CN102928670A - 圆筒型生物离体组织介电特性测量盒 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种圆筒型生物离体组织介电特性测量盒，由测量盒和测量盒盖组成。测量盒内壁等间距镶嵌有两银圆环状电极，银圆环状电极内表面与测量盒内壁同高；测量盒盖上镶嵌有银圆片状电极，当测量盒盖扣于测量盒时，银圆片状电极与测量盒紧密接触。可将测量盒上4个银电极引出与阻抗分析仪对应连接，设定阻抗分析仪相应参数，得到待测生物组织的电阻抗频谱，然后根据相应公式便可计算出待测生物组织的电导率和介电系数。可对被测组织外形精确控制，特别适用于离体的小体积软组织的介电特性测量，便于精确测量。

Description

圆筒型生物离体组织介电特性测量盒

技术领域

本发明涉及生物组织介电特性测量领域，特别是涉及一种圆筒型生物离体组织介电特性测量盒，尤其适用于离体的小体积软组织，具有较高的测量精度。

背景技术

生物组织的介电特性是组织在电磁场中吸收和耦合电磁能的特性表征，具有频率依赖的松弛性质，是组织对外界施加电磁场的被动响应能力。生物组织介电特性通常用电导率σ和相对介电系数ε来表征。相对介电系数ε是生物物质在电磁场中贮存电磁能量的量度，而电导率σ则指示生物物质在电磁场中消耗或传导电磁能量的能力。正确掌握其介电特性是开展生物电磁功能成像的重要基础，并在组织功能检测、疾病防治、电磁防护等方面有着重大应用价值。

目前，对于生物组织介电特性相关研究不系统，多数研究人员是在自己研究需要的时候才做某种组织的介电特性的分析研究，所以导致各自采用的离体测量装置不一致。测量生物离体组织介电特性时，选用的电极与测量盒的接触方式，放置位置以及所选材料不统一，导致测量条件不规范，实验结果离散性大，可靠性不高。

发明内容

针对现有的测量盒存在的不能保证测量生物组织介电特性的准确性的缺陷，本发明的目的在于，提供一种圆筒型生物离体组织介电特性测量盒，该测量盒不仅具有规范的几何尺寸，可对被测组织外形精确控制，便于生物组织介电特性的精确测量，而且将电极与测量盒整合为一体，简化接线方式，降低分布参数对测量的影响。

为了实现上述任务，本发明采用如下的技术解决方案：

一种圆筒型生物离体组织介电特性测量盒，其特征在于，由测量盒和测量盒盖组成；其中：

所述的测量盒是长圆柱筒体，测量盒内壁等间距镶嵌有两银圆环状电极，银圆环状电极内表面与测量盒内壁同高；

所述的测量盒盖位于长圆柱筒体两端，测量盒盖上镶嵌有银圆片状电极，当测量盒盖扣于测量盒时，银圆片状电极与测量盒紧密接触。

采用本发明的圆筒型生物离体组织介电特性测量盒，装载生物组织时，先将组织装入测量盒中圆柱体区域，修剪使组织两端与圆柱体两端平齐，分别扣上两端的测量盒盖，可保证测量盒内组织与四个位置的银电极良好接触，增加测量的可靠性和准确性。

本发明的圆筒型生物离体组织介电特性测量盒，可将测量盒上4个银电极引出与阻抗分析仪对应连接，设定阻抗分析仪相应参数，得到待测生物组织的电阻抗频谱，然后根据相应公式便可计算出待测生物组织的电导率和介电系数。其带来的有益效果是：

1、尺寸较小，结构简单，降低了对被测组织体积的限制，方便了对小体积组织的测量。

2、能精确控制被测组织的外形，便于生物组织介电特性的精确测量。

3、固定了电极与测量盒的相对位置，可计算出分布参数对测量的影响并进行校准，高频响应好。

4、在用于生物离体组织介电特性测量过程中，可直接将测量仪器夹具接触到测量盒两端银圆片电极，省去了导线的连接，减小杂散电容和寄生电阻的影响，拓展了适用频率范围。

附图说明

图1是本发明的圆筒型生物离体组织介电特性测量盒主视图。

图2是图1的左视图。

图3是本发明实施生物组织介电特性测量的示意图。

图中标记分别表示：101、测量盒，102、测量盒盖，103、银圆环状电极，104、银圆片状电极，301、阻抗分析仪，302、阻抗分析仪测量夹具。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

