專利名稱：用于術(shù)中乳腺癌灶邊緣界定的阻抗測(cè)量裝置及其檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種實(shí)時(shí)檢測(cè)裝置，尤其是一種對(duì)用于術(shù)中乳腺癌病灶 邊緣界定的病理阻抗測(cè)量裝置及其檢測(cè)方法。
技術(shù)背景乳腺是女性身體的重要器官，乳腺疾病是一種常見病，多發(fā)病，病種 多，分類復(fù)雜。其中乳腺癌是乳腺疾病的一種，是危害婦女健康的主要惡 性腫瘤之一。手術(shù)是乳腺癌治療的最重要的手段之一。隨著現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的進(jìn)步，對(duì)乳 腺癌認(rèn)識(shí)的不斷深入及藥物、放療、內(nèi)分泌和生物學(xué)治療的發(fā)展，乳腺癌手術(shù)方法的選擇有了較大的變遷，歸納為四大歷程，即19世紀(jì)末的Halsted 根治術(shù)，20世紀(jì)50年代的擴(kuò)大根治術(shù)，20世紀(jì)60年代的改良根治術(shù)和20世 紀(jì)80年代以來的保乳手術(shù)。保乳手術(shù)，就是在完整切除癌瘤前提下，保留 了大部分乳房，基本保持了外形，并配合術(shù)后放療。這可大大減輕病人生 理和心理上的痛苦，提高生活質(zhì)量，并獲得與改良根治術(shù)的"傳統(tǒng)"方法 相同的長(zhǎng)期生存率。為便于施術(shù)醫(yī)師在手術(shù)中合理選擇組織切除范圍，實(shí) 時(shí)評(píng)價(jià)手術(shù)切緣，確保在手術(shù)結(jié)束前清除殘留病灶，研究一種在術(shù)中快速 檢測(cè)并確定乳腺癌灶邊緣的測(cè)量裝置將會(huì)有重大的臨床意義。目前， 一般采用的是離體的檢測(cè)方式，將術(shù)中切除的乳腺腫瘤送到病 理科作切片檢査，即切除活檢，這是獲得乳腺疾病組織學(xué)診斷最常用的方 法。術(shù)中快速冰凍切片檢查是現(xiàn)今國(guó)內(nèi)醫(yī)院常用的方法，雖然是快速冰凍 切片，也需要較長(zhǎng)的等待時(shí)間，且受取材部位、診斷經(jīng)驗(yàn)等因素的影響， 與最終的診斷——石蠟切片相比較還存在一定的誤差。生物電阻抗測(cè)量技術(shù)利用生物組織與器官的電特性(阻抗、導(dǎo)納、介電常數(shù))及其變化，提 取與人體生理、病理相關(guān)的生物醫(yī)學(xué)信息，是一種無損傷檢測(cè)技術(shù)。它通 常是借助置于體表的激勵(lì)電極向被測(cè)對(duì)象施加微小的交變電流(或電壓) 信號(hào)，同時(shí)通過測(cè)量電極檢測(cè)組織表面的電壓(或電流)信號(hào)，由所測(cè)信 號(hào)計(jì)算出相應(yīng)的電阻抗及其變化，根據(jù)不同的應(yīng)用目的，獲取相關(guān)的生理 和病理信息。研究表明乳腺癌惡性病灶組織與周圍正常組織的生物電特性 有明顯不同，利用阻抗測(cè)量技術(shù)進(jìn)行術(shù)中乳腺癌灶邊緣界定具有堅(jiān)實(shí)的理 論依據(jù)。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種用于術(shù)中乳腺癌病灶邊緣界定的病理阻 抗測(cè)量裝置及其檢測(cè)方法，以便施術(shù)醫(yī)師在手術(shù)中合理選擇組織切除范 圍，實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)手術(shù)切緣，確保在手術(shù)結(jié)束前清除殘留病灶。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是提供一種用于術(shù)中乳 腺癌病灶邊緣界定的病理阻抗測(cè)量裝置，其中該裝置包括手持式探 頭電極、電壓控制電流源，信號(hào)發(fā)生單元、差分放大單元、可編程增益放 大單元、解調(diào)單元、A/D轉(zhuǎn)換單元、中央處理單元和顯示單元；將手持式 探頭電極置于待測(cè)組織表面，由中央處理單元配置信號(hào)發(fā)生單元產(chǎn) 生交流激勵(lì)電壓信號(hào)，再由電壓控制電流源將該電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為電 流信號(hào)，施加于手持式探頭電極中的一對(duì)激勵(lì)電極，手持式探頭電 極中的測(cè)量電極上的信號(hào)首先經(jīng)差分放大單元初步放大后，再經(jīng)由 中央處理單元控制下的可編程增益放大單元將信號(hào)調(diào)整為適合解 調(diào)單元輸入范圍的電壓信號(hào)，經(jīng)解調(diào)單元解調(diào)后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn) 換為數(shù)字信號(hào)由中央處理單元采集，在中央處理單元控制下，將結(jié) 果顯示于顯示單元。