一种阻抗胃动力信号模拟及检测的方法，采用具有两种不同电导率的弹性固态介质和液态介质模拟胃及包围它的组织，通过拨叉压迫弹性固态介质，使之产生形变，电机在机械电控单元的控制下带动拨叉按照预定的模式沿弹性固态介质移动，产生形变的传播，模拟胃的蠕动过程。从激励电极注入电流，液态和固态介质的边界形变引起场域电导率分布的变化，从检测电极测量边界电压的变化，经放大、解调和变换后，输入计算机进行阻抗信号的计算和分析，采用灵敏度系数法计算电导率变化引起的阻抗变化。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及生物医 学信号检测领域，主要用于生物电阻抗胃动力检测研究中胃 运动及电阻抗信号变化的模拟。
技术介绍
医学电阻抗技术是一种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、病理状况相关的生物医学信息的检测技术。它通常借助置于体表的电极系统向检 测对象注入微小的交流测量电流或电压，检测相应的电阻抗及其变化情况，然后根据不 同的应用目的，获取相关的生理和病理信息。胃的运动是一个复杂的电活动-机械收缩和传导的过程，它由胃平滑肌的肌电 活动开始，形成纵向、环形平滑肌的移行性收缩，引发胃体、胃窦收缩并向远端的幽门 传播。它遵从电活动的节律，也取决于传导性收缩的幅度、时限、方向以及传导距离等 因素的影响，同时还受到食物种类、胃肠激素反应、昼间变异等多种因素的制约。胃是人体内比较容易提取电阻抗信息的器官之一，在胃的活动期，如胃排空或 胃收缩、蠕动时，由于胃的形态、容积及其内容物组成情况的改变较大，其电特性变化 非常明显，变化规律与胃动力学状况相对应，相关性强。采用生物阻抗方法可以实现无 仓|J、灵敏、准确地提取与胃动力学状况相对应的电特性及其变化信息。胃体处于其它器官和组织的包围中，生物电阻抗胃动力检测是通过放置于上腹 部体表的电极来实现的，即从激励电极注入和流出的电流在人体上腹区域形成一个相对 稳定的电场，并在体表产生一个电位分布。由于胃壁及胃内容物与周围器官和组织的电 导率不同，当胃收缩、蠕动时，就会对这个相对稳定的电场产生扰动，从而改变前述电 场的分布，形成新的电场，并会将这个变化反映到体表的电位分布上。检测系统通过放 置于胃在体表投影位置上的检测电极，测量体表的电位变化，就能够感知体内阻抗的变 化，反映胃体的收缩与蠕动。实际上，心脏的跳动、呼吸和体位运动等均会产生相应的 阻抗变化，但我们可以根据胃运动的频率特征将胃动力阻抗信号提取出来。综上所述，胃动力阻抗信号的产生是一个复杂的过程，是时变的非线性信号， 不能用线性网络元件模拟。但在生物电阻抗胃动力检测的研究以及检测仪器的调试、校 准工作中，仍然需要能够模拟胃运动阻抗变化的方法。在目前的生物电阻抗检测研究中，普遍使用电阻_电容网络来模拟被测生物组 织的电阻抗特性及其变化，采用二维或三维电阻-电容网络构成被测组织的基本电阻抗 特性，然后使用电阻_电容插件模块来改变局部的电阻抗特性，以模拟组织内部的阻抗 特异性区域，这种方法在电阻抗断层成像、电阻抗人体成分分析等领域广泛应用。但 是，在生物电阻抗胃动力检测中如果采用电阻_电容网络来模拟胃肠组织的蠕动，则会 产生如下问题第一，根据生物电阻抗胃动力检测的原理，该方法是利用不同器官和组织的电 导率不同而实现的。由于胃肠基本处于其他器官和组织的包围中，其运动都是由自身的平滑肌(纵行的，环形的)收缩引起的，在体表(边界)上没有明显的外部运动，即其阻 抗变化是在边界固定的前提下，由具有不同电导率的器官或组织的相邻界面移动而产生 的。因此，用线性电阻-电容网络来模拟这种变化是非常困难的。第二，生物电阻抗胃动力检测不同于电阻抗断层成像、电阻抗人体成分分析等 静态检测，胃肠蠕动是消化过程中沿消化道行进的波动，所产生的阻抗变化在时间和空 间上都是变化的，要模拟这样的阻抗变化，其实现也是非常复杂的。为了解决上述问题，本专利技术提出一种电阻抗胃动力信号模拟的方法
技术实现思路
