一種微創(chuàng)測量直腸電阻抗的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種微創(chuàng)測量直腸電阻抗的方法，屬于生物組織電阻抗測量方法【技術(shù)領(lǐng)域】。在該方法中利用內(nèi)窺鏡、檢測電極、控制電路等組成的系統(tǒng)來進行腸道電阻抗的測量；檢測電極在腸道內(nèi)部呈水平切面和垂直剖面均勻分布，采用水平測量和垂直測量兩種方式相結(jié)合，從水平切面及垂直剖面上均可獲取直腸組織返回的電信號，根據(jù)這些電信號分別進行切面上的成像，進而組合形成空間三維圖形。該方法能夠有效地構(gòu)建三維成像模型，并在保證有效精度的前提下減小直接三維重構(gòu)的計算量；本方法的穩(wěn)定性、收斂性和圖像質(zhì)量都較高，測量方便，組合算法擴展性強。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種測量組織電阻抗的方法，特別涉及一種微創(chuàng)測量直腸電阻抗的方 法。 -種微創(chuàng)測量直腸電阻抗的方法

【背景技術(shù)】
[0002] 直腸癌是指位于齒狀線至乙狀結(jié)腸、直腸交界處之間的癌。是胃腸道中常見的惡 性腫瘤，發(fā)病率僅次于胃癌和食管癌，是大腸癌中最常見的一種（占60%左右）。絕大多數(shù) 病人在40歲以上，30歲以下者約占15%，男性較多見，男女之比為2-3 :1。
[0003] 直腸癌在臨床上早期常無癥狀，或者癥狀無特異，因而常不引起病員和初診醫(yī)師 的重視，且直腸癌的檢測技術(shù)也非常復(fù)雜。電阻抗成像是一種只需在物體表面進行測量， 而重構(gòu)出內(nèi)部阻抗分布的手段。它通過注入電流到一個目標區(qū)域建立電場，隨后對目標周 邊產(chǎn)生的電壓進行測量。傳統(tǒng)的電阻抗斷層成像技術(shù)中，電極的放置通常局限于某個平面， 然而，電阻抗成像本質(zhì)上是一個三維問題，其電流不局限于在某個平面上流動，因此，二維 圖像重建通常會產(chǎn)生偽像。而三維電阻抗成像的主要問題是：系統(tǒng)無法負擔復(fù)雜的算法，病 態(tài)性使得算法有時難以實現(xiàn)，尤其是在邊緣區(qū)域，最終造成重建圖像中目標位置難以判斷 或形狀扭曲。開放式電阻抗成像系統(tǒng)能夠很好地實現(xiàn)物體的表層阻抗判定，但是受制于探 測深度的因素，精度只能保證在2-3厘米的范圍內(nèi)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種微創(chuàng)測量直腸電阻抗的方法，該方法通過 交叉平面電極陣列系統(tǒng)，測量交錯的二維平面數(shù)據(jù)，能夠更有效地構(gòu)建三維成像模型，并在 保證有效精度的前提下減小了直接三維重構(gòu)的計算量。
[0005] 為達到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
[0006] -種微創(chuàng)測量直腸電阻抗的方法，在該方法中利用內(nèi)窺鏡、檢測電極、信號發(fā)生及 采集裝置來進行直腸電阻抗的測量；內(nèi)窺鏡用于實現(xiàn)定位并初步查看直腸內(nèi)的情況；檢測 電極固定安裝在內(nèi)窺鏡上，用于發(fā)送刺激電信號并接收直腸組織返回的電信號；信號發(fā)生 及采集裝置用于產(chǎn)生和接收電刺激信號，并對信號進行相應(yīng)處理；
[0007] 本方法中的檢測電極在直腸內(nèi)部呈水平切面和垂直剖面均勻分布，采用水平測量 和垂直測量兩種方式相結(jié)合，從水平切面及垂直剖面上均可獲取直腸組織返回的電信號， 根據(jù)這些電信號分別進行切面上的成像，進而組合形成空間三維圖形。
[0008] 進一步，所述水平測量采用混合正則化算法，垂直測量采用一步牛頓誤差重建算 法。
[0009] 進一步，在該方法中，通過檢測電極向直腸組織注入電流信號作為激勵，電流注入 的方式包括：相鄰電極電流注入和相對電極電流注入。
[0010] 進一步，在該方法中，還可以通過對檢測電極與直腸表面上任意接觸點進行激勵， 獲取其余任意位置間電信號，進而實現(xiàn)多種組合測量方式。
[0011] 進一步，在該方法中，還可以在內(nèi)窺鏡上設(shè)置氣囊，氣囊使檢測電極與腸道內(nèi)壁相 接觸，并在氣囊表面上安裝壓力傳感器，通過壓力傳感器來反饋檢測電極與腸道內(nèi)壁的接 觸程度。
