一种用于生物电阻抗断层的阻抗检测方法及装置

1.本发明属于医疗器械领域，具体涉及一种用于生物电阻抗断层的阻抗检测方法及装置。


背景技术：

2.医学研究表明,生物组织是由大量不同形状的细胞之间的液体组成的,其中细胞又由细胞膜和细胞质组成，不同的组织器官有不同的阻抗特性，即人体的组织器官使得人体内部具有各向异性的阻抗特征，生物电阻抗断层成像(eit)技术即是基于这种人体内部各向阻抗异性发展出来的新型医学辅助成像技术，通过其获取的人体内部阻抗分布特性用于作为判断人体生理活动状态的基础数据。
3.目前，eit的具体做法是：需要精确地提取与组织和器官的功能变化相关的电特性信息，并对携带丰富生理和病理信息的生物组织阻抗进行图像重建，具体为通过在被测体表面布置一定数量的电极，并加一定的安全电压,然后通过不同电极测量被测体内部各组织、器官在电压场作用下所展现的电压分布，由于病变前后，其阻抗发生变化，其分压大小也将随之变化。目前的电阻抗成像就是利用这种电信号的直接测量来实现对器官的重构成像。
4.然而很多时候这种变化非常细微，通过一般地电信号直接测量，很难有效地对这种细微变化进行量化，此外，这使得阻抗特性重构的算法也非常复杂，导致相关的算法设计也非常困难。


