一种基于生物阻抗的蒸汽消融实时疗效评估方法技术

本发明专利技术公开了一种基于生物阻抗的蒸汽消融实时疗效评估方法，包括如下步骤：S1、搭建应用于蒸汽消融实时疗效评估的生物阻抗采集装置；S2、获得消融过程中生物阻抗实时变化数据；S3、根据生物阻抗的变化评估蒸汽消融的实时疗效。本发明专利技术的有益效果为：(1)本发明专利技术通过测量生物阻抗间接反映消融部位阻值的凝固和撕裂情况，相比单点温度测量，生物阻抗能够反映两片铜箔电极间一片区域的消融效果；(2)本发明专利技术采用若干分立元件实现阻抗测量，容易将阻抗测量功能集成至已有仪器的主控板；(3)本发明专利技术对评判肿瘤蒸汽消融的实时疗效具有重大意义。判肿瘤蒸汽消融的实时疗效具有重大意义。判肿瘤蒸汽消融的实时疗效具有重大意义。

A real-time efficacy evaluation method of steam ablation based on bio impedance

【技术实现步骤摘要】
一种基于生物阻抗的蒸汽消融实时疗效评估方法


[0001]本专利技术涉及肿瘤消融治疗
，尤其是一种基于生物阻抗的蒸汽消融实时疗效评估方法。

技术介绍

[0002]肿瘤蒸汽消融是指将高温蒸汽通入肿瘤组织，利用蒸汽的高温使肿瘤细胞失活的热消融疗法。传统的热消融术包括射频消融，微波消融，激光消融。但是，上述的热消融术都存在消融中心区域组织碳化的问题，碳化组织会引起病人术后全身炎症反应以及高烧等不良反应，并且会在拔针过程中对周边组织形成挤压导致出血。而蒸汽消融的消融中心区域不会超过130℃，可以避免传统的热消融造成的碳化问题。
[0003]目前临床上主要把温度作为肿瘤细胞灭活的判定因子，把热敏元件插入患者体内测量消融部位的温度，当温度达到60℃时认定组织细胞已经坏死。但该方法只能测量探头局部的温度，不能反映消融区域的整体温度，因此不能反映消融区域组织整体灭活情况。寻找更为准确的评估因子实现疗效实时评估成为精准消融的关键。
[0004]生物电阻抗技术是利用生物组织与器官的电特性及其变化规律提取与人体生理、病理状况相关的生理信息的检测技术。从微观上讲，细胞由细胞膜和细胞内液组成，而细胞间充满着细胞外液。钾离子、钠离子和蛋白质等构成的电解液是细胞内液和细胞外液的主要成分，因此可以等效为电阻成分；细胞膜由磷脂双分子层和蛋白质构成，可以等效为电容成分。由此，细胞内液、细胞膜和细胞外液构成了三元件生物阻抗模型。从宏观上讲，生物组织由大量细胞构成，测量人体组织的生物阻抗能反映电极间生物组织的生理情况。
[0005]在蒸汽消融的过程中，随着温度的升高细胞膜破裂，细胞内液从细胞中逸出；随着消融的继续进行，蒸汽气流会撕裂消融中心区域组织形成空腔，对人体造成危害，此时应停止蒸汽消融。蒸汽消融过程生物阻抗的变化和生物组织的凝固和撕裂存在显著关联。
[0006]目前市场上不乏高测量精度和宽测量范围的阻抗测量仪器，但是价格昂贵，体积庞大，缺乏上位机接口，不能集成到已有的仪器内，无法对阻抗数据进行后续处理。