本专利技术提出的胃动力信号模拟方法，是采用在具有不同电导率的固态和液态介 质的交界面施加压力，造成界面的机械蠕动，以模拟脏器运动形成的电阻抗变化，并可 通过分布在介质外周的电极检测该变化。该方法使用一个水槽，水槽内注入某一电导率的液体，槽壁上安置一对激励电 极和多个电阻抗测量电极，电极通过槽壁上的孔与槽内的液体实现电连接。在水槽内的 液体中放置一个具有不同于液体电导率的固态弹性体，并使其悬置在槽壁检测电极的附 近，这样就构成了具有两种不同电导率的固态和液态介质系统。当激励电极注入电流 时，电流从一个激励电极进入系统，流经固态和液态介质后，从另一个激励电极流出。 由于两种介质具有不同的电导率，会在被测区域内形成一个暂时稳定的电场，如附图说明图1所 示。当模拟胃运动时，用一只浸于液体介质中的细拨叉，压迫弹性固态介质，使之产生 形变，造成两种不同电导率介质之间的界面位移，从而使原电场分布发生改变，并引起 分布于边界上的检测电极的电位改变。这样，通过测量检测电极上的电位变化，在已知 形变量和电导率分布的条件下，按照下述方法可以计算出模拟的胃运动过程产生的阻抗 变化。Geselowitz的阻抗电场理论是计算容积导体内某一区域电导率的变化而引起的阻 抗变化的基本理论依据，也是电阻抗法测量胃动力的理论基础。设整个水槽区域的初始电导率分布为σ (X，y，ζ),由水槽内液态介质和固态介 质的电导率分布叠加而成。电极对(Α，B)和(C，D)贴放在区域的边界上。设Φ表 示激励电流U加到电极对(Α，B)上时区域的电压分布，C^d表示此时电极对(C，D) 测量到的电压。Ψ表示激励电流Iv加到电极对(C，D)上时区域的电压分布，ΨΑΒ表 示此时电极对(Α，B)测量到的电压。定义传输阻抗Z为^ 沴 CD ΨαβZ =—-=—— φ ιψ系统中固态介质在细叉的作用下产生形变后，在某一时刻，水槽区域内的电导 率变化可抽象为在原场域电导率分布σ (χ，y，ζ)上叠加了一个变化的电导率Δ σ (χ, y，ζ),变化后场域的电导率分布为σ (χ，y，ζ) + Δ σ (χ, y，ζ),会导致加在电极对 (A, B)上的激励电流I41在导体内重新分布，从而引起区域的电压分布从Φ (ο)变为 Φ(σ+Δ σ),传输阻抗由Z变为Ζ+ΔΖ，可以证明阻抗增量为ΔΖ = -Γ(1)U φ 'ψ在(1)式中，将电压分布的梯度!7(φ + 在σ处展开，有 权利要求1.一种阻抗胃动力信号模拟方法，该方法采用的硬件系统由激励电极、恒流源、检 测电极、水槽、液态介质、弹性固态介质、滑块、电机、丝杠、拨叉、机械电控单元、 检测系统和计算机构成，其特征是用具有两种不同电导率的弹性固态介质和液态介质模 拟胃及包围它的组织，从激励电极注入电流，建立电场，用拨叉压迫弹性固态介质，使 之产生形变，改变电场分布，拨叉由电机驱动沿弹性固态介质移动，引起形变的传播， 导致电场连续变化，产生胃动力阻抗变化信号。全文摘要一种阻抗胃动力信号模拟及检测的方法，采用具有两种不同电导率的弹性固态介质和液态介质模拟胃及包围它的组织，通过拨叉压迫弹性固态介质，使之产生形变，电机在机械电控单元的控制下带动拨叉按照预定的模式沿弹性固态介质移动，产生形变的传播，模拟胃的蠕动过程。从激励电极注入电流，液态和固态介质的边界形变引起场域电导率分布的变化，从检测电极测量边界电压的变化，经放大、解调和变换后，输入计算机进行阻抗信号的计算和分析，采用灵敏度系数法计算电导率变化引起的阻抗变化。文档编号A61B5/11GK102008304SQ20101053698公开日2011年4月13日 申请日期2010年11月10日 优先权日2010年11月10日专利技术者任超世, 沙洪, 王妍, 王磊, 赵舒, 邓娟 申请人:中国医学科学院生物医学工程研究所本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种阻抗胃动力信号模拟方法，该方法采用的硬件系统由激励电极、恒流源、检测电极、水槽、液态介质、弹性固态介质、滑块、电机、丝杠、拨叉、机械电控单元、检测系统和计算机构成，其特征是用具有两种不同电导率的弹性固态介质和液态介质模拟胃及包围它的组织，从激励电极注入电流，建立电场，用拨叉压迫弹性固态介质，使之产生形变，改变电场分布，拨叉由电机驱动沿弹性固态介质移动，引起形变的传播，导致电场连续变化，产生胃动力阻抗变化信号。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：赵舒，沙洪，王妍，邓娟，王磊，任超世，
申请(专利权)人：中国医学科学院生物医学工程研究所，
类型：发明
国别省市：12
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