[发明专利]一种人体组织介电特性模拟材料的配置方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物物理技术领域，具体涉及一种人体组织介电特性模拟材料的配置方法。

背景技术

物质在电磁场中表现出来的电磁特性可以看作是物质的固有属性，人体组织也不例外。人体组织在电磁场中会表现出一定的电特性和磁特性。电特性，有时也称为介电特性(EPs)，主要是指组织的电导率和电容率(又叫介电常数)，磁特性是指组织的磁导率。一般而言，人体组织是非磁性物质，其磁导率接近真空中的磁导率，可被看作是常数。人体组织各处的EPs与组织内非均匀分布的绝缘的细胞膜和导电的电解液等有关，因此组织各处的EPs分布呈现非均匀性，并具有频率依赖性。

研究电磁场与生物组织的作用机制和作用效应，是非常重要的科学研究领域之一，相关研究成果，已经为人类的健康事业做出了巨大贡献。比如，磁共振成像(MRI)系统，其本质就是强的静磁场、梯度磁场、射频磁场与人体组织相互作用的系统，现在已经成为临床疾病诊断必不可少的重要的大型影像设备之一；再比如，各种电磁理疗设备、电磁聚焦肿瘤热消融治疗设备等，其本质都是不同形态的电磁场与人体组织的相互作用系统。另外，电磁场与人体组织的相互作用的非热效应研究，还有很多问题没有解决，目前也是生物物理领域的研究热点之一。在研究上述的电磁场和人体组织相互作用关系时，获得电磁场在组织内的分布是关键的研究内容。其中之一的方法，就是研制能够模拟人体组织介电特性的人工材料，采用这样的人工材料来模拟人体组织分布，再通过电场和磁场的测量获得材料内电磁场的分布。

在过去的几十年里,许多学者提出来多种组织介电特性模拟材料。一般而言，这些模拟材料通常为液体、固体和凝胶(半固体)形式，由于胶状材料同人体组织具有物理相似性,以及他们能够模拟大范围的组织介电特性，因此最受欢迎。根据基本成分,这些胶状的模拟材料可分为几类，目前相关研究的简要总结在表1中列出。由Chou et al(1984)和Surowiec et al(1992)提出的介质材料的保存时间非常有限，即使在密封的容器内也只能保存两周；同时，由TX-150、聚乙烯粉、铝粉、水和氯化钠组成的介质材料(Chou et al 1984)，以及由TX-151、琼脂、聚乙烯粉、氯化钠和水组成的介质材料(Ito et al 2001,Onishi and Uebayashi 2006)不能模拟低含水量的组织。Marchal et al(1989)和Sunaga et al(2003)提出一种基于明胶-水的介质材料来模拟组织，然而不同明胶浓度的两种材料直接接触放置时会发生溶剂扩散，所以这些材料不能制作具有长期稳定性的非均质体模。一种由Lazebnik et al(2005)，Lai et al(2011)和Bakar et al(2011)提出的油-明胶材料能够在很大的频率范围内模拟各种生物组织的介电特性，同时具有长期稳定性。但由于此种材料只采用油的体积百分比作为可调节因子，导致相对介电常数和电导率的改变是相互关联的，因此该方法不能同时精确模拟任意指定的相对介电常数和电导率。Yuan et al(2012)在油-明胶材料的基础上增加了氯化钠，采用油的体积百分比和氯化钠浓度两个可调节因子。这样就使得模拟不同的相对介电常数和电导率的组合变得可能。然而，在调整油的体积百分比和氯化钠浓度这两个可调节因子中的任何一个因子时，都会使相对介电常数和电导率同时改变。致使获取各种人体组织(数以百计的包括各种健康和肿瘤不同生理病理状态下的组织类型)的模拟材料成为一个异常繁琐的工作。

综上所述，现有模拟材料配置技术均无法直接获得任意指定的电导率和介电常数搭配的介电特性模拟材料的各种配方的比例，亟需提供一种能够计算“具有任意指定的电导率和介电常数搭配的介电特性的模拟材料的各种配方”的比例的方法。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足提供一种人体组织介电特性模拟材料的配置方法，采用数据拟合技术来快速计算获得人体组织介电特性模拟材料配方中各种材料的混合比例的方法，采用该方法可以方便快捷地配置任意指定的电导率和介电常数搭配的介电特性模拟材料。

本发明通过以下技术方案实现该目的：

一种人体组织介电特性模拟材料的配置方法，包括以下步骤：

1)制备若干配方样本，所述配方样本包括油、氯化钠、明胶、对甲基苯甲酸、正丙醇、表面活性剂、去离子水和甲醛，所述配方样本按照油和氯化钠的含量由低到高搭配；

2)测量确认所述配方样本的介电特性，多次测量计算平均值和相对标准偏差，对相对标准偏差不符合要求的样本进行重新制作并测量介电特性；