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用于测量生物组织电阻抗特性的装置.pdf

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1、(10)授权公告号 CN 102525457 B (45)授权公告日 2013.09.18 CN 102525457 B *CN102525457B* (21)申请号 201210007934.9 (22)申请日 2012.01.11 A61B 5/053(2006.01) (73)专利权人中国人民解放军国防科学技术大学地址 410073 湖南省长沙市开福区德雅路 109 号 (72)发明人刁节涛郭靖刘海军聂洪山于红旗邢金岭徐晖 (74)专利代理机构国防科技大学专利服务中心 43202 代理人王文惠付峰等 . 生物组织复阻抗谱测量系统设计及实现 .医疗卫生装备 .2。

2、003,( 第 7 期 ), (54) 发明名称用于测量生物组织电阻抗特性的装置 (57) 摘要本发明提供一种简单而有效的用于测量生物组织电阻抗特性的装置。本装置包括一个正方体壳体。正方体壳体采用绝缘材料制成，正方体壳体的顶面可以打开。除顶面外，其他五个面中心均嵌有一个电极，电极导电一侧朝向正方体壳体内腔，并且电极导电一侧所在平面与所在正方体壳体的内侧面重合，每个电极的导线穿过其各自所在正方体壳体的面向外引出。每个电极与所在的壳体面之间紧密贴合，不留缝隙。利用本装置可以测量生物组织电阻抗特性的各向异性。本装置电极位置相对固定，排除了测量中电极位置变化对。

3、测量结果的影响；每次测量中电极与被测组织间的接触情况相似，减小了接触电阻变化对测量结果的影响。 (51)Int.Cl. (56)对比文件审查员宋光权利要求书 1 页说明书 4 页附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利权利要求书1页说明书4页附图2页 (10)授权公告号 CN 102525457 B CN 102525457 B *CN102525457B* 1/1 页 2 1. 一种用于测量生物组织电阻抗特性的装置，其特征在于，一个正方体壳体采用绝缘材料制成，正方体壳体的顶面能够打开；除顶面外，其他五个面中心均嵌有一个电极。

4、，电极导电一侧朝向正方体壳体内腔，并且电极导电一侧所在平面与所在正方体壳体的内侧面重合，每个电极的导线穿过其各自所在正方体壳体的面向外引出；每个电极与所在的面之间紧密接合，不留缝隙。 2. 根据权利要求 1 所述的用于测量生物组织电阻抗特性的装置，其特征在于，所述电极为圆形片状电极，电极的直径小于等于正方体壳体的厚度。 3. 根据权利要求 2 所述的用于测量生物组织电阻抗特性的装置，其特征在于，所述正方体壳体内腔的长、宽、高均为一厘米。 4.根据权利要求2或3所述的用于测量生物组织电阻抗特性的装置，其特征在于，所述正方体壳体采用有机玻璃材质，厚度大于。

5、或者等于两毫米。权利要求书 CN 102525457 B 2 1/4 页 3 用于测量生物组织电阻抗特性的装置技术领域 0001 本发明涉及生物医学工程中的生物电阻抗测量领域，主要用于对生物组织的电阻抗特性进行测量。背景技术 0002 生物电阻抗测量(Bioelectrical Impedance Measuring， BIM)技术是一种利用生物组织的电特性(阻抗、容抗)及其变化，提取与生物体生理状况相关的生物医学信息的一种无损伤检测技术。这种技术在被测组织周围的特定区域排布一系列电极，通过其中若干电极施加激励信号，采集余下的若干电极的激励响应，通过一定的算法。

6、解算出生物组织阻抗、容抗的具体数值，然后通过实验将生物组织阻抗特性与生物组织的生理信息联系起来，最终通过对生物组织的阻抗情况进行测定推断出生物组织的生理情况。 0003 早在1871年，德国科学家Herman就成功地测定了骨骼肌的电阻，并发现电流沿不同的方向通过骨骼肌时，呈现出不同的电阻值。生物组织电特性的这种强烈的各向异性虽然众所周知，但是在目前能够查阅到的文献中，很少能够见到利用生物组织的各向异性进行相关的研究的论著。电特性的各向异性是生物组织的一个非常重要的特性，不同的生物组织具有不同的各向异性，如骨骼肌的横向电阻是纵向电阻的 4 9 倍，而普通的脂肪组。

