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开端同轴探头法原理及其在人体组织介电特性测量中的应用

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中国医疗设备 2016年第5期31卷 12-14,29页

作者：邓官华蓝茂英冯健段松张洒胡灿王佳佳王卫卫韩继钧辛学刚南方医科大学生物医学工程学院广东广州510515 华中科技大学附属同济医院放射科湖北武汉430030 南方医科大学珠江医院广东广州510515

本文主要介绍了两种基于开端同轴探头的人体组织介电特性测量方法,并利用开同轴探头法离体测量了在50-500 MHz范围内,人体结直肠癌及对应正常组织的介电特性,实验结果表明开端同轴探头法具有较高的检测精度,能够很好的适应人体组织介电... 详细信息

本文主要介绍了两种基于开端同轴探头的人体组织介电特性测量方法,并利用开同轴探头法离体测量了在50-500 MHz范围内,人体结直肠癌及对应正常组织的介电特性,实验结果表明开端同轴探头法具有较高的检测精度,能够很好的适应人体组织介电特性的测量。本文介绍的开端同轴探头具有简单、非破坏性、可在体实时测量等多项优点,为生物组织介电特性测量的首选方法。

关键词：人体结直肠组织介电特性开端同轴探头法

开端同轴探头法人体组织介电特性测量影响因素探索及应用研究

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开端同轴探头法人体组织介电特性测量影响因素探索及应用研究

作者：周地福南方医科大学

学位级别：硕士

生物组织介电特性是生物组织在外加电磁场的作用下具有的固有属性,生物组织介电特性的变化能够反映组织的一些病理状态的改变。有文献报道恶性组织和正常组织的介电特性普遍存在一定的差异,这给相关临床应用和基础研究提供了理论依据。... 详细信息

生物组织介电特性是生物组织在外加电磁场的作用下具有的固有属性,生物组织介电特性的变化能够反映组织的一些病理状态的改变。有文献报道恶性组织和正常组织的介电特性普遍存在一定的差异,这给相关临床应用和基础研究提供了理论依据。人体正常及恶性组织介电特性的研究对于肿瘤组织诊断和治疗技术的发展具有重要的潜在价值,而组织介电特性的准确、可靠获取,离不开高精度的测量技术。因此,研究测量方法学中相关影响测量结果的各种因素具有重要意义。开端同轴探头法是大家普遍采用的一种快速、非破坏性测量组织介电特性的方法,然而开端同轴探头法在介电特性实际测量应用中,依然存在许多对测量结果造成干扰的影响因素,因此开展对这些影响因素的探索是非常必要的。开端同轴探头法介电特性测量方法的研究中,探索了输出功率对介电特性测量误差、探头探测深度的影响,以及探头施加在待测物上的压力大小对介电特性测量结果的影响。利用XFDTD电磁仿真软件针对外径3.58 mm和2.2 mm特征阻抗50欧的开端同轴探头建立仿真系统,并在-50 dBm～30 dBm功率范围、50 MHz-4 GHz频率段内对介电特性测量误差与功率的关系、探头探测深度与功率的关系分别进行仿真实验,同时采用网络分析仪Aglient4395在50 MHz-500 MHz频率段、-50 dBm～15 dBm功率范围内开展实测实验;另外,通过两种体模来分析探头施加在待测物上的压力对介电特测量结果的影响。仿真结果显示,介电特性测量误差基本不受功率影响,而实测结果表明,要保证测量误差较小则输出功率应大于-10 dBm;探头探测深度的仿真结果显示,在-50 dBm～+30 dBm功率范围内3.58 mm探头探测深度均为2 mm左右,2.2 mm探头探测深度均为0.5 mm-1 mm左右。而实测结果表明,功率低于-30 dBm非常不稳定,当功率大于-10 dBm时,3.58 mm探头在不同功率下的探测深度也为2 mm左右,而2.2 mm探头探测深度约为1.5 m,且功率对该探测深度的影响不大;压力对介电特性测量结果显示,介电特性随着压力增大而增大,超过一定压力阈值之后测量结果基本不随压力变化,且该压力阈值与待测体模相关。上述影响因素的研究对于生物组织介电特性的测量应用具有指导作用。人体组织介电特性的临床测量中,研究了结直肠的恶性组织黏膜面与浆膜面、癌旁1cm、3 cm以及正常组织黏膜面与浆膜面之间的介电特性差异。利用网络分析仪AV3656A在50 MHz-3 GHz频段上对39例结直肠癌患者的新鲜离体标本的恶性组织黏膜面与浆膜面、癌旁1 cm、3 cm以及正常组织黏膜面与浆膜面的介电特性分别进行测量,然后分别分析其对应的介电特性之间的差异。结果显示恶性组织黏膜面介电特性高于癌旁1 cm、3 cm及正常组织黏膜面的介电特性并且存在显著性差异(P0.01);正常组织黏膜面与浆膜面介电特性不存在显著性差异(P>0.01)。本研究成果有望通过组织介电特性来实现术中结直肠恶性组织边缘检测及评估,具有重要的临床应用价值。此外,研究结果对磁共振介电特性断层成像及肿瘤热消融技术的发展具有一定的基础性作用。

关键词：介电特性开端同轴探头法输出功率测量误差探测深度结直肠组织

人体组织介电特性测量感应范围研究及在乳腺组织中的应用探索

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人体组织介电特性测量感应范围研究及在乳腺组织中的应用探索

作者：刘永泓南方医科大学

学位级别：硕士

组织介电特性指生物组织在电磁场作用下,对电磁能的存储与耗散能力,通常以相对介电常数εr及电导率σ(S/m)表示,作为生物组织的基本物理参数,组织介电特性可以反映组织生理病理状态的变化。肿瘤组织与正常组织间介电特性普遍存在差异。... 详细信息

