基于交叉四电极法的胸腔电阻抗无创检测方法技术

本发明专利技术涉及一种基于交叉四电极法的胸腔电阻抗无创检测方法，属于医用检测技术领域。该方法具体包括：S1：确定检测频率；S2：确定检测幅值，在同一个电流流入方向连续进行不同幅值的测量，得到每次检测的测量值；S3：求取均值作为该电流流入方向上的测量值，计算得到对应的胸腔电阻抗测量均值；S4：在同一个电流流入方向上的测试结束后，通过改变电极阵列的分布，重复步骤S2的测量，共进行四种检测模式的测量；S5：根据测得的各电流路径的胸腔电阻抗测量均值，计算得到综合胸腔电阻抗测量均值。本发明专利技术检测成本低、交叉感染风险小、检测成功率高、检测结果准确。

【技术实现步骤摘要】
基于交叉四电极法的胸腔电阻抗无创检测方法
本专利技术属于医用检测
，涉及一种基于交叉四电极法的胸腔电阻抗无创检测方法。
技术介绍
现有技术中，常见肺功能检测方案主要有两种方式：第一种是容量测定型，仪器通过测量与检测者呼吸道相连的浮筒或者活塞腔体的气体体积变化，从而实现对肺部气体体积变化规律的检测；第二种是流量测定型，仪器通过测定流过截面积一定的气体流量，再对时间积分得到呼吸气体体积，从而实现对肺部气体体积变化的检测。上述两种检测方法都存在着一些不可忽视的问题。1)使用容量测定型检测仪进行检测时，其浮筒的惯性与活塞运动时的摩擦力会导致测量结果失真严重。再者，浮筒与活塞的储气腔体与呼吸管道在使用中会被重复利用，交叉感染风险极大。2)流量测定型检测仪较容量测定型检测仪准确度更高，仪器价格与耗材比较昂贵；测试过程中部分气道仍会被重复利用，仍有一定的交叉感染风险。由于这两种常见的肺功能检测仪都需要将呼吸气道与仪器测量气道相连，不可避免的都存在交叉感染的隐患。患者在测量中还会产生不适感，导致检测时依从性较差。为了避免在检测过程中导致有可能发生的交叉感染问题，可利用生物电阻抗技术实现胸腔电阻抗与肺功能检测。生物电阻抗的测量方法有电桥法、双电极法、四电极法等测量方法。电桥法存在调节范围小、精度低等问题；双电极法存在电流分布不均、检测时存在的极化现象对检测信号产生干扰等问题；传统的四电极法测量生物阻抗时，虽然减少了电流分布不均所引起的测量误差，可以近似认为电极与皮肤间的接触电阻对测量结果没有影响，也一定程度降低极化现象，但由于电极位置是固定的，测量结果仅为一个方向上的等效阻抗，无法体现由于生物组织的各向异性所导致的不同检测方向测量的胸腔电阻抗结果不同的特点。针对肺功能检测技术所存在的检测成本高、交叉感染风险大等问题以及生物电阻抗技术在检测胸腔电阻抗时存在的各类测量问题，本次提出一种改进传统四电极法的胸腔电阻抗无创检测方法。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于交叉四电极法的肺功能快速无创检测方法及装置，利用该检测装置可实现从多个方向快速测量胸腔电阻抗，解决现有生物电阻抗测量系统存在的检测精度低、测量方向单一以及切换模式复杂等问题。本专利技术方法实现快速多方向测量功能，有效完善测量参数系统，能够得到更为精准的胸腔电阻抗与肺功能的测量结果。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于交叉四电极法的胸腔电阻抗无创检测方法，利用四个电极分别置于人体胸腔的正前方、正后方、正左方、正右方，使用开关阵列实现任意一个电极的功能转换，检测过程中共有设有一对注入电流电极和一对电压测量电极，应用四种检测模式进行胸腔电阻抗测量，具体包括以下步骤：S1：确定检测频率，具体包括：根据生物组织电导率与检测频率的关系，确定胸腔电阻抗测量所需的测量电流频率；S2：在同一个电流流入方向连续进行不同幅值的测量，得到每次检测的测量值；具体包括：根据人体对不同幅值下电流激励的反应现象，确定胸腔电阻抗检测所需的测量电流幅值；电流从设定的注入电极流入人体，从设定的测量电极进行电压测量；S3：求取均值作为该电流流入方向上的测量值，计算得到对应的胸腔电阻抗测量均值；S4：在同一个电流流入方向上的测试结束后，通过改变电极阵列的分布，重复步骤S2的测量，共进行四种检测模式的测量，减少由于生物组织各向异性导致的测量误差；S5：根据测得的各电流路径的胸腔电阻抗测量均值，计算得到在设定的电流频率和电流幅值下的综合胸腔电阻抗测量均值。进一步，步骤S1中，确定胸腔电阻抗检测所需的测量电流频率设定在64KHz-1MHz，具体设为64KHz、96KHz、128KHz、256KHz、512KHz、700KHz、1MHz。进一步，步骤S2中，确定胸腔电阻抗检测所需的测量电流幅值设定在500μA-1.5mA，具体设为500μA、1mA、1.5mA。