實時監測人體組織介電特性的設備及獲得人體組織介電特性參數的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及腫瘤監測技術領域，特別是涉及一種實時監測人體組織介電特性的設 備及通過該設備獲得人體組織介電特性參數的方法。
【背景技術】
[0002] 對腫瘤的診斷，現有技術包括病理診斷方法和影像診斷方法。
[0003] 病理診斷方法，被稱為癌癥診斷的金標準。其缺點是必須將所檢查的組織部位制 作成病理切片，病理診斷無法實現活體在體測量。
[0004] 影像診斷方法是通過X射線斷層成像（CT)、磁共振成像（MRI)、超聲成像、正電子 發射斷層成像（PET)等手段，對人體特定部位的組織器官進行成像，對比正常影像和腫瘤組 織影像的不同，判斷該部位是否可能具有惡性病變。影像學診斷方法的共同優點是能夠無 創診斷，共同缺點是分辨率有限。另外，各種不同影像手段的優點和缺點，依具體影像手段 不同而各有不同。X射線CT的優點是成像速度快，缺點是具有放射性損傷；MRI的優點是軟 組織對比度好，無放射損傷，缺點是成像速度慢；超生成像優點是無放射損傷，缺點是對體 內空腔部位等無法有效成像，因為超生遇到空氣衰減很大；PET的優點是能夠檢查腫瘤轉 移灶，缺點是放射性同位素損傷。
[0005] 因此，針對現有技術不足，提供一種簡單的實時的活體在體方式進行人體組織良 惡性監測的手段甚為必要，比如本發明提出的實時監測人體組織介電特性的設備及采用該 設備獲得的待測組織介電特性參數來輔助腫瘤判斷。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的在于在現有技術之外，提供一種實時活體在體監測人體組織介電特 性的設備，該設備可以實時獲得待測組織的介電性能。
[0007] 本發明的目的通過以下技術措施實現。
[0008] -種實時監測人體組織介電特性的設備，設置有電磁波信號發生器、功率分配器、 定向耦合器、同軸傳輸線、幅度相位處理單元和主處理器； 所述電磁波信號發生器與所述功率分配器信號連接，功率分配器的第一輸出端與幅度 相位處理單元的第一輸入端連接，功率分配器的第二輸出端與定向耦合器的第一輸入端信 號連接，定向耦合器連接同軸傳輸線，定向耦合器的信號輸出端與幅度相位處理單元的第 二輸入端連接，幅度相位處理單元的輸出端與主處理器的輸入端連接； 所述電磁波信號發生器產生寬頻帶電磁波信號，功率分配器對寬頻帶電磁波信號分配 形成參考信號和測試信號，參考信號輸入至幅度相位處理單元的第一輸入端，測試信號經 定向耦合器由同軸傳輸線發送至待測體組織并在待測體組織處產生反射波；定向耦合器將 所接收的待測體組織產生的反射波信號輸送至幅度相位處理單元的第二輸入端，幅度相位 處理單元將待測部位產生的反射波信號與參考信號進行比較，輸入至主處理器并由主處理 器計算得到待測部位組織的介電特性。
[0009] 優選的，上述主處理器設置為計算機主處理器，計算機主處理器存儲有正常組織 和已知腫瘤組織介電特性的數據庫，計算機主處理器將得到的測量部位的介電特性結果與 計算機主處理器內預先建立的正常組織和已知腫瘤組織介電特性的數據庫進行比較，判斷 測量部位組織的良惡性。
[0010] 上述實時監測人體組織介電特性的設備還設置有探頭，所述探頭設置于所屬同軸 傳輸線的端部。
[0011] 上述探頭的匹配阻抗為50歐姆，探頭的直徑為毫米級。
[0012] 上述電磁波信號發生器發射的電磁波信號帶寬為lMHz-300GHz。
[0013] 上述主處理器計算得到待測部位組織的部位的介電特性包括電導率、電容率或者 復介電特性參數。
[0014] 上述實時監測人體組織介電特性的設備，具體通過如下方式得到待測部位組織的 介電特性參數： a. 由電磁波信號發生器產生寬頻帶電磁波信號，由功率分配器產生參考信號 Sri和測試信號Sr2，測試信號St2由同軸傳輸線發送至待測體組織并在待測體組織處產 生反射波，定向耦合器將所接收的待測體組織產生的反射波信號輸送至幅度相位處理 單元的第二輸入端，由所獲得的參數Sn、SM根據式（1)計算得到同軸傳輸線反射至定向 耦合器的反射系數Λ;,，
【主權項】
1. 一種實時監測人體組織介電特性的設備，其特征在于：設置有電磁波信號發生器、 功率分配器、定向耦合器、同軸傳輸線、幅度相位處理單元和主處理器； 所述電磁波信號發生器與所述功率分配器信號連接，功率分配器的第一輸出端與幅度 相位處理單元的第一輸入端連接，功率分配器的第二輸出端與定向耦合器的第一輸入端信 號連接，定向耦合器連接同軸傳輸線，定向耦合器的信號輸出端與幅度相位處理單元的第 二輸入端連接，幅度相位處理單元的輸出端與主處理器的輸入端連接； 所述電磁波信號發生器產生寬頻帶電磁波信號，功率分配器對寬頻帶電磁波信號分配 形成參考信號和測試信號，參考信號輸入至幅度相位處理單元的第一輸入端，測試信號經 定向耦合器由同軸傳輸線發送至待測體組織并在待測體組織處產生反射波；定向耦合器將 所接收的待測體組織產生的反射波信號輸送至幅度相位處理單元的第二輸入端，幅度相位 處理單元將待測部位產生的反射波信號與參考信號進行比較，輸入至主處理器并由主處理 器計算得到待測部位組織的介電特性。
