[发明专利]一种用于小尺度管道内异质物识别的电特性检测方法

说明书

本发明公开了一种用于小尺度管道内异质物识别的电特性检测方法，涉及电学层析成像技术领域；具体为：首先、使用柔性电极贴将ECT传感器和阻抗传感器贴附在待测管路上，进行实时监测；当血液电特性发生变化时，对阻抗传感器测量到的血液阻抗值进行短时傅里叶变换得到阻抗的频谱信息；同时，ECT传感器对激励电极与各测量电极之间的电容进行采集，并利用正则化反演算法重建血液的电参数分布图像，并利用混合Hanai方程对电参数的分布进行校正。最后，对阻抗频谱信息和校正后的电参数分布图像进行综合分析，识别出小尺度管道内的异质物，并检验其电特性；本发明有助于在临床中更加准确地对血液的电特性变化做出应对措施。

技术领域

本发明涉及电学层析成像技术领域，具体是一种用于小尺度管道内异质物识别的电特性检测方法。

背景技术

许多工业过程和医疗领域涉及到小管道或微小管道中的多相流参数测量问题，例如小管道中气液两相流的空隙率测量、微小管道中单细胞的捕捉成像以及血液体外循环系统中血栓(包括气体血栓)的测量等问题。其中，部分实际应用中的异质物具有导电性，并且要求测量传感器具有非侵入性，这对传感器和测量方法的设计都提出了较高要求。

以血液体外循环系统中的血液电特性测量为例进行说明。

心血管疾病造成的死亡占全球总死亡人数的三分之一，且患病率处于持续上升阶段。血液体外循环系统如人工心室辅助装置、心肺机、体外膜肺氧合等已在心血管疾病患者的临床治疗中得到了广泛的应用。

在实际应用中，血液体外循环系统的固有性质和患者的个体差异会使管路中的血液呈现不同的电特性。例如，由于管壁的生物相容性问题，循环管路中发生血栓的概率较人体内大大增加，高血脂患者的血黏度增高，流动性差以及血液中存在气体血栓等都会影响血液的电特性。

因此，基于电参数的测量方法可以反映循环系统中的血液情况，这有助于在临床应用过程中依据不同患者的实际情况实施更加科学的治疗管理。

目前，有研究结合电阻抗图谱法评估体外循环系统中的血液情况，但它获取的是管路中某段血液的平均电特性，无法进行实时成像得到局部信息。也有研究利用电阻层析成像技术可视化血液中的血栓，但局限于血液为静态条件的情况。并且，上述两种技术中使用的传感器都与血液产生直接接触，无法保证生物安全性。为了安全、全面且实时地对体外循环系统中血液的电特性进行监测，需要做到非侵入地对管路中血液的多个电参数进行分析，并对电导率和介电常数分布情况进行实时成像。

发明内容

针对上述应用需求和已有技术的局限，本发明提出了一种用于小尺度管道内异质物识别的电特性检测方法，当血液电特性发生变化时，利用阻抗传感器测量分析血液的阻抗频谱信息，通过电学层析成像法同时对血液的电导率和介电常数分布进行实时成像，得到直观的图像信息，随后，通过对阻抗频谱信息和电参数分布图像进行综合分析，判断引起血液电特性变化的因素，帮助指导临床应用中针对不同患者的血液情况使用恰当的抗凝策略和治疗管理。

所述的用于小尺度管道内异质物识别的电特性检测方法，具体步骤如下：

步骤一、使用柔性电极贴将ECT传感器附在待测管路的外壁，同时将阻抗传感器贴附在管路的内壁，实时进行监测；

步骤二、当待测管路中的血液电特性发生变化时，对阻抗传感器测量到的血液阻抗值进行短时傅里叶变换得到阻抗的频谱信息；

具体为：

首先，阻抗传感器实时测量血液阻抗值，并进行加窗后做傅里叶变换，将任意时刻t附近的频谱实现时间局域化，构建信号的时间和频率的二维时频谱。

其中m(t)为加窗函数；STFT(t,ω)是短时傅里叶变换结果，即时频信息；s(τ)是τ时刻的源信号；ω是角频率；

时频图的横坐标是时间，纵坐标是频率，显示信号的时频域特征。