7、织，如血液等基本上在各个方向都能保持较好的各向同性。同一种生物组织在不同的生理状态下也能够表现不同的各向异性。 0004 中国专利 200610161085.7 提供了用于生物组织阻抗测量的电极，但测量中未考虑生物组织的各向异性。中国专利 200680019531.9， 200680019532.3 所介绍的装置或者测量方法对生物组织进行测量时也未将各向异性作为一个影响测量结果的主要的因素进行考虑，虽然从理论上来说利用以上三个个专利也能够进行生物组织电各向异性的测量，但是测量的过程会比较复杂，且由于无法保证每次测量的相对位置，不同时间测量的结果的一致性会比较差。发明内。

8、容 0005 本发明提供一种简单而有效的用于测量生物组织电阻抗特性的装置，特别是利用本装置可以测量生物组织电阻抗特性的各向异性。 0006 本发明的技术方案是：一种用于测量生物组织电阻抗特性的装置，其特征在于，包括一个正方体壳体。正方体壳体采用绝缘材料制成，正方体壳体的顶面可以打开。除顶面外，其他五个面中心均嵌有一个电极，电极导电一侧朝向正方体壳体内腔，并且电极导电一侧所在平面与所在正方体壳体的内侧面重合，每个电极的导线穿过其各自所在正方体壳体的面向外引出。每个电极与所在的壳体面之间紧密贴合，不留缝隙。 0007 优选的，所述电极为圆形片状电极，电极的直径小。

9、于等于正方体壳体的厚度。 0008 优选的，所述正方体壳体内腔的长宽高均为 1 厘米。 0009 优选的，所述正方体壳体采用有机玻璃材质，厚度大于或者等于 2 毫米。说明书 CN 102525457 B 3 2/4 页 4 0010 本发明的有益效果是： 0011 本发明提供的用于测量生物组织电阻抗特性的装置，结构简单，能够方便地对各种生物组织的电阻抗特性进行测量。 0012 1、本发明在正方体壳体的 5 个侧面上安装有电极，电极的排列方式具有三维空间特征，因此可以对各向异性的情况进行检测。 0013 2、所述装置内的电极被固定于一个绝缘的正方体壳体上，保证了电。

10、极相对位置的固定，排除了测量中电极位置变化对测量结果的影响。 0014 3、由于电极位置固定，所述装置的形状固定，使得每次测量中电极与被测组织间的接触情况相似，减小了接触电阻变化对测量结果的影响。附图说明 0015 图 1 为本发明所述装置的某一具体实施方式的立体外观图； 0016 图 2 为图 1 所述装置的横剖面图； 0017 图 3 为图 1 所述装置的纵剖面图。具体实施方式 0018 下面结合附图对本发明作进一步说明。 0019 参照图1、图2、图3，本发明所述装置的某一具体实施方式除了顶面106以外，正方体壳体的前面101、后面102、左面103、。

11、右面104、底面105五个平面紧密结合。顶面106不含电极，可以打开；也可以盖上，盖上时与其他五个平面一起构成的正方体壳体是密闭的。本具体实施方式的顶面 106 采用可拆卸方式，即顶面 106 与其他面独立，可以单独拆卸下来，成为所述的打开状态。顶面 106 也可以通过一个转轴固定在前面 101、后面 102、左面 103、右面 104 中的某一面上，通过掀开来实现所述的打开状态。 0020 从图 1、图 2、图 3 中可以看到，前面 101、后面 102、左面 103、右面 104、底面 105 的内侧正中央分别镶嵌着电极201、电极202、。

12、电极203、电极204、电极205，电极导电一面与电极所在正方体壳体的内侧面重合，电极与正方体壳体之间紧密结合，若存在空隙部分，则用玻璃胶等绝缘胶填充。每个电极的导线 301、 302、 303、 304、 305 穿过其各自所在正方体壳体的面向外引出，外接激励源或者测量装置。 0021 采用所述装置进行生物电阻抗特性测量的方法如下： 0022 第一步，采样。若被测组织为固体，取与所述正方体壳体的内腔相同形状的被测组织样本置于所述装置中。若被测组织为液体或者胶体，取与所述正方体壳体的内腔同样体积的被测物置于所述装置中。 0023 第二步，测量。闭合正方形壳。