技术实现思路

[0007]本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种基于生物阻抗的蒸汽消融实时疗效评估方法，能够反映两片铜箔电极间一片区域的消融效果，对评判肿瘤蒸汽消融的实时疗效具有重大意义。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于生物阻抗的蒸汽消融实时疗效评估方法，包括如下步骤：
[0009](1)搭建应用于蒸汽消融实时疗效评估的生物阻抗采集装置；
[0010](2)获得消融过程中生物阻抗实时变化数据；
[0011](3)根据生物阻抗的变化评估蒸汽消融的实时疗效。
[0012]优选的，步骤(1)中，生物阻抗采集装置包括铜箔电极、阻抗测量电路和ARM微控制
器；铜箔电极通过导线连接阻抗测量电路，ARM微控制器控制阻抗测量电路进行阻抗测量并计算得到阻抗值，ARM微控制器通过通信模块将阻抗发送至上位机进行显示。
[0013]优选的，铜箔电极附着在蒸汽消融针表面；其中一个铜箔电极附着在蒸汽消融针前端开孔后端5mm处，另一个铜箔电极附着在前端开孔后端15mm处，两者间距10mm；两个铜箔电极分别通过导线连接到生物阻抗测量电路板上。
[0014]优选的，阻抗测量电路包含激励信号发生电路，响应电压测量电路，响应电流转换电路和ADC驱动电路；激励信号发生电路采用直接数字合成器AD9833发出正弦激励信号，并通过高通滤波器去除直流成分，再经过精密运算放大器AD8638组成的低通滤波器滤除高频成分并提升负载驱动能力；响应电压测量电路采用程控增益放大器AD8251测量待测组织两端的电压差；响应电流转换电路采用精密运算放大器AD8638，模拟开关ADG659和程控增益放大器AD8251，将响应电流转换为可供模数转换器(ADC)测量的电压量，同时可以在较大范围内调节增益；电平抬升电路采用低噪声放大器OPA365，将电压调整至ADC的测量范围内并进行抗混叠滤波。
[0015]优选的，ARM微控制器选用STM32H743VIT6，主频为480MHz，内含双精度浮点运算单元(FPU)可以加速FFT运算；ARM微控制器采用串行外设接口SPI与AD9833进行通信，控制AD9833发出指定频率的正弦激励信号；ARM微控制器控制程控增益放大器AD8251和模拟开关ADG659，改变响应电压测量电路和响应电流转换电路的信号放大倍数以便ADC采样。
[0016]优选的，通信模块选用CH340C USB转串口芯片，波特率设置为115200bps。
[0017]优选的，步骤(2)中，铜箔电极附着在蒸汽消融针表面，随着蒸汽消融针送入离体生物组织内部；两个铜箔电极分别通过导线连接到生物阻抗测量电路板上；蒸汽消融开始时，打开蒸汽发生器同时启动阻抗测量；ARM微控制器计算阻抗并发送至上位机以供阻抗信息读取和存储；阻抗计算具体为：
[0018]设待测阻抗响应电压为U
x
，程控增益放大器U3的增益为A1，则响应电压测量电路的输出电压U
O1
为：
[0019]U
O1
＝A1U
x
[0020]设待测阻抗响应电流为I
x
，接入运放U4的反馈回路的电阻为R
TIA
，程控增益放大器U6的增益为A2，则响应电流转换电路的输出电压U
O2
为：
[0021]U
O2
＝I
x
R
TIA
A2[0022]ADC分别测量电压U
O1
和U
O2
，采用下式可以计算待测阻抗Z
x
：
[0023][0024]ADC的测量结果经过微控制器的FFT运算后，得到实部r和虚部i，以响应电压为例，响应电压的幅值和相位分别为：
[0025][0026][0027]同理可得响应电流的幅值和相位，由此可得阻抗的幅值和相位：
[0028][0029]θ
X
＝θ
U
‑
θ
I
。
[0030]优选的，步骤(3)中，随着蒸汽消融的进行，由于温度逐渐升高细胞膜破裂，细胞内液从细胞中逸出，消融部位的阻抗逐渐降低至约400Ω；到一定时刻，蒸汽气流撕裂生物组织形成空腔，电极不再接触生物组织，可认为负载阻抗开路，阻抗显著上升；阻抗上升到一定阈值后，认为空腔过大并切断蒸汽输出，保护其他组织不受伤害。
[0031]本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术通过测量生物阻抗间接反映消融部位阻值的凝固和撕裂情况，相比单点温度测量，生物阻抗能够反映两片铜箔电极间一片区域的消融效果；(2)本专利技术采用若干分立元件实现阻抗测量，容易将阻抗测量功能集成至已有仪器的主控板；(3)本专利技术对评判肿瘤蒸汽消融的实时疗效具有重大意义。
附图说明
[0032]图1为本专利技术的方法流程示意图。
[0033]图2为本专利技术的采集装本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于生物阻抗的蒸汽消融实时疗效评估方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)搭建应用于蒸汽消融实时疗效评估的生物阻抗采集装置；(2)获得消融过程中生物阻抗实时变化数据；(3)根据生物阻抗的变化评估蒸汽消融的实时疗效。2.如权利要求1所述的基于生物阻抗的蒸汽消融实时疗效评估方法，其特征在于，步骤(1)中，生物阻抗采集装置包括铜箔电极、阻抗测量电路和ARM微控制器；铜箔电极通过导线连接阻抗测量电路，ARM微控制器控制阻抗测量电路进行阻抗测量，计算得到阻抗值，ARM微控制器通过通信模块将阻抗发送至上位机进行显示。3.如权利要求2所述的基于生物阻抗的蒸汽消融实时疗效评估方法，其特征在于，铜箔电极附着在蒸汽消融针表面；其中一个铜箔电极附着在蒸汽消融针前端出气口后5mm处，另一个铜箔电极附着在前端出气口后15mm处，两者间距10mm；两个铜箔电极分别通过导线连接到生物阻抗测量电路板上。4.如权利要求2所述的基于生物阻抗的蒸汽消融实时疗效评估方法，其特征在于，阻抗测量电路包含激励信号发生电路，响应电压测量电路，响应电流转换电路和ADC驱动电路；激励信号发生电路采用直接数字合成器AD9833发出正弦激励信号，并通过高通滤波器去除直流成分，再经过精密运算放大器AD8638组成的低通滤波器滤除高频成分并提升负载驱动能力；响应电压测量电路采用程控增益放大器AD8251测量待测组织两端的电压差；响应电流转换电路采用精密运算放大器AD8638，模拟开关ADG659和程控增益放大器AD8251，将响应电流转换为可供模数转换器测量的电压量，同时在较大范围内调节增益；电平抬升电路采用低噪声放大器OPA365，将电压调整至ADC的测量范围内并进行抗混叠滤波。5.如权利要求2所述的基于生物阻抗的蒸汽消融实时疗效评估方法，其特征在于，ARM微控制器选用STM32H743VIT6，主频480MHz；ARM微控制器采用串行外设接口SPI与AD9833进行通信，控制正弦激励信号的频率；ARM微控制器采用ADC读取响应信号，并对其进行快速傅里叶变换，将FFT变换的得到的电压和电流实部和虚部值换算为阻抗。6.如权利要求2所述的基于生物阻抗的蒸汽消...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱志余，唐千舜，晋晓飞，钱露，吴鑫，李梦雪，李军乐，宋毅，徐逸轩，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：