[发明专利]测量生物组织各向异性介电谱特性的探头及其测算方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物组织介电谱测量领域，尤其涉及一种高频段(>10MHz)测量各向异性生物组织介电谱特性的探头及其测算方法。

背景技术

生物组织介电谱特性及其频率响应是生物电磁研究重要的物理因素，对于基础生物学研究以及生物医学应用都具有十分重要的意义。

目前，生物组织介电谱特性测量方法基本都是针对均匀、各向同性介电特性组织。对于各向异性组织的介电谱特性测量，现有的方法主要还是通过电极来测量电压电流，再通过相应的计算模型转化为组织的介电特性参数。这种测量方法主要应用于低频段(<10MHz)。随着频率的升高，电极间的辐射不断增强，电极之间的相互感应将会给测量带来较大影响，因此这种方法并不适用于更高频段(>10MHz)对生物组织各向异性介电谱特性进行测量。同时，传统的测量电极探头在测量各向异性组织的介电谱特性时，往往需要通过多次测量来实现不同方向的介电特性参数获取。而由于在每一次测量的时候，组织的状态可能会发生改变，比如组织的物理形状，组织表面状态等等，这一过程将会引入新的误差，进而可能对测量结果带来较大影响。

发明内容

针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种测量生物组织各向异性介电谱特性的探头及其测算方法。该方法基于传输线理论，能够同时测量两个正交方向的介电特性参数，解决了传统方法对不同方向进行多次测量引入的误差问题，能够针对在体或者离体的各向异性生物组织实现方便准确的宽频带介电谱测量。该发明适用于离体或在体的外形不规则小体积软组织的测量，有较高的测量精度。具有很好的应用前景。

一种测量生物组织各向异性介电谱特性的探头，该探头包括四部分，第一部分是四块金属极板，第二部分是起支撑作用的绝缘基柱，第三部分是起填充作用的绝缘填充，第四部分是起屏蔽作用的金属屏蔽壳；所述绝缘基柱为长方体形的绝缘基柱，四块金属极板均为截面呈等腰梯形的金属极板，四块金属极板分别嵌入基柱的四个侧面，金属极板的宽边一端均超出基柱作为测量端口，金属极板的窄边一端均与基柱边缘对齐作为激励端口，金属极板两两相对形成正交分布的两组电极；绝缘基柱外设圆柱形的金属屏蔽壳，绝缘基柱的激励端口端超出金属屏蔽壳；金属屏蔽壳与绝缘基柱间为绝缘填充。该探头可以实现同时测量被测物正交方向上的介电特性参数，避免了多次测量不同方向时引入新的误差。

绝缘填充为绝缘材料如聚四氟乙烯，金属极板的材质为惰性良导体，如金或者表面镀金的铜等，保证探头与人体接触时不会发生反应；该探头的工作频段>10MHz。

利用上述探头，本发明提供一种生物组织各向异性介电谱特性的测算方法，其步骤如下：

1)将探头的激励端口与测量端口通过阻抗变换器与电缆连接到矢量网络分析仪上，测量该探头的四端口散射参数矩阵S参数：