專利名稱:用于術中乳腺癌灶邊緣界定的阻抗測量裝置及其檢測方法
技術領域:
本發明涉及一種實時檢測裝置,尤其是一種對用于術中乳腺癌病灶 邊緣界定的病理阻抗測量裝置及其檢測方法。
技術背景乳腺是女性身體的重要器官,乳腺疾病是一種常見病,多發病,病種 多,分類復雜。其中乳腺癌是乳腺疾病的一種,是危害婦女健康的主要惡 性腫瘤之一。手術是乳腺癌治療的最重要的手段之一。隨著現代醫學的進步,對乳 腺癌認識的不斷深入及藥物、放療、內分泌和生物學治療的發展,乳腺癌手術方法的選擇有了較大的變遷,歸納為四大歷程,即19世紀末的Halsted 根治術,20世紀50年代的擴大根治術,20世紀60年代的改良根治術和20世 紀80年代以來的保乳手術。保乳手術,就是在完整切除癌瘤前提下,保留 了大部分乳房,基本保持了外形,并配合術后放療。這可大大減輕病人生 理和心理上的痛苦,提高生活質量,并獲得與改良根治術的"傳統"方法 相同的長期生存率。為便于施術醫師在手術中合理選擇組織切除范圍,實 時評價手術切緣,確保在手術結束前清除殘留病灶,研究一種在術中快速 檢測并確定乳腺癌灶邊緣的測量裝置將會有重大的臨床意義。目前, 一般采用的是離體的檢測方式,將術中切除的乳腺腫瘤送到病 理科作切片檢査,即切除活檢,這是獲得乳腺疾病組織學診斷最常用的方 法。術中快速冰凍切片檢查是現今國內醫院常用的方法,雖然是快速冰凍 切片,也需要較長的等待時間,且受取材部位、診斷經驗等因素的影響, 與最終的診斷——石蠟切片相比較還存在一定的誤差。生物電阻抗測量技術利用生物組織與器官的電特性(阻抗、導納、介電常數)及其變化,提 取與人體生理、病理相關的生物醫學信息,是一種無損傷檢測技術。它通 常是借助置于體表的激勵電極向被測對象施加微小的交變電流(或電壓) 信號,同時通過測量電極檢測組織表面的電壓(或電流)信號,由所測信 號計算出相應的電阻抗及其變化,根據不同的應用目的,獲取相關的生理 和病理信息。研究表明乳腺癌惡性病灶組織與周圍正常組織的生物電特性 有明顯不同,利用阻抗測量技術進行術中乳腺癌灶邊緣界定具有堅實的理 論依據。 發明內容本發明的目的是提供一種用于術中乳腺癌病灶邊緣界定的病理阻 抗測量裝置及其檢測方法,以便施術醫師在手術中合理選擇組織切除范 圍,實時評價手術切緣,確保在手術結束前清除殘留病灶。為實現本發明的目的,本發明采用的技術方案是提供一種用于術中乳 腺癌病灶邊緣界定的病理阻抗測量裝置,其中該裝置包括手持式探 頭電極、電壓控制電流源,信號發生單元、差分放大單元、可編程增益放 大單元、解調單元、A/D轉換單元、中央處理單元和顯示單元;將手持式 探頭電極置于待測組織表面,由中央處理單元配置信號發生單元產 生交流激勵電壓信號,再由電壓控制電流源將該電壓信號轉換為電 流信號,施加于手持式探頭電極中的一對激勵電極,手持式探頭電 極中的測量電極上的信號首先經差分放大單元初步放大后,再經由 中央處理單元控制下的可編程增益放大單元將信號調整為適合解 調單元輸入范圍的電壓信號,經解調單元解調后經A/D轉換單元轉 換為數字信號由中央處理單元采集,在中央處理單元控制下,將結 果顯示于顯示單元。本發明還提供一種上述病理阻抗測量裝置的檢測方法。本發明的有益效果是利用該方法可對術中切除的乳腺癌組織 進行快速檢測,通過對組織電特性的分析處理,將結果反饋給施術 醫師,以便快速確定下一步的手術方案,縮短手術時間,減輕病人 痛苦。由于采用手持式探頭電極,其激勵電極與測量電極的相對位 置固定,穩定性和可靠性較高,檢測結果受外界干擾小,使用操作 簡便靈活。該裝置在臨床應用中具有重要的現實意義。
圖1為本發明裝置的測量信息處理流程圖;圖2為本發明裝置的結構示意圖;圖3為本發明裝置的神經網絡結構圖。圖中I、 頻率阻抗信息獲取 3、特征分析5、手持式探頭電極7、信號發生單元9、可編程增益放大單元II、 A/D轉換單元 13、顯示單元 15、隱含層2、特征提取 4、檢測結果 6、電壓控制電流源 8、差分放大單元 10、解調單元 12、中央處理單元 14、輸入層 16、輸出層具體實施方式
