[發明專利]一種人體組織介電特性模擬材料的配置方法

有效

• 申請號: 201510319244.0
• 申請日: 2015-06-09
• 公開（公告）號: CN104897449B
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發明（設計）人: 辛學剛
• 申請（專利權）人: 南方醫科大學
• 主分類號: G01N1/28
• 分類號: G01N1/28
• 代理公司: 北京市盈科律師事務所11344
• 代理人: 馬麗麗,張瑞杰

技術領域

本發明涉及生物物理技術領域，具體涉及一種人體組織介電特性模擬材料的配置方法。

背景技術

物質在電磁場中表現出來的電磁特性可以看作是物質的固有屬性，人體組織也不例外。人體組織在電磁場中會表現出一定的電特性和磁特性。電特性，有時也稱為介電特性(EPs)，主要是指組織的電導率和電容率(又叫介電常數)，磁特性是指組織的磁導率。一般而言，人體組織是非磁性物質，其磁導率接近真空中的磁導率，可被看作是常數。人體組織各處的EPs與組織內非均勻分布的絕緣的細胞膜和導電的電解液等有關，因此組織各處的EPs分布呈現非均勻性，并具有頻率依賴性。

研究電磁場與生物組織的作用機制和作用效應，是非常重要的科學研究領域之一，相關研究成果，已經為人類的健康事業做出了巨大貢獻。比如，磁共振成像(MRI)系統，其本質就是強的靜磁場、梯度磁場、射頻磁場與人體組織相互作用的系統，現在已經成為臨床疾病診斷必不可少的重要的大型影像設備之一；再比如，各種電磁理療設備、電磁聚焦腫瘤熱消融治療設備等，其本質都是不同形態的電磁場與人體組織的相互作用系統。另外，電磁場與人體組織的相互作用的非熱效應研究，還有很多問題沒有解決，目前也是生物物理領域的研究熱點之一。在研究上述的電磁場和人體組織相互作用關系時，獲得電磁場在組織內的分布是關鍵的研究內容。其中之一的方法，就是研制能夠模擬人體組織介電特性的人工材料，采用這樣的人工材料來模擬人體組織分布，再通過電場和磁場的測量獲得材料內電磁場的分布。

在過去的幾十年里,許多學者提出來多種組織介電特性模擬材料。一般而言，這些模擬材料通常為液體、固體和凝膠(半固體)形式，由于膠狀材料同人體組織具有物理相似性,以及他們能夠模擬大范圍的組織介電特性，因此最受歡迎。根據基本成分,這些膠狀的模擬材料可分為幾類，目前相關研究的簡要總結在表1中列出。由Chou et al(1984)和Surowiec et al(1992)提出的介質材料的保存時間非常有限，即使在密封的容器內也只能保存兩周；同時，由TX-150、聚乙烯粉、鋁粉、水和氯化鈉組成的介質材料(Chou et al 1984)，以及由TX-151、瓊脂、聚乙烯粉、氯化鈉和水組成的介質材料(Ito et al 2001,Onishi and Uebayashi 2006)不能模擬低含水量的組織。Marchal et al(1989)和Sunaga et al(2003)提出一種基于明膠-水的介質材料來模擬組織，然而不同明膠濃度的兩種材料直接接觸放置時會發生溶劑擴散，所以這些材料不能制作具有長期穩定性的非均質體模。一種由Lazebnik et al(2005)，Lai et al(2011)和Bakar et al(2011)提出的油-明膠材料能夠在很大的頻率范圍內模擬各種生物組織的介電特性，同時具有長期穩定性。但由于此種材料只采用油的體積百分比作為可調節因子，導致相對介電常數和電導率的改變是相互關聯的，因此該方法不能同時精確模擬任意指定的相對介電常數和電導率。Yuan et al(2012)在油-明膠材料的基礎上增加了氯化鈉，采用油的體積百分比和氯化鈉濃度兩個可調節因子。這樣就使得模擬不同的相對介電常數和電導率的組合變得可能。然而，在調整油的體積百分比和氯化鈉濃度這兩個可調節因子中的任何一個因子時，都會使相對介電常數和電導率同時改變。致使獲取各種人體組織(數以百計的包括各種健康和腫瘤不同生理病理狀態下的組織類型)的模擬材料成為一個異常繁瑣的工作。

綜上所述，現有模擬材料配置技術均無法直接獲得任意指定的電導率和介電常數搭配的介電特性模擬材料的各種配方的比例，亟需提供一種能夠計算“具有任意指定的電導率和介電常數搭配的介電特性的模擬材料的各種配方”的比例的方法。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足提供一種人體組織介電特性模擬材料的配置方法，采用數據擬合技術來快速計算獲得人體組織介電特性模擬材料配方中各種材料的混合比例的方法，采用該方法可以方便快捷地配置任意指定的電導率和介電常數搭配的介電特性模擬材料。

本發明通過以下技術方案實現該目的：

一種人體組織介電特性模擬材料的配置方法，包括以下步驟：

1)制備若干配方樣本，所述配方樣本包括油、氯化鈉、明膠、對甲基苯甲酸、正丙醇、表面活性劑、去離子水和甲醛，所述配方樣本按照油和氯化鈉的含量由低到高搭配；

2)測量確認所述配方樣本的介電特性，多次測量計算平均值和相對標準偏差，對相對標準偏差不符合要求的樣本進行重新制作并測量介電特性；