2. 根據權利要求1所述的實時監測人體組織介電特性的設備，其特征在于：所述主處 理器設置為計算機主處理器，計算機主處理器存儲有正常組織和已知腫瘤組織介電特性的 數據庫，計算機主處理器將得到的測量部位的介電特性結果與計算機主處理器內預先建立 的正常組織和已知腫瘤組織介電特性的數據庫進行比較，判斷測量部位組織的良惡性。
3. 根據權利要求1或2所述的實時監測人體組織介電特性的設備，其特征在于：還設 置有探頭，所述探頭設置于所屬同軸傳輸線的端部。
4. 根據權利要求3所述的實時監測人體組織介電特性的設備，其特征在于：所述探頭 的匹配阻抗為50歐姆，探頭的直徑為毫米級。
5. 根據權利要求4所述的實時監測人體組織介電特性的設備，其特征在于：所述電磁 波信號發生器發射的電磁波信號帶寬為lMHz-300GHz。
6. 根據權利要求1或2所述的實時監測人體組織介電特性的設備，其特征在于：主處 理器計算得到待測部位組織的介電特性包括電導率、電容率或者復介電特性參數。
7. 根據權利要求1或2所述的實時監測人體組織介電特性的設備，其特征在于：具體 通過如下方式得到待測部位組織的介電特性參數： a. 由電磁波信號發生器產生寬頻帶電磁波信號，由功率分配器產生參考信號 和測試信號，測試信號Sr2由同軸傳輸線發送至待測體組織并在待測體組織處產 生反射波，定向耦合器將所接收的待測體組織產生的反射波信號Sm輸送至幅度相位處理 單元的第二輸入端，由所獲得的參數Sr i、SM根據式（1)計算得到同軸傳輸線反射至定向 耦合器的反射系數/^，
其中C1、C2為功率分配器的分配系數，C3為定向耦合器的耦合系數； b. 采用與步驟a相同的方法，分別測量同軸傳輸線在短路、開路、標準液三種狀態下的
C.根據式（2)、式（3)、式（4)計算當次測量射頻系統介電特性計算系數A1、A 2、A:p
式中，~帛是標準液的電導率是標準液的相對介電常數，標準液是介電特性為 已知數據的溶液，標準液的復介電特性為; d.根據式（5)計算待測部位體組織的介電常數，
分離實部和虛部，得到待測體組織的等效電導率^|和相對介電常數
8.通過權利要求1至7任意一項所述的實時監測人體組織介電特性的設備獲得待測部 位組織的介電特性參數方法，其特征在于：包括如下步驟， a. 由電磁波信號發生器產生寬頻帶電磁波信號，由功率分配器產生參考信號；^^和測 試信號，測試信號由同軸傳輸線發送至待測體組織并在待測體組織處產生反射波， 定向耦合器將所接收的待測體組織產生的反射波信號S m輸送至幅度相位處理單元的第二 輸入端，由所獲得的參數S71、Sm根據式（1)計算得到同軸傳輸線反射至定向耦合器的反 射系數r'，
其中、C2為功率分配器的分配系數，G3為定向耦合器的耦合系數； b. 采用與步驟a相同的方法，分別測量同軸傳輸線在短路、開路、標準液三種狀態下的 同軸傳輸線反射至定向親合器的反射系數 c. 根據式（2)、式（3)、式（4)計算當次測量射頻系統介電特性計算系數Ai、/?、A3，
式中，^ #是標準液的電導率，是標準液的相對介電常數，標準液是介電特性為 已知數據的溶液，標準液的復介電特性為# 一 ; d.根據式（5)計算待測部位體組織的介電常數，
分離實部和虛部，得到待測部位體組織的等效電導率和相對介電常數
【專利摘要】一種實時監測人體組織介電特性的設備及通過該設備獲得人體組織介電特性參數的方法，設備設有電磁波信號發生器、功率分配器、定向耦合器、同軸傳輸線、幅度相位處理單元和主處理器；電磁波信號發生器產生寬頻帶電磁波信號由功率分配器分配形成參考信號和測試信號，參考信號輸入至幅度相位處理單元，測試信號經定向耦合器由同軸傳輸線發送至待測體組織并在待測體組織處產生反射波；定向耦合器將待測部位產生的反射波信號輸送至幅度相位處理單元，將待測部位產生的反射波信號與參考信號進行比較，輸入至主處理器并計算得到人體組織的介電特性。本發明可在體外或者術中無創、簡單、高效監測人體組織介電特性，可利用此項指標，輔助判斷組織的良惡性。
【IPC分類】A61B5-053
【公開號】CN104814736
【申請號】CN201510222241
【發明人】辛學剛, 厲周
【申請人】南方醫科大學
【公開日】2015年8月5日
【申請日】2015年5月5日