13、体，使顶面 106 与与前面 101、后面 102、左面 103、右面 104 紧密结合。将激励电流从任意两对电极加入，测量其他任意两对电极之间的电势。 0024 为描述统一，假设在下面的十个测量步骤中激励源发出的激励电流均从编号较小的电极流入，从编号较大的电极流出，测量时将编号较小的电极作为电势的参考点。 0025 第 2.1) 步，将电流激励源接在 201、 202 两个电极上，即激励电流从编号较小的电极 201 流入，从编号较大的电极 202 流出，测量 203、 204， 203、 205， 204、 205 三组电极间的电势，记录这三个电极数据分别为。

14、 A1， A2， A3。说明书 CN 102525457 B 4 3/4 页 5 0026 第 2.2) 步，将电流激励源接在 201、 203 两个电极上，测量 202、 204， 202、 205， 204、 205 三组电极间的电势，记录这三个电极数据分别为 B1， B2， B3。 0027 第 2.3) 将电流激励源接在 201、 204 两个电极上，测量 202、 203， 202、 205， 203、 205 三组电极间的电势，记录这三个电极数据分别为 C1， C2， C3。 0028 第 2.4) 将电流激励源接在 201、 205 两个电极上，测量 202、。

15、203， 202、 204， 203、 204 三组电极间的电势，记录这三个电极数据分别为 D1， D2， D3。 0029 第 2.5) 将电流激励源接在 202、 203 两个电极上，测量 201、 204， 201、 205， 204、 205 三组电极间的电势，记录这三个电极数据分别为 E1， E2， E3。 0030 第 2.6) 将电流激励源接在 202、 204 两个电极上，测量 201、 203， 201、 205， 203、 205 三组电极间的电势，记录这三个电极数据分别为 F1， F2， F3。 0031 第 2.7) 将电流激励源接在 202、 205 两个电。

16、极上，测量 201、 203， 201、 204， 203、 204 三组电极间的电势，记录这三个电极数据分别为 G1， G2， G3。 0032 第 2.8) 将电流激励源接在 203、 204 两个电极上，测量 201、 202， 201、 205， 202、 205 三组电极间的电势，记录这三个电极数据分别为 H1， H2， H3。 0033 第 2.9) 将电流激励源接在 203、 205 两个电极上，测量 201、 202， 201、 204， 202、 204 三组电极间的电势，记录这三个电极数据分别为 I1， I2， I3。 0034 第2.20)将电流激励源接在20。

17、4、 205两个电极上，测量201、 202， 201、 203， 202、 203 三组电极间的电势，记录这三个电极数据分别为 J1， J2， J3。整个测量过程结束。 0035 以上的 2.1) 至 2.10) 每一个步骤使用了一种激励方式，总共有 10 种激励方式，每种激励方式有3个测量数据，整个测量总共得到30个数据，将结果记在一个矩阵中，作为该组织的电特征矩阵，如公式一。 0036 ( 公式一 ) 0037 公式一已经包含了生物组织电各向异性的信息，对其进行进一步处理可以提取出更简单明了的数据。 0038 例如，对公式一，可进行以下分析： 0039 1.。

18、假如采用本发明所述装置及所述方法测得的电特征矩阵具备特性： A1 0， A2 A3， B2 B3， C2 C3， D1 D2， D3 0， E2 E3， F2 F3， G1 G2， G3 0， H1 0， H2 H3， I1 0， I2 I3， J1 0， J2 J3。则说明被测组织的电特性具备严格的各向同性。 0040 2. 定义一参数 “W” 表征组织的电特性的各向异性， W 的定义见公式二。 0041 W (A1)2+(A2-A3)2+(B2-B3)2+(C2-C3)2+(D1-D2)2 0042 +(D3)2+(E2-E3)2+(F2-F3)2+(G1-G2)2+(G3)2+ (。

