下步骤来进行测量的：在传输线两端施加可变频率的电压，当传输线阻抗达到最值时为传输线的特性阻抗Z₀。

2.根据权利要求1所述的基于最小阻抗频率的大脑组织介电常数测量方法，其特征在于：所述测量阻抗Z(l)是通过以下步骤来进行测量的：通过改变发射电极的电压频率，当负载阻抗呈电容性且其电容达到最小值时，所获得的输入阻抗为测量阻抗Z(l)。

3.根据权利要求1所述的基于最小阻抗频率的大脑组织介电常数测量方法，其特征在于：所述测量阻抗的幅值的局部最值包括阻抗振幅局部最小值或阻抗振幅局部最大值。

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