[發明專利]基于生物阻抗的微波消融實時碳化調控方法

在審

• 申請號: 202210167778.6
• 申請日: 2022-02-23
• 公開（公告）號: CN114451988A
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 錢志余;唐千舜;晉曉飛;錢露;吳鑫;李夢雪;李軍樂;宋毅;徐逸軒
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: A61B18/18
• 分類號: A61B18/18;A61B5/0531;G01N27/04;G01R27/02;G16H20/40
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 王安琪

本發明公開了一種基于生物阻抗的微波消融實時碳化調控方法，包括如下步驟：S1、搭建應用于微波消融實時碳化調控的生物阻抗采集裝置；S2、獲得消融過程中生物阻抗實時變化數據；S3、根據生物阻抗的變化，調節微波源的輸出功率。本發明的有益效果為：(1)本發明通過測量生物阻抗間接反映消融部位組織的凝固和碳化情況，相比單點溫度測量，生物阻抗能夠反映兩片銅箔電極間一片區域的消融效果；(2)本發明采用高精度阻抗測量模擬前端芯片AD5940實現阻抗測量，容易將阻抗測量功能集成至已有微波消融儀內部，成本低廉；(3)本發明對評判腫瘤微波消融的實時療效具有重大意義，對進行腫瘤微波消融的碳化調控有重要價值。

技術領域

本發明涉及微波消融精準治療技術領域，尤其是一種基于生物阻抗的微波消融實時碳化調控方法。

背景技術

微波熱消融療法因其療效明顯、微創、毒副作用小、并發癥少等優勢，被認為是繼手術、化療、放療、免疫治療等后又一類新型有效的惡性腫瘤治療的方法，在臨床腫瘤治療中已經發揮了巨大的作用，已經廣泛用于肝癌、肺癌、腎癌、甲狀腺癌、腸癌、子宮肌瘤等常見腫瘤。但是，微波腫瘤熱消融中仍存在許多需要解決的科學及技術問題，其中最主要的問題就是微波消融治療中實時療效評估問題。目前臨床上主要把溫度作為腫瘤細胞滅活的判定因子，把熱敏電阻或熱電偶等熱敏元件插入患者體內測量消融部位的溫度，當溫度達到60℃時認定組織細胞已經壞死。但該方法只能測量探頭局部的溫度，不能反映消融區域的整體溫度，因此不能反映消融區域組織整體滅活情況，也無法反映組織整體在高溫下的碳化情況。尋找更為準確的評估因子實現療效實時評估成為精準消融的關鍵。

生物電阻抗技術是利用生物組織與器官的電特性及其變化規律提取與人體生理、病理狀況相關的生理信息的檢測技術。由于不同生物組織電阻抗存在著差異，阻抗特性取決于生物組織的組成、結構以及所施加信號頻率的大小，所以可以根據此特性幫助我們更好地了解生物組織的生理信息。從微觀上講，細胞由細胞膜和細胞內液組成，而細胞間充滿著細胞外液和細胞外間質。細胞內液和細胞外液由導電性良好的電解液構成，可以等效為電阻成分；細胞膜由磷脂雙分子層和蛋白質構成，可以等效為電容成分。由此，細胞內液、細胞膜和細胞外液構成了三元件生物阻抗模型。從宏觀上講，生物組織由大量細胞構成，測量人體組織的生物阻抗能反映電極間大片生物組織的生理情況。

已有研究表明，人體組織的病變和細胞的失活會在宏觀上導致生物阻抗的變化。在熱消融過程中，隨著溫度的升高細胞膜破裂，細胞內液從細胞中逸出，從而導致阻抗的減小；隨著溫度的繼續升高，組織脫水并蒸發，然后發生碳化，導致阻抗顯著上升。熱消融過程生物阻抗的變化和生物組織的凝固和碳化存在顯著關聯。

目前市場上的阻抗測量儀器具有高測量精度和寬測量范圍，但是價格昂貴，體積龐大，缺乏上位機接口，不能集成到已有的微波消融儀內，無法對阻抗數據進行后續處理。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于，提供一種基于生物阻抗的微波消融實時碳化調控方法，能夠反映兩片銅箔電極間一片區域的消融效果，對評判腫瘤微波消融的實時療效具有重大意義，對進行腫瘤微波消融的碳化調控有重要價值。

為解決上述技術問題，本發明提供一種基于生物阻抗的微波消融實時碳化調控方法，包括如下步驟：

S1、搭建應用于微波消融實時碳化調控的生物阻抗采集裝置；

S2、獲得消融過程中生物阻抗實時變化數據；

S3、根據生物阻抗的變化，調節微波源的輸出功率。

優選的，步驟(1)中，生物阻抗采集裝置包括銅箔電極、高精度阻抗測量模擬前端芯片和ARM微控制器；銅箔電極通過導線連接高精度阻抗測量模擬前端芯片，ARM微控制器控制高精度阻抗測量模擬前端芯片進行阻抗測量，接收返回的數據并計算得到阻抗值，ARM微控制器通過通信模塊將阻抗發送至上位機進行顯示。