19、公式二 ) 0043 (H1)2+(H2-H3)2+(I1)2+(I2-I3)2+(J1)2+(J2-J3)2 0044 对任意一种生物组织，通过采用所述装置和测量方法测出其特征矩阵如公式，再按公式二计算 W 值。W 值越大说明组织的电各向异性越强，如果 W 值近似为 0 说明组织近似各向同性。说明书 CN 102525457 B 5 4/4 页 6 0045 以上介绍了对于使用所述装置和所述测量方法测量得到的组织的电特征矩阵进行进一步处理与使用的方法。使用所述装置和所述方法对于一种组织进行一次测量能够得到一组共 30 个数据，可以使用更多更灵活的方法对数据进行处理以更好地发挥所述装置和所述测量方法的作用。需要说明的是，本发明不仅局限于人体组织的应用，还可用于对动物组织、植物组织、甚至是各种胶体、液体的阻抗测量。说明书 CN 102525457 B 6 1/2 页 7 图 1 图 2 说明书附图 CN 102525457 B 7 2/2 页 8 图 3 说明书附图 CN 102525457 B 8 。

摘要
申请专利号：	CN201210007934.9	申请日：	20120111
公开号：	CN102525457B	公开日：	20130918
当前法律状态：		有效性：	失效
法律详情：
IPC分类号：	A61B5/053	主分类号：	A61B5/053
申请人：	中国人民解放军国防科学技术大学
发明人：	刁节涛,郭靖,刘海军,聂洪山,于红旗,邢金岭,徐晖
地址：	410073 湖南省长沙市开福区德雅路109号
优先权：	CN201210007934A
专利代理机构：	国防科技大学专利服务中心	代理人：	王文惠
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内容摘要

本发明提供一种简单而有效的用于测量生物组织电阻抗特性的装置。本装置包括一个正方体壳体。正方体壳体采用绝缘材料制成，正方体壳体的顶面可以打开。除顶面外，其他五个面中心均嵌有一个电极，电极导电一侧朝向正方体壳体内腔，并且电极导电一侧所在平面与所在正方体壳体的内侧面重合，每个电极的导线穿过其各自所在正方体壳体的面向外引出。每个电极与所在的壳体面之间紧密贴合，不留缝隙。利用本装置可以测量生物组织电阻抗特性的各向异性。本装置电极位置相对固定，排除了测量中电极位置变化对测量结果的影响；每次测量中电极与被测组织间的接触情况相似，减小了接触电阻变化对测量结果的影响。

权利要求书

1.一种用于测量生物组织电阻抗特性的装置，其特征在于，一个正方体壳体采用绝缘材料制成，正方体壳体的顶面能够打开；除顶面外，其他五个面中心均嵌有一个电极，电极导电一侧朝向正方体壳体内腔，并且电极导电一侧所在平面与所在正方体壳体的内侧面重合，每个电极的导线穿过其各自所在正方体壳体的面向外引出；每个电极与所在的面之间紧密接合，不留缝隙。 2.根据权利要求1所述的用于测量生物组织电阻抗特性的装置，其特征在于，所述电极为圆形片状电极，电极的直径小于等于正方体壳体的厚度。 3.根据权利要求2所述的用于测量生物组织电阻抗特性的装置，其特征在于，所述正方体壳体内腔的长、宽、高均为一厘米。 4.根据权利要求2或3所述的用于测量生物组织电阻抗特性的装置，其特征在于，所述正方体壳体采用有机玻璃材质，厚度大于或者等于两毫米。

说明书

技术领域

本发明涉及生物医学工程中的生物电阻抗测量领域，主要用于对生物组织的电阻抗特性进行测量。

背景技术

生物电阻抗测量(Bioelectrical Impedance Measuring，BIM)技术是一种利用生物组织的电特性(阻抗、容抗)及其变化，提取与生物体生理状况相关的生物医学信息的一种无损伤检测技术。这种技术在被测组织周围的特定区域排布一系列电极，通过其中若干电极施加激励信号，采集余下的若干电极的激励响应，通过一定的算法解算出生物组织阻抗、容抗的具体数值，然后通过实验将生物组织阻抗特性与生物组织的生理信息联系起来，最终通过对生物组织的阻抗情况进行测定推断出生物组织的生理情况。