[0012] 本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明所述方法通過交叉平面電極陣列系統(tǒng)，測量交錯 的二維平面數(shù)據(jù)，能夠更有效地構(gòu)建三維成像模型，并在保證有效精度的前提下減小直接 三維重構(gòu)的計算量。本算法的穩(wěn)定性、收斂性和圖像質(zhì)量都較高，測量方便，組合算法擴展 性強。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進行 說明：
[0014] 圖1為本發(fā)明所述方法的測量系統(tǒng)示意圖；
[0015] 圖2為實施例中垂直方向上腸道內(nèi)檢測電極示意圖；
[0016] 圖3為實施例中水平方向上腸道內(nèi)檢測電極示意圖；
[0017] 圖4為實施例中的腸道模型示意圖。

【具體實施方式】
[0018] 下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細的描述。
[0019] 圖1為本發(fā)明所述方法的測量系統(tǒng)示意圖，如圖所示，在該方法中利用內(nèi)窺鏡、檢 測電極、信號發(fā)生及采集裝置來進行直腸電阻抗的測量；內(nèi)窺鏡用于實現(xiàn)定位并初步查看 直腸內(nèi)的情況；檢測電極固定安裝在內(nèi)窺鏡上，用于發(fā)送刺激電信號并接收直腸組織返回 的電信號；信號發(fā)生及采集裝置用于產(chǎn)生和接收電刺激信號，并對信號進行相應(yīng)處理；
[0020] 本方法中的檢測電極在直腸內(nèi)部呈水平切面和垂直剖面均勻分布（如圖2和圖 3)，采用水平測量和垂直測量兩種方式相結(jié)合，從水平切面及垂直剖面上均可獲取直腸組 織返回的電信號，根據(jù)這些電信號分別進行切面上的成像，進而組合形成空間三維圖形。
[0021] 作為一種改進，在本實施例中，還可以在內(nèi)窺鏡上設(shè)置氣囊，氣囊使檢測電極與腸 道內(nèi)壁相接觸，并在氣囊表面上安裝壓力傳感器，通過壓力傳感器來反饋檢測電極與腸道 內(nèi)壁的接觸程度。
[0022] 在本實施例中，本方法中采用的裝置包括內(nèi)窺鏡、探測電極、壓力傳感器、氣囊、信 號發(fā)生及采集裝置；所述氣囊使探測電極與腸道內(nèi)壁相接觸，使用壓力傳感器來反饋二者 的接觸程度，薄膜氣囊具備較好伸縮性且對人體無害，充氣控制采用壓力反饋的方式，根據(jù) 不同大小的腸腔實現(xiàn)自適應(yīng)控制，對操作人員無特殊技能要求；信號發(fā)生及采集裝置部分 包括有：多頻恒流模塊，用來產(chǎn)生不同頻率的正弦波形，并實現(xiàn)恒流輸出，產(chǎn)生與激勵信號 同步的解調(diào)載波信號；電極選通模塊主要是控制電流注入和電壓測量；信號處理模塊對交 流信號進行處理，得到可用的成像數(shù)據(jù)；成像數(shù)據(jù)采集與通信模塊完成對直流電平的采集， 并將采集到的成像數(shù)據(jù)通過串口傳輸?shù)接嬎銠C上進行成像。
[0023] 系統(tǒng)工作的具體流程如下：1)采用通過附在內(nèi)窺鏡上的氣囊使探測電極與腸道 內(nèi)壁相接觸，使用壓力傳感器來反饋接觸程度，然后調(diào)節(jié)氣囊的充氣狀態(tài)，2) PC機運行，發(fā) 送指令給信號發(fā)生及采集裝置，產(chǎn)生激勵信號；3)激勵信號經(jīng)過信號預(yù)處理電路，轉(zhuǎn)換成 模擬激勵信號；4)信號發(fā)生及采集裝置通過PC指令獲得測量方式，選擇激勵電極組；5)由 所選的測量方式，控制模擬開關(guān)，獲取相應(yīng)測量電極間的電壓信號；6)所獲得的信號通過 信號濾波和模數(shù)轉(zhuǎn)換后，被傳送至外部處理裝置（PC機）進一步處理；7)根據(jù)測量方式，輪 換激勵電極組，輪換相應(yīng)測量電極組，依次測得所有信號；8)當相應(yīng)測量方式的所有激勵 及測量組合完成后，完成物體三維空間上的電阻抗圖像重構(gòu)。
[0024] 在本發(fā)明所述的方法中，采用了水平測量和垂直測量兩種方式，下面通過具體實 施例進行說明：