进一步，步骤S1中，胸腔电阻抗测量中，胸腔包括以下四类：第一类生物组织：肌肉、心脏和肺脏，等效电路模型通过生物组织等效模型描述；其等效集中参数总阻抗为：其中，Zc表示含大量细胞的组织器官的等效阻抗，Ri表示器官的等效内电阻，Re表示器官的等效外电阻，Cm表示器官的等效膜电容；第二类生物组织：皮肤、皮下组织与脂肪组织，用含皮肤接触电阻的生物组织简化等效电路模型表示；其等效集中参数总阻抗为：其中，Zs为含皮肤接触电阻的生物组织等效阻抗，R′i表示生物组织的等效内电阻，R′e表示生物组织的等效外电阻，Cm表示生物组织的等效膜电容，Rc表示电极与皮肤之间接触的等效电阻，Cc表示电极与皮肤之间接触的等效电容，Cf表示脂肪组织的等效电容；第三类生物组织：血液，用电阻电容并联的电路模型来表示，其等效集中参数总阻抗为：其中，Zb为等效电阻，Rb表示血液的等效电阻，Cb表示血液的等效电容；第四类生物组织：骨骼，骨骼对于胸腔电阻抗的影响忽略不计。进一步，所述检测模式根据电流流入方向分为四种，具体包括：检测模式一：两个注入电流电极分别靠近心脏端和骨骼端；两个电压测量电极分别靠近左肺端和右肺端；检测模式二：两个注入电流电极分别靠近左肺端和右肺端；两个电压测量电极分别靠近心脏端和骨骼端；检测模式三：两个注入电流电极分别靠近心脏端和左肺端；两个电压测量电极分别靠近骨骼端和右肺端；检测模式四：两个注入电流电极分别靠近骨骼端和右肺端；两个电压测量电极分别靠近心脏端和左肺端。进一步，步骤S2中，1)当注入电流电极和电压测量电极以检测模式一状态分布时，有四种电流路径：第一种是电流通过皮肤与皮下组织从一个注入电极到另一个注入电极；第二种是电流通过等效血液层从一个注入电极到另一个注入电极；第三种是电流通过等效肌肉层从一个注入电极到另一个注入电极；第四种是电流通过皮肤与皮下组织、等效血液层、等效肌肉层、左右肺从一个注入电极到另一个注入电极，其表达式为：Z1＝Zs//Zb//Zm//(Zs+Zb+Zm+Zll+Zrl)2)当注入电流电极和电压测量电极以检测模式二状态下分布时，有三种电流路径：第一种是电流通过皮肤与皮下组织从一个注入电极到另一个注入电极；第二种是电流通过皮肤与皮下组织、等效血液层、等效肌肉、心脏、左右肺从一个注入电极到另一个注入电极；第三种是电流通过等效血液层从一个注入电极到另一个注入电极，其表达式为：Z2＝Zs//Zb//(Zs+Zb+Zm+Zll+Zrl+Zh)3)当注入电流电极和电压测量电极以检测模式三或四状态下分布时，有四种电流路径：第一种是电流通过皮肤与皮下组织从一个注入电极到另一个注入电极；第二种是电流通过等效血液层一个注入电极到另一个注入电极；第三种是电流通过皮肤与皮下组织、等效血液层、等效肌肉层、左右肺从一个注本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于交叉四电极法的胸腔电阻抗无创检测方法，其特征在于，该方法是利用四个电极分别置于人体胸腔的正前方、正后方、正左方、正右方，使用开关阵列实现任意一个电极的功能转换，检测过程中共有设有一对注入电流电极和一对电压测量电极，应用四种检测模式进行胸腔电阻抗测量，具体包括以下步骤：/nS1：确定检测频率，具体包括：根据生物组织电导率与检测频率的关系，确定胸腔电阻抗测量所需的测量电流频率；/nS2：在同一个电流流入方向连续进行不同幅值的测量，得到每次检测的测量值；具体包括：根据人体对不同幅值下电流激励的反应现象，确定胸腔电阻抗检测所需的测量电流幅值；电流从设定的注入电极流入人体，从设定的测量电极进行电压测量；/nS3：求取均值作为该电流流入方向上的测量值，计算得到对应的胸腔电阻抗测量均值；/nS4：在同一个电流流入方向上的测试结束后，通过改变电极阵列的分布，重复步骤S2的测量，共进行四种检测模式的测量，减少由于生物组织各向异性导致的测量误差；/nS5：根据测得的各电流路径的胸腔电阻抗测量均值，计算得到在设定的电流频率和电流幅值下的综合胸腔电阻抗测量均值。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于交叉四电极法的胸腔电阻抗无创检测方法，其特征在于，该方法是利用四个电极分别置于人体胸腔的正前方、正后方、正左方、正右方，使用开关阵列实现任意一个电极的功能转换，检测过程中共有设有一对注入电流电极和一对电压测量电极，应用四种检测模式进行胸腔电阻抗测量，具体包括以下步骤：
S1：确定检测频率，具体包括：根据生物组织电导率与检测频率的关系，确定胸腔电阻抗测量所需的测量电流频率；
S2：在同一个电流流入方向连续进行不同幅值的测量，得到每次检测的测量值；具体包括：根据人体对不同幅值下电流激励的反应现象，确定胸腔电阻抗检测所需的测量电流幅值；电流从设定的注入电极流入人体，从设定的测量电极进行电压测量；
S3：求取均值作为该电流流入方向上的测量值，计算得到对应的胸腔电阻抗测量均值；
S4：在同一个电流流入方向上的测试结束后，通过改变电极阵列的分布，重复步骤S2的测量，共进行四种检测模式的测量，减少由于生物组织各向异性导致的测量误差；
S5：根据测得的各电流路径的胸腔电阻抗测量均值，计算得到在设定的电流频率和电流幅值下的综合胸腔电阻抗测量均值。