早在1871年，德国科学家Herman就成功地测定了骨骼肌的电阻，并发现电流沿不同的方向通过骨骼肌时，呈现出不同的电阻值。生物组织电特性的这种强烈的各向异性虽然众所周知，但是在目前能够查阅到的文献中，很少能够见到利用生物组织的各向异性进行相关的研究的论著。电特性的各向异性是生物组织的一个非常重要的特性，不同的生物组织具有不同的各向异性，如骨骼肌的横向电阻是纵向电阻的4～9倍，而普通的脂肪组织，如血液等基本上在各个方向都能保持较好的各向同性。同一种生物组织在不同的生理状态下也能够表现不同的各向异性。

中国专利200610161085.7提供了用于生物组织阻抗测量的电极，但测量中未考虑生物组织的各向异性。中国专利200680019531.9，200680019532.3所介绍的装置或者测量方法对生物组织进行测量时也未将各向异性作为一个影响测量结果的主要的因素进行考虑，虽然从理论上来说利用以上三个个专利也能够进行生物组织电各向异性的测量，但是测量的过程会比较复杂，且由于无法保证每次测量的相对位置，不同时间测量的结果的一致性会比较差。

发明内容

本发明提供一种简单而有效的用于测量生物组织电阻抗特性的装置，特别是利用本装置可以测量生物组织电阻抗特性的各向异性。

本发明的技术方案是：一种用于测量生物组织电阻抗特性的装置，其特征在于，包括一个正方体壳体。正方体壳体采用绝缘材料制成，正方体壳体的顶面可以打开。除顶面外，其他五个面中心均嵌有一个电极，电极导电一侧朝向正方体壳体内腔，并且电极导电一侧所在平面与所在正方体壳体的内侧面重合，每个电极的导线穿过其各自所在正方体壳体的面向外引出。每个电极与所在的壳体面之间紧密贴合，不留缝隙。

优选的，所述电极为圆形片状电极，电极的直径小于等于正方体壳体的厚度。

优选的，所述正方体壳体内腔的长宽高均为1厘米。

优选的，所述正方体壳体采用有机玻璃材质，厚度大于或者等于2毫米。

本发明的有益效果是：

本发明提供的用于测量生物组织电阻抗特性的装置，结构简单，能够方便地对各种生物组织的电阻抗特性进行测量。

1、本发明在正方体壳体的5个侧面上安装有电极，电极的排列方式具有三维空间特征，因此可以对各向异性的情况进行检测。

2、所述装置内的电极被固定于一个绝缘的正方体壳体上，保证了电极相对位置的固定，排除了测量中电极位置变化对测量结果的影响。

3、由于电极位置固定，所述装置的形状固定，使得每次测量中电极与被测组织间的接触情况相似，减小了接触电阻变化对测量结果的影响。

附图说明

图1为本发明所述装置的某一具体实施方式的立体外观图；

图2为图1所述装置的横剖面图；

图3为图1所述装置的纵剖面图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

参照图1、图2、图3，本发明所述装置的某一具体实施方式除了顶面106以外，正方体壳体的前面101、后面102、左面103、右面104、底面105五个平面紧密结合。顶面106不含电极，可以打开；也可以盖上，盖上时与其他五个平面一起构成的正方体壳体是密闭的。本具体实施方式的顶面106采用可拆卸方式，即顶面106与其他面独立，可以单独拆卸下来，成为所述的打开状态。顶面106也可以通过一个转轴固定在前面 101、后面102、左面103、右面104中的某一面上，通过掀开来实现所述的打开状态。

从图1、图2、图3中可以看到，前面101、后面102、左面103、右面104、底面 105的内侧正中央分别镶嵌着电极201、电极202、电极203、电极204、电极205，电极导电一面与电极所在正方体壳体的内侧面重合，电极与正方体壳体之间紧密结合，若存在空隙部分，则用玻璃胶等绝缘胶填充。每个电极的导线301、302、303、304、305 穿过其各自所在正方体壳体的面向外引出，外接激励源或者测量装置。

采用所述装置进行生物电阻抗特性测量的方法如下：

第一步，采样。若被测组织为固体，取与所述正方体壳体的内腔相同形状的被测组织样本置于所述装置中。若被测组织为液体或者胶体，取与所述正方体壳体的内腔同样体积的被测物置于所述装置中。

第二步，测量。闭合正方形壳体，使顶面106与与前面101、后面102、左面103、右面104紧密结合。将激励电流从任意两对电极加入，测量其他任意两对电极之间的电势。