具体实施方式

参见图1，本实施例给出一种圆筒型生物离体组织介电特性测量盒，由测量盒101，测量盒盖102组成；其中，测量盒101选用聚甲基丙烯酸甲酯，缩写代号为PMMA，俗称有机玻璃。测量盒101装载生物组织的区域为长圆柱筒体，长圆柱筒体两端各有一测量盒盖102，测量盒盖102为有机玻璃圆环并镶嵌银圆片状电极104，测量盒盖102的凹槽可以卡在测量盒101上，使得测量盒101形成一封闭圆柱体空间。测量盒101内壁上间距镶嵌两银圆环状电极103，银圆环状电极103内表面与测量盒101内壁同高。测量盒盖102位于长圆柱筒体两端，当测量盒盖102扣于测量盒101时，银圆片状电极104与测量盒101紧密接触。测量时，可只用测量盒盖102上镶嵌的银圆片状电极104进行两电极法测量，也可使用全部四个电极（一对圆片状电极与104，一对银圆环状电极103）进行四电极法测量。

本实施例中采用的测量盒101被测区域为圆柱体，其底面直径为5mm，高为15mm。先将被测组织按照此圆柱体尺寸进行大概修剪，从图1所示测量盒101的一端装入，并从其另一端伸出，保证组织填满测量盒101，将两端多出测量盒101的组织剪成与端口平齐，然后将测量盒101两端扣紧测量盒盖102。银圆环状电极103将测量盒101等距分成三段。当用于两电极法测量时，银圆片状电极104同时用于激励和测量，测量盒101中间的银圆环状电极103悬空，而当用于四电极法时，激励电流通过银圆片状电极104流入，电压检测通过测量盒101中间的银圆环状电极103实现。如图3所示，将测量盒101加载到阻抗分析仪的301测量夹具302上，设定阻抗分析仪301相应参数，即可得到待测组织的电阻抗频谱。

对获取的电阻抗频谱进行进一步处理计算，得到电导率σ和介电常数ε，具体计算公式如下：

$\mathrm{\σ}=\frac{2400\·\mathrm{Re}}{\mathrm{\π}\·({\mathrm{Re}}^2+{\mathrm{Im}}^2)}$

$\mathrm{\ϵ}=(-\frac{2400\·\mathrm{Im}}{{2\mathrm{\π}}^2\·f_0\·{\mathrm{\ϵ}}_0\·({\mathrm{Re}}^2+{\mathrm{Im}}^2)}-27.937)/1.01$

其中，Re为电阻抗实部，Im为电阻抗虚部，f₀为频率，ε₀=8.8542E-12为真空介电常数。

仿真结果表明，采用上述方法及计算公式得到的电导率和介电常数的相对误差在5%以下，具有较高的测量精度和频响特性。

Claims (3)

1.一种圆筒型生物离体组织介电特性测量盒，其特征在于，由测量盒和测量盒盖组成；其中：

所述的测量盒是长圆柱筒体，测量盒内壁等间距镶嵌有两银圆环状电极，银圆环状电极内表面与测量盒内壁同高；

所述的测量盒盖位于长圆柱筒体两端，测量盒盖上镶嵌有银圆片状电极，当测量盒盖扣于测量盒时，银圆片状电极与测量盒紧密接触。

2.如权利要求1所述的圆筒型生物离体组织介电特性测量盒，其特征在于，所述的测量盒和测量盒盖均由有机玻璃制成。

3.如权利要求1所述的圆筒型生物离体组织介电特性测量盒，其特征在于，所述的圆环状银电极将测量盒等距分成三部分。

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