技术实现要素：

5.针对现有技术的不足，本发明提供一种用于生物电阻抗断层的阻抗检测方法及装置，通过光子数变化体现对测量到的细微的电信号变化，从而能够有效地对组织器官的阻抗信息的细微变化进行精准量化，由此，也使得相关算法的设计复杂度大大降低。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案为：
7.一种用于生物电阻抗断层的阻抗检测方法，包括以下步骤：
8.步骤s1：在人体同个横断面的人体体表设置检测电极对，检测电极对的两个电极和其连线通过的组织器官的部分构成检测支路，并将组织器官的部分作为阻抗检测部分；
9.步骤s2：设置与检测支路并联的可变电容器，可变电容器包括固设的固定电容极板和可移动设置的活动电容极板；
10.步骤s3：以活动电容极板为一侧腔壁设置诱导透明光腔；
11.步骤s4：设置控制激光，控制激光自诱导透明光腔的腔壁的外侧垂直射入诱导透明光腔；
12.步骤s5：设置向诱导透明光腔入射的入射激光；
13.步骤s6：对检测支路输入预定电流脉冲后，根据入射激光的透射光强形成的透射光谱的波形得到阻抗检测部分的阻抗。
14.优选地，在步骤s6中，根据透射光谱的波形幅值得到阻抗检测部分的阻抗。
15.优选地，控制激光的频率ωc与诱导透明光腔的腔长l的关系为：ωc＝nπc/l，n为整数，c为光速。
16.进一步地，诱导透明光腔的内部为真空，控制激光与入射激光的方向平行。
17.进一步地，诱导透明光腔的内部具有诱导原子系综，控制激光与入射激光的方向相交。
18.更进一步地，诱导原子系综为铷原子系综、铯原子系综以及里德堡原子系综中的任意一种。
19.更进一步地，入射激光的方向与控制激光的入射方向垂直。
20.优选地，一种用于实施上述用于生物电阻抗断层的阻抗检测方法的阻抗检测装置，包括：至少两个检测电极，用于形成检测电极对；电压输出电路，包括预定电流源、脉冲注入端以及可变电容器，预定电流源用于为脉冲注入端提供预定电流脉冲，脉冲注入端用于与检测支路可拆卸地电性耦合，可变电容器用于与检测支路并联；光谱检测装置，包括诱导透明光腔、控制激光器、入射激光器、光检测器以及光谱示波器，控制激光器用于发射控制激光，入射激光器用于发射入射激光，光检测器用于对入射激光的透射光谱进行采集，光谱示波器与光检测器电连接。
21.进一步地，检测电极的数量为多个，多个检测电极中的任意两个形成检测电极对。
22.进一步地，电压输出电路还包括预定变阻器，脉冲注入端通过预定变阻器与预定电流源电连接。
23.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
24.1.因为本发明的用于生物电阻抗断层的阻抗检测方法，首先，在人体同个横断面的人体体表设置检测电极对，检测电极对的两个电极和其连线通过的阻抗检测部分构成检测支路，然后，设置与检测支路并联的可变电容器，可变电容器包括固设的固定电容极板和可移动设置的活动电容极板；接着，以活动电容极板为一侧腔壁设置诱导透明光腔；设置控制激光，控制激光自诱导透明光腔的腔壁的外侧垂直射入诱导透明光腔；设置向诱导透明光腔入射的入射激光；最后，对检测支路输入预定电流脉冲后，根据入射激光的透射光强形成的透射光谱的波形得到阻抗检测部分的阻抗，未输入预定电流脉冲时，入射激光和控制激光在诱导透明光腔为量子干涉状态，而预定电流脉冲的输入使得阻抗检测部分上变化形成检测电压，而该检测电压使得活动电容极板在库仑力作用下发生位移，从而使得诱导透明光腔的腔长发生变化，从而使得控制激光与诱导透明光腔出现共振失谐，进而入射激光的透射光强在阻抗检测部分上变化形成检测电压的过程中形成的透射光谱，即透射光谱的波形体现了检测电压的变化，综上，阻抗检测部分的阻抗特性使得入射激光的透射光谱发生特征变化，进而通过透射光谱的变化测量能够对应得到阻抗检测部分的阻抗特性，因此，本发明通过入射激光的透射激光的光子数变化体现对在阻抗检测部分上测量到的细微的电信号变化，从而能够有效地对组织器官的阻抗信息的细微变化进行精准量化。
25.2.因为本发明的诱导透明光腔的内部为真空，控制激光与入射激光的方向平行，因此，本发明的诱导透明光腔内光子能级跃迁基于活动电容极板的声子数态，因此无需引入及固定任何诱导介质，从而大大降低了诱导透明光腔的设置复杂度。
26.3.因为本发明的阻抗检测装置，其特征在于，包括：用于形成检测电极对的检测电
极；电压输出电路，包括预定电流源、脉冲注入端以及可变电容器，光谱检测装置，包括诱导透明光腔、控制激光器、入射激光器、光检测器以及光谱示波器，因此，本发明通过用于组织器官阻抗测量的检测装置能够更好地实施用于生物电阻抗断层的阻抗检测方法。
附图说明
27.图1为本发明的实施例的用于生物电阻抗断层的阻抗检测方法的步骤示意图；
28.图2为本发明的实施例一的阻抗检测装置的实施示意图；
29.图3为本发明的实施例二的阻抗检测装置的实施示意图。
30.图中：s100、用于生物电阻抗断层的阻抗检测方法，100、阻抗检测装置，a、人体体表，10、检测电极，20、电压输出电路，21、预定电流源，22、预定变阻器，23、脉冲注入端，24、可变电容器，241、固定电容极板，242、活动电容极板，30、光谱检测装置，31、诱导透明光腔，31a、控制入射腔壁，31a、诱导透明光腔的腔长，311诱导原子系综，32、控制激光，33、入射激光，33a、入射激光的透射光，34、光检测器。
具体实施方式
31.为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明的一种用于生物电阻抗断层的阻抗检测方法及装置作具体阐述，需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。