[0025] 圖4為本實施例中的腸道模型圖，其第一層距底部6mm，之后的每一層間隔為4mm。 從水平方向上看，電極被分布在了 3個不同的片層上，每層的8個電極等間距環(huán)狀地分布在 直腸模型周圍，該分布方式的良好對稱性可以提供精確可靠的測量結(jié)果。
[0026] 測量方式有兩種，一種是水平測量，一種是垂直測量。電流的注入方式也有兩種， 一種是相鄰注入，一種是相對注入。
[0027] 在垂直方向上，進行仿真的模擬圖為圖2,電流的注入方式選擇為相鄰注入，在垂 直的方向上，測量每條垂直線上兩端的兩個電極的電壓，如圖所示的電極1與電極3,電極4 與電極6等等，通過比較測量出的電壓的差異，能很快確定出異物所在的區(qū)域，如圖所示的 電極1與電極3之間，當確定異物所在的垂直線時，在對該條垂直線上的電極進行兩兩相鄰 測量，如圖所示的電極與電極2,電極2與電極3,可以確定出異物的位置在電極1與電極2 之間，進一步細化判斷異物所在的位置。
[0028] 在水平方向上，進行的仿真模擬圖為圖3,電流的注入方式依然采用相對注入， 在水平的方向上，測量每條水平線上相對的兩端上的兩個電極的電壓，如圖所示，先測量 layerf中的電極1與電極5之間的電壓，通過比較測量出的電壓的差異，能很快確定出異物 所在的區(qū)域，如圖所示為圖的下半部分，當確定異物所在的大致區(qū)域時，在對該條水平面上 的電極進行兩兩相鄰測量，如圖所示的電極1與電極2,電極2與電極3,電極3與電極4,電 極4與電極5,通過比較進一步細化判斷異物所在的位置在電極4與電極5之間，其他層的 電極測量與該層類似。
[0029] 在本方法中，還有一種方式是對任意不同平面層的兩個電極進行測量，對異物的 位置的與上述兩種方式類似。
[0030] 對圖像進行重構(gòu)：
[0031] 在水平方向上采用的是混合正則化算法，具體如下：
[0032] 對于二維場域Ω內(nèi)的EIT問題，其電導(dǎo)率與電位分布滿足Laplace方程：
[0033]

【權(quán)利要求】
1. 一種微創(chuàng)測量直腸電阻抗的方法，其特征在于：在該方法中利用內(nèi)窺鏡、檢測電極、 信號發(fā)生及采集裝置來進行直腸電阻抗的測量；內(nèi)窺鏡用于實現(xiàn)定位并初步查看直腸內(nèi)的 情況；檢測電極固定安裝在內(nèi)窺鏡上，用于發(fā)送刺激電信號并接收直腸組織返回的電信號； 信號發(fā)生及采集裝置用于產(chǎn)生和接收電刺激信號，并對信號進行相應(yīng)處理； 本方法中的檢測電極在直腸內(nèi)部呈水平切面和垂直剖面均勻分布，采用水平測量和垂 直測量兩種方式相結(jié)合，從水平切面及垂直剖面上均可獲取直腸組織返回的電信號，根據(jù) 這些電信號分別進行切面上的成像，進而組合形成空間三維圖形。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微創(chuàng)測量直腸電阻抗的方法，其特征在于：所述水平測 量采用混合正則化算法，垂直測量采用一步牛頓誤差重建算法。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微創(chuàng)測量直腸電阻抗的方法，其特征在于：在該方法中， 通過檢測電極向直腸組織注入電流信號作為激勵，電流注入的方式包括：相鄰電極電流注 入和相對電極電流注入。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種微創(chuàng)測量直腸電阻抗的方法，其特征在于：在該方法中， 還可以通過對檢測電極與直腸表面上任意接觸點進行激勵，獲取其余任意位置間電信號， 進而實現(xiàn)多種組合測量方式。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的一種微創(chuàng)測量直腸電阻抗的方法，其特征在于： 在該方法中，還可以在內(nèi)窺鏡上設(shè)置氣囊，氣囊使檢測電極與腸道內(nèi)壁相接觸，并在氣囊表 面上安裝壓力傳感器，通過壓力傳感器來反饋檢測電極與腸道內(nèi)壁的接觸程度。
【文檔編號】A61B5/053GK104055515SQ201410325476
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年7月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月4日
【發(fā)明者】冉鵬, 李章勇, 萬小勤, 林金朝, 王偉, 龐宇 申請人:重慶郵電大學(xué)