2.根据权利要求1所述的胸腔电阻抗无创检测方法，其特征在于，步骤S1中，确定胸腔电阻抗检测所需的测量电流频率设定在64KHz-1MHz，具体测量电流频率设为64KHz、96KHz、128KHz、256KHz、512KHz、700KHz、1MHz。


3.根据权利要求1所述的胸腔电阻抗无创检测方法，其特征在于，步骤S2中，确定胸腔电阻抗检测所需的测量电流幅值设定在500μA-1.5mA，具体测量电流幅值设为500μA、1mA、1.5mA。


4.根据权利要求1所述的胸腔电阻抗无创检测方法，其特征在于，步骤S1中，胸腔电阻抗测量中，胸腔包括以下四类：
第一类生物组织：肌肉、心脏和肺脏，等效电路模型通过生物组织等效模型描述；其等效集中参数总阻抗为：



其中，Zc表示含大量细胞的组织器官的等效阻抗，Ri表示器官的等效内电阻，Re表示器官的等效外电阻，Cm表示器官的等效膜电容；
第二类生物组织：皮肤、皮下组织与脂肪组织，用含皮肤接触电阻的生物组织简化等效电路模型表示；其等效集中参数总阻抗为：



其中，Zs为含皮肤接触电阻的生物组织等效阻抗，R′i表示生物组织的等效内电阻，R′e表示生物组织的等效外电阻，Cm表示生物组织的等效膜电容，Rc表示电极与皮肤之间接触的等效电阻，Cc表示电极与皮肤之间接触的等效电容，Cf表示脂肪组织的等效电容；
第三类生物组织：血液，用电阻电容并联的电路模型来表示，其等效集中参数总阻抗为：



其中，Zb为等效电阻，Rb表示血液的等效电阻，Cb表示血液的等效电容；
第四类生物组织：骨骼。


5.根据权利要求4所述的胸腔电阻抗无创检测方法，其特征在于，所述检测模式根据电流流入方...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪金刚，闫阳天，张一鸣，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50