32.《实施例一》
33.如图1所示，本实施例中的一种用于生物电阻抗断层的阻抗检测方法s100，包括以下步骤：
34.步骤s1：在人体同个横断面的人体体表设置检测电极对，检测电极对的连线通过人体的组织器官，检测电极对的两个电极和其连线通过的组织器官的部分构成检测支路，并将组织器官的部分作为阻抗检测部分。
35.具体地，由于人体的组织器官具有各向异性的阻抗特征，因此，在组织器官表面的不同位置设置检测电极对，得到的多个阻抗检测部分的阻抗特性各不相同。
36.步骤s2：设置与检测支路并联的可变电容器，可变电容器包括固设的固定电容极板和可移动设置的活动电容极板。
37.具体地，活动电容极板为纳米机械振子。
38.步骤s3：以活动电容极板为一侧腔壁设置诱导透明光腔。
39.具体地，诱导透明光腔的内部为真空，并将与活动电容极板相对的另一侧腔壁作为控制入射腔壁。
40.步骤s4：设置控制激光，控制激光自诱导透明光腔的控制入射腔壁的外侧垂直射入诱导透明光腔。
41.具体地，控制激光的频率ωc与诱导透明光腔的腔长l的关系为：ωc＝nπc/l，n为整数，c为光速。
42.步骤s5：设置向诱导透明光腔入射的入射激光。
43.具体地，控制激光自诱导透明光腔的控制激光与入射激光的方向平行，即入射激光自诱导透明光腔的控制入射腔壁的外侧垂直射入诱导透明光腔。
44.步骤s6：对检测支路输入预定电流脉冲后，根据入射激光的透射光强形成的透射光谱的波形得到阻抗检测部分的阻抗。
45.具体地，预定电流脉冲的周期t与所述活动电容极板的运动时长t的关系为：t》》t，即t较t至少大一个数量级,预定电流脉冲在阻抗检测部分上的分压稳定前的短暂变化使得活动电容极板相对于固定电容极板进行移动，固定电容极板和活动电容极板的间距r与活动电容极板的移动量q的关系为：q《《r，即r较q至少大一个数量级，其满足如下表达式：
[0046][0047]
其中，u为阻抗检测部分上的分压，m为活动电容极板的质量，ωm为活动电容极板的振动频率，ε0为真空电容率，s为可变电容器的极板的面积。
[0048]
当控制激光在诱导透明光腔内共振失谐时，阻抗检测部分上的分压u、入射激光的入射场强εc以及入射激光的透射场强ε
t
满足如下表达式：
[0049][0050]
其中，κ为诱导透明光腔的衰减因子，g0＝ωc/l，γm为活动电容极板的阻尼系数。
[0051]
根据入射激光的透射场强ε
t
的透射光谱的波形幅值得到阻抗检测部分的阻抗。
[0052]
如图2所示，用于组织器官阻抗测量的检测装置100，其特征在于，包括至少两个检测电极10、电压输出电路20以及光谱检测装置30。
[0053]
至少两个检测电极10设置在人体体表a，用于形成上述的检测电极对，具体地，检测电极10的数量为多个，多个检测电极10中的任意两个形成上述的检测电极对。
[0054]
电压输出电路20包括预定电流源21、预定变阻器22、脉冲注入端23以及上述的可变电容器24，预定电流源21用于为脉冲注入端23提供上述的预定电流脉冲，脉冲注入端23用于与上述的检测支路可拆卸地电性耦合，上述的可变电容器24用于与上述的检测支路并联，脉冲注入端23通过预定变阻器22与预定电流源21电连接，从而调节上述的检测支路内通过电流强度大小。
[0055]
可变电容器24由上述的固定电容极板241和活动电容极板242组成。
[0056]
光谱检测装置30包括诱导透明光腔31、控制激光器(附图中未标出)、入射激光器(附图中未标出)、光检测器34以及光谱示波器(附图中未标出)，具体地，诱导透明光腔31由控制入射腔壁31a和活动电容极板242构成。
[0057]
控制激光器用于发射控制激光32，入射激光器用于发射入射激光33，光检测器34用于对入射激光的透射光33a的光谱进行采集，光谱示波器与光检测器34电连接，并且控制激光32沿诱导透明光腔31的腔长31a方向自控制入射腔壁31a垂直透射入射。
[0058]
《实施例二》
[0059]
在本实施例二中，对于与实施例一相同的结构给予相同的符号，并省略相同的说明。
[0060]
在实施例二中，用于组织器官阻抗测量的检测装置100的结构与实施例一的不同之处在于：
[0061]
如图3所示，诱导透明光腔31的内部具有诱导原子系综311，控制激光32与入射激光33的方向垂直相交。
[0062]
诱导原子系综为铷原子系综、铯原子系综以及里德堡原子系综中的任意一种，诱导原子系综311为三能级系统。
[0063]
当控制激光32在诱导透明光腔31内共振失谐时，阻抗检测部分上的分压u、入射激光的入射场强εc以及入射激光33的吸收率im(χ)满足如下表达式：
[0064][0065]
其中μ
ba
为偶极跃迁动量，n为诱导原子系综311的原子总数，h为普朗克常数，ε0为真空电容率，v为诱导原子系综311的体积，γ是上能级|a》的衰减率，γs是两个亚稳态之间的衰减率且γs《《γ。
[0066]
上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围，本领域普通技术人员在所附权利要求范围内不需要创造性劳动就能做出的各种变形或修改仍属本专利的保护范围，
[0067]
例如，在实践中，诱导原子系综311也可以选用固态系统、缺陷态(nv色心)、半导体量子点以及超导等系统。
[0068]
例如，在实践中，也可以预先在人体体表预先设置多对检测电极对，通过相关控制电路同时对多个检测电极对组织器官的各向的多个阻抗特性同时检测，以便于进行对比分析。