组织介电特性指生物组织在电磁场作用下,对电磁能的存储与耗散能力,通常以相对介电常数εr及电导率σ(S/m)表示,作为生物组织的基本物理参数,组织介电特性可以反映组织生理病理状态的变化。肿瘤组织与正常组织间介电特性普遍存在差异。通过测量组织的介电特性参数,可以为区分良恶性组织提供参考信息。现阶段在体测量组织间介电特性差异的临床应用包括:术中恶性组织边缘实时检测,磁共振电特性断层成像技术(MR EPT)、微波乳腺成像技术等。开端同轴探头法作为测量组织介电特性的常用方法,已经在相当多的组织介电特性研究中得到广泛应用。但是该方法的感应范围仍缺乏详细报道,本研究重点讨论开端同轴探头法的感应范围与影响因素,包括开端同轴探头尺寸、网络分析仪输出功率和被测物介电特性,并设计了乳腺组织介电特性在体测量方案。术中恶性组织边缘实时检测技术通过测量目标区域组织介电特性,辅助医生判断目标组织区域病理状态,进而判断切缘位置以及切除范围,为患者最大程度保留良性组织以期获得较好的预后,而人体组织介电特性测量范围直接影响测量结果的准确性,为此我们研究了影响测量范围的诸多因素。我们探索了输出功率与测量误差的关系,当网络分析仪输出功率小于-10dBm,其误差范围不能满足区分不同组织介电特性的要求,增加功率会一定程度地增加感应范围,理论分析和仿真实验表明感应范围与探头直径正相关,感应范围实际测量实验表明,对于直径3.58mm的开端同轴探头,15dBm下在去离子水和乙醇中的感应深度对比-10dBm下的感应深度分别提高7.9%、9.8%。我们探索了乳腺介电特性测量技术在体鉴别乳腺癌的可行性,以及乳腺介电特性在体测量系统的设计方案,并在COMSOL5.6中建立了多层组织复合介电特性模型,后利用一种可用于人体组织实现阻抗匹配的贴片天线,在宽频带上对含有正常乳腺组织和含有乳腺癌组织的模型进行了反射系数S11仿真。仿真结果表明当模型皮下脂肪中含有乳腺癌组织,其S11曲线与不含乳腺癌组织S11曲线相比,其谐振频率及对应峰值会发生变化,当贴片天线位于水平排列的乳腺模型上方时,S11曲线变化明显。为了满足乳腺介电特性在体测量的测试需求,我们设计并制作了一种与乳腺解剖结构相似的介电特性体模,用于乳腺介电特性在体测量及辅助乳腺癌电特性断层成像技术的开发。本研究成果可以应用到临床术中恶性组织边缘实时检测,也为乳腺癌早期筛查提供一种新的无创检测方法,并可为磁共振电特性乳腺断层成像技术提供支持。

关键词：组织介电特性开端同轴探头法感应范围介电特性在体测量组织介电特性体模

介电特性测量技术在肝癌诊断与治疗中的研究进展

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赣南医学院学报 2024年第6期44卷 628-633页

作者：陈帅黄强汪舒怡廖宇鹏赣南医科大学医学信息工程学院江西赣州341000 广州医科大学附属第一医院设备科广东广州510000

介电特性是生物组织在电磁场作用下表现出的固有物理属性。细胞癌变引起细胞膜的组成和通透性的改变,导致肿瘤组织表现出较高的介电特性。由于常规肝脏筛查指标的敏感性和特异度不高,因此可以利用生物组织介电特性作为一种新的生物标志... 详细信息

介电特性是生物组织在电磁场作用下表现出的固有物理属性。细胞癌变引起细胞膜的组成和通透性的改变,导致肿瘤组织表现出较高的介电特性。由于常规肝脏筛查指标的敏感性和特异度不高,因此可以利用生物组织介电特性作为一种新的生物标志物用于肝癌快速准确鉴别。本文首先介绍了组织介电特性测量常用方法,在此基础上总结了介电特性测量在肝癌诊断和射频消融中的研究进展,最后对介电特性测量技术的未来发展及其临床实践的改进方向进行了展望。

关键词：肝肿瘤介电特性射频消融开端同轴探头法

一种实现术中实时在体组织良恶性鉴别检测的创新医疗设备系统

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中国医疗设备 2016年第5期31卷 19-22,29页

作者：辛学刚厉周蓝茂英严晨万旺刘晓兰邓官华段松南方医科大学生物医学工程学院广东广州510515 南方医科大学珠江医院广东广州510282

该文介绍了一种基于开端同轴探头法测量组织介电特性的术中实时在体组织良恶性鉴别检测设备系统,分别从测量原理、硬件系统结构和系统软件设计三个方面进行介绍。该设备系统整体上属于原创,运用该设备系统可以在胃肠肿瘤、乳腺肿瘤等术... 详细信息

该文介绍了一种基于开端同轴探头法测量组织介电特性的术中实时在体组织良恶性鉴别检测设备系统,分别从测量原理、硬件系统结构和系统软件设计三个方面进行介绍。该设备系统整体上属于原创,运用该设备系统可以在胃肠肿瘤、乳腺肿瘤等术中实时在体检测可疑部位组织的介电特性。由于组织癌变后其介电特性往往变化较大,故通过检测待测部位组织的介电特性即可实现术中实时在体组织良恶性的鉴别诊断。通过介电特性已知的标准液的测量验证,该设备具有较高的测量精度。本课题组已运用该设备在临床开展了近200例包括乳腺癌、胃癌、结直肠癌肿瘤患者的病灶组织检测,通过与病理检测结果对照,表明运用该设备系统完全可以实现术中实时在体组织良恶性鉴别检测。

关键词：介电特性开端同轴探头法组织良恶性鉴别检测