結合附圖及實施例說明用于術中乳腺癌病灶邊緣界定的病理阻抗 測量裝置及其檢測方法加以說明。如圖2所示,本發明測量裝置的結構及各部分的功能,手持式探頭電 極5,采用四電極法,外側為一對激勵電極,內側為一對測量電極。檢測 時將手持式探頭電極5置于切除組織表面,測量探頭下方生物組織的頻率阻抗信息(包括實部和虛部兩部分)。首先由中央處理單元12配置信號發生單元7產生交流激勵電壓信號,再由電壓控制電流源6將 該電壓信號轉換為電流信號,施加于手持式探頭中的一對激勵電極,測量 電極上的信號首先經差分放大單元8初步放大后,再經由中央處理單元12 控制下的可編程增益放大單元9將信號調整為適合解調單元10輸入范圍的 電壓信號,經解調單元10解調后經A/D轉換單元11轉換為數字信號由中 央處理單元12采集,在中央處理單元12控制下,將結果顯示于顯示單元 13。本發明測量裝置的檢測方法為測量信息的處理流程如圖1所示,共包括4個步驟,分別為頻率阻抗信息獲取、特征提取、特征分析和檢測結 果,其中前3個步驟都是在中央處理單元12中實現的。在步驟1中,將采 集到的不同頻率下阻抗測量數據按頻率順序進行分段,如在0-1. 5MHz的頻 率范圍內,測量800個頻率點處的阻抗值,記錄為Cl、 c2……c8。。,然后根 據各頻率段的不同特征,將這些數據均勻或非均勻分配在3 — 20個頻率段 內。然后在步驟2中,利用最小二乘法將選取頻段內的數據線性擬合,獲 取各頻段阻抗特性曲線的斜率信息,為組織區分特征量,因此根據劃分的 頻率段個數,可獲得3—20個區分特征量。采用最小二乘法線性擬合,即 使得該頻率段內的所有點((x,,A)…... (x",j"))到擬合直線 的距離的平方和最小,其中,橫縱坐標可以根據需要設定為頻率-電阻抗實 部、頻率-電阻抗虛部、電阻抗實部-電阻抗虛部。設擬合直線的表達式為"ox + 6,則。J"'^—"'P'2, ,利用上述公式,可以很容易地計算出各頻率段內擬合直線的斜率",作為組織區分界定的特征 量應用于后續工作中。為對各種組織進行區分界定,應用神經網絡方法, 對上述選定的特征量進行辨識歸類,以確定組織類型,給出檢測結論,此即步驟3的工作。本發明中的神經網絡選取3層結構,分別為輸入層14、 隱含層15和輸出層16,如圖3所示,輸入層14的神經結點數和步驟3獲 得的區分特征量個數一致,輸出層16結點數為1,通過樣本訓練,確定神 經網絡內部參數。最后,在步驟4中將檢測結果顯示于顯示單元13。手持 式探頭電極5在切除組織表面移動,對其進行檢測,若某處判定為癌組 織,則說明此處對應的原位置處的癌組織尚未切除干凈,需要進一步切除; 若沒有任何位置判定為癌組織,則說明已切除干凈,手術結束。
權利要求
1. 一種用于術中乳腺癌病灶邊緣界定的病理阻抗測量裝置,其特征是該裝置包括手持式探頭電極(5)、電壓控制電流源(6),信號發生單元(7)、差分放大單元(8)、可編程增益放大單元(9)、解調單元(10)、A/D轉換單元(11)、中央處理單元(12)和顯示單元(13);將手持式探頭電極(5)置于待測組織表面,由中央處理單元(12)配置信號發生單元(7)產生交流激勵電壓信號,再由電壓控制電流源(6)將該電壓信號轉換為電流信號,施加于手持式探頭電極(5)中的一對激勵電極,手持式探頭電極(5)中的測量電極上的信號首先經差分放大單元(8)初步放大后,再經由中央處理單元(12)控制下的可編程增益放大單元(9)將信號調整為適合解調單元(10)輸入范圍的電壓信號,經解調單元(10)解調后經A/D轉換單元(11)轉換為數字信號由中央處理單元(12)采集,在中央處理單元(12)控制下,將結果顯示于顯示單元(13)。
2、 一種上述病理阻抗測量裝置的檢測方法,其步驟如下 步驟(1)為頻率阻抗信息獲取首先將采集到的不同頻率下的阻抗測量數據按頻率順序進行分段; 步驟(2)為特征提取采用最小二乘法對上述分段的數據進行線性擬合,獲取每段阻抗特性 曲線的斜率信息,作為組織區分的特征量; 步驟(3)為特征分析應用神經網絡方法對(2)獲取的特征量進行分析處理,確定組織類型, 給出檢測結論.;步驟(4)為檢測結果將檢測結果在顯示單元(13)給出,移動手持式探頭電極5在切除組 織表面的位置,對其進行檢測,若某處判定為癌組織,則說明此處對應的原位置處的癌組織尚未切除干凈,需要進一步切除;若沒有任何位置判定 為癌組織,則說明已切除干凈,手術結束。
全文摘要
本發明提供一種用于術中乳腺癌病灶邊緣界定的病理阻抗測量裝置,該裝置包括手持式探頭電極、電壓控制電流源,信號發生單元、差分放大單元、可編程增益放大單元、解調單元、A/D轉換單元、中央處理單元和顯示單元,測量時將其電極置于待測組織表面。還提供了一種配合上述病理阻抗測量裝置的檢測方法。本發明的有益效果是利用該裝置及方法可對術中切除的乳腺癌組織進行快速檢測,通過對組織電特性的分析處理,將結果反饋給施術醫師,以便快速確定下一步的手術方案,縮短手術時間,減輕病人痛苦。由于采用手持式探頭電極,其激勵電極與測量電極的相對位置固定,穩定性和可靠性較高,檢測結果受外界干擾小,使用操作簡便靈活。該裝置在臨床應用中具有重要的現實意義。
文檔編號A61B5/053GK101248995SQ200810052520
公開日2008年8月27日 申請日期2008年3月26日 優先權日2008年3月26日
發明者超 王 申請人:天津大學