[发明专利]测量生物体电阻抗的装置

说明书

测量生物体电阻抗的探针，包括探针杆6、探针导向套筒7、压力弹簧8和绝缘层9；探针杆6的一端为附接面10，探针杆6与探针导向套筒7轴向滑动配合，压力弹簧8的一端顶在探针导向套筒7顶壁上，压力弹簧8的另一端顶在探针杆6的头部，探针杆6的侧壁为绝缘层9；4根上述的探针规则排列，探针导向套筒7固定在一起形成探头4；探头4中的探针导向套筒7固定在探头固定装置3上，探头固定装置3的一端与滑轴2滑动配合，滑轴2的一端与底座1的固定连接，构成测量生物体电阻抗的装置。探针杆因压力弹簧的舒张而伸缩，确保4根探针杆的附接面都与被测组织表面接触，绝缘层可限制探针杆与被测组织接触的最大导电面积，从而提高数据采集精度。

技术领域

本发明涉及用于离体生物组织电阻抗测量的装置，涉及生物医学工程中的生物电阻抗测量领域。

背景技术

电阻抗作为生物组织的一个基本的物理参数，长期以来得到生物物理学家和生理学家的广泛关注。目前在电生理学领域大量使用的膜片钳、电压钳技术正是基于细胞膜的电阻抗效应原理。生物组织作为一种电介质，它的电特性值得深入研究。早期的生物物理学研究表明，在直流状态下生物组织表现出来的电阻特性的差异可以用于区分不同的组织；而更值得关注的是生物组织的电阻抗随着外加电信号的频率的不同而表现出很大的变化，这种现象我们称之为电阻抗频谱。

在对生物组织阻抗频谱进行测量中，一般采用的方法有双电极法、四电极法。双电极测量技术是将幅值恒定的交变电流通过一对电极引入被测生物组织，再通过同一对电极将其两端的电压检测出。由于双电极在使用中，电极下被测组织中的电流密度高于被测组织其它部位的电流密度，即电流分布不均匀，这样组织各个部分对阻抗的贡献就不同，从而使测得的阻抗与实际阻抗有较大的误差。同时，电极和生物组织之间还存在接触电阻，且该电阻还不稳定，这又将引入测量误差。另外，电流流过电极和生物组织电解液时还将产生极化现象，在低频时极化误差比较严重。因此，在精确测量生物组织阻抗时，双电极法也不多见，已逐步被四电极法所代替。

典型的四电极测量系统包含两对电极，一对电极(电流电极)将恒定幅值的交变电流引入被测生物组织，另一对电极(电压电极)介入两电流电极之间，检测被测部位的电位差。由于四电极测量系统中供电电极与测量电极分离，电压电极处于电流密度分布比较均匀的中间段，当采用高输入阻抗的运算放大器时，电压电极与被测组织间的接触电阻可以忽略不计，同时电极与生物组织电解液之间的极化也可以忽略不计。所以，四电极法比较好的客服了双电极法存在的问题，从而可适用于较宽频率的生物阻抗测量。目前，生物组织的阻抗测量一般都采用四电极测量技术。

由于生物组织的特殊性，离体组织的复阻抗随着离体时间延长而发生一定变化，对离体组织的一次扫频(驱动频率由低频到高频或由高频到低频依次加载到被测目标)必须在足够短的时间内完成。

对被测生物组织进行阻抗频谱测量，要保持被测组织的生理指标处于平稳状态，不能使分泌物和血液等玷污被测组织，而且不能用水冲洗，以免影响测量数据的准确性。

现有技术中有生物离体组织介电特性的测量盒，但操作时需耗费时间对被测组织进行切片，破坏了生物组织的结构特性，且需要时间过长，测量时生物离体组织的复阻抗已经发生变化，干扰了测量结果的准确性。

现有技术中有用于测量人或动物体组织阻抗的探针，但未考虑到切片生物组织结构表面并不是处于完全平面状态，以及各种不同组织在测量时给予探针压力时不同的收缩程度，例如乳腺癌组织是癌细胞不断吞噬周边正常细胞产生，组织中心位置致密度最高，向内塌陷，组织切片时做不到完全平整，造成电极与被测生物组织的接触不良或不能完全接触使测量数据不准确或测量不成功；而加大电极面对被测生物组织的压力，又会造成组织内残留分泌物或血液溢出干扰测量。

另外，探针的导电能力往往还受探头与被测组织接触面的导电面积大小的影响，探针受压后，被测组织发生形变，不仅附接面成为导电面，靠近附接面的探针侧面也因与被测组织接触而成为导电面，从而使采集的数据受导电面的变化而受影响。也就是说现有探头受压后，探头与与被测组织接触的导电面积的变化影响了数据的采集精度。