为描述统一，假设在下面的十个测量步骤中激励源发出的激励电流均从编号较小的电极流入，从编号较大的电极流出，测量时将编号较小的电极作为电势的参考点。

第2.1)步，将电流激励源接在201、202两个电极上，即激励电流从编号较小的电极201流入，从编号较大的电极202流出，测量203、204，203、205，204、205三组电极间的电势，记录这三个电极数据分别为A1，A2，A3。

第2.2)步，将电流激励源接在201、203两个电极上，测量202、204，202、205， 204、205三组电极间的电势，记录这三个电极数据分别为B1，B2，B3。

第2.3)将电流激励源接在201、204两个电极上，测量202、203，202、205，203、 205三组电极间的电势，记录这三个电极数据分别为C1，C2，C3。

第2.4)将电流激励源接在201、205两个电极上，测量202、203，202、204，203、 204三组电极间的电势，记录这三个电极数据分别为D1，D2，D3。

第2.5)将电流激励源接在202、203两个电极上，测量201、204，201、205，204、 205三组电极间的电势，记录这三个电极数据分别为E1，E2，E3。

第2.6)将电流激励源接在202、204两个电极上，测量201、203，201、205，203、 205三组电极间的电势，记录这三个电极数据分别为F1，F2，F3。

第2.7)将电流激励源接在202、205两个电极上，测量201、203，201、204，203、 204三组电极间的电势，记录这三个电极数据分别为G1，G2，G3。

第2.8)将电流激励源接在203、204两个电极上，测量201、202，201、205，202、 205三组电极间的电势，记录这三个电极数据分别为H1，H2，H3。

第2.9)将电流激励源接在203、205两个电极上，测量201、202，201、204，202、 204三组电极间的电势，记录这三个电极数据分别为I1，I2，I3。

第2.20)将电流激励源接在204、205两个电极上，测量201、202，201、203，202、 203三组电极间的电势，记录这三个电极数据分别为J1，J2，J3。整个测量过程结束。

以上的2.1)至2.10)每一个步骤使用了一种激励方式，总共有10种激励方式，每种激励方式有3个测量数据，整个测量总共得到30个数据，将结果记在一个矩阵中，作为该组织的电特征矩阵，如公式一。

A 1 B 1 C 1 D 1 E 1 F 1 G 1 H 1 I 1 J 1 A 2 B 2 C 2 D 2 E 2 F 2 G 2 H 2 I 2 J 2 A 3 B 3 C 3 D 3 E 3 F 3 G 3 H 3 I 3 J 3 ]]>(公式一)

公式一已经包含了生物组织电各向异性的信息，对其进行进一步处理可以提取出更简单明了的数据。

例如，对公式一，可进行以下分析：

1.假如采用本发明所述装置及所述方法测得的电特征矩阵具备特性：A1＝0， A2＝A3，B2＝B3，C2＝C3，D1＝D2，D3＝0，E2＝E3，F2＝F3，G1＝G2，G3＝0，H1＝0， H2＝H3，I1＝0，I2＝I3，J1＝0，J2＝J3。则说明被测组织的电特性具备严格的各向同性。

2.定义一参数“W”表征组织的电特性的各向异性，W的定义见公式二。

W＝(A1)2+(A2-A3)2+(B2-B3)2+(C2-C3)2+(D1-D2)2

+(D3)2+(E2-E3)2+(F2-F3)2+(G1-G2)2+(G3)2+ (公式二)

(H1)2+(H2-H3)2+(I1)2+(I2-I3)2+(J1)2+(J2-J3)2

对任意一种生物组织，通过采用所述装置和测量方法测出其特征矩阵如公式，再按公式二计算W值。W值越大说明组织的电各向异性越强，如果W值近似为0说明组织近似各向同性。

以上介绍了对于使用所述装置和所述测量方法测量得到的组织的电特征矩阵进行进一步处理与使用的方法。使用所述装置和所述方法对于一种组织进行一次测量能够得到一组共30个数据，可以使用更多更灵活的方法对数据进行处理以更好地发挥所述装置和所述测量方法的作用。需要说明的是，本发明不仅局限于人体组织的应用，还可用于对动物组织、植物组织、甚至是各种胶体、液体的阻抗测量。