本發(fā)明還提供一種上述病理阻抗測(cè)量裝置的檢測(cè)方法。本發(fā)明的有益效果是利用該方法可對(duì)術(shù)中切除的乳腺癌組織 進(jìn)行快速檢測(cè)，通過對(duì)組織電特性的分析處理，將結(jié)果反饋給施術(shù) 醫(yī)師，以便快速確定下一步的手術(shù)方案，縮短手術(shù)時(shí)間，減輕病人 痛苦。由于采用手持式探頭電極，其激勵(lì)電極與測(cè)量電極的相對(duì)位 置固定，穩(wěn)定性和可靠性較高，檢測(cè)結(jié)果受外界干擾小，使用操作 簡(jiǎn)便靈活。該裝置在臨床應(yīng)用中具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。


圖1為本發(fā)明裝置的測(cè)量信息處理流程圖；圖2為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明裝置的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。圖中I、 頻率阻抗信息獲取 3、特征分析5、手持式探頭電極7、信號(hào)發(fā)生單元9、可編程增益放大單元II、 A/D轉(zhuǎn)換單元 13、顯示單元 15、隱含層2、特征提取 4、檢測(cè)結(jié)果 6、電壓控制電流源 8、差分放大單元 10、解調(diào)單元 12、中央處理單元 14、輸入層 16、輸出層具體實(shí)施方式
結(jié)合附圖及實(shí)施例說明用于術(shù)中乳腺癌病灶邊緣界定的病理阻抗 測(cè)量裝置及其檢測(cè)方法加以說明。如圖2所示，本發(fā)明測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)及各部分的功能，手持式探頭電 極5，采用四電極法，外側(cè)為一對(duì)激勵(lì)電極，內(nèi)側(cè)為一對(duì)測(cè)量電極。檢測(cè) 時(shí)將手持式探頭電極5置于切除組織表面，測(cè)量探頭下方生物組織的頻率阻抗信息(包括實(shí)部和虛部?jī)刹糠?。首先由中央處理單元12配置信號(hào)發(fā)生單元7產(chǎn)生交流激勵(lì)電壓信號(hào)，再由電壓控制電流源6將 該電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，施加于手持式探頭中的一對(duì)激勵(lì)電極，測(cè)量 電極上的信號(hào)首先經(jīng)差分放大單元8初步放大后，再經(jīng)由中央處理單元12 控制下的可編程增益放大單元9將信號(hào)調(diào)整為適合解調(diào)單元10輸入范圍的 電壓信號(hào)，經(jīng)解調(diào)單元10解調(diào)后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換單元11轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)由中 央處理單元12采集，在中央處理單元12控制下，將結(jié)果顯示于顯示單元 13。本發(fā)明測(cè)量裝置的檢測(cè)方法為測(cè)量信息的處理流程如圖1所示，共包括4個(gè)步驟，分別為頻率阻抗信息獲取、特征提取、特征分析和檢測(cè)結(jié) 果，其中前3個(gè)步驟都是在中央處理單元12中實(shí)現(xiàn)的。在步驟1中，將采 集到的不同頻率下阻抗測(cè)量數(shù)據(jù)按頻率順序進(jìn)行分段，如在0-1. 5MHz的頻 率范圍內(nèi)，測(cè)量800個(gè)頻率點(diǎn)處的阻抗值，記錄為Cl、 c2……c8。。，然后根 據(jù)各頻率段的不同特征，將這些數(shù)據(jù)均勻或非均勻分配在3 — 20個(gè)頻率段 內(nèi)。然后在步驟2中，利用最小二乘法將選取頻段內(nèi)的數(shù)據(jù)線性擬合，獲 取各頻段阻抗特性曲線的斜率信息，為組織區(qū)分特征量，因此根據(jù)劃分的 頻率段個(gè)數(shù)，可獲得3—20個(gè)區(qū)分特征量。采用最小二乘法線性擬合，即 使得該頻率段內(nèi)的所有點(diǎn)((x,，A)…... (x"，j"))到擬合直線 的距離的平方和最小，其中，橫縱坐標(biāo)可以根據(jù)需要設(shè)定為頻率-電阻抗實(shí) 部、頻率-電阻抗虛部、電阻抗實(shí)部-電阻抗虛部。設(shè)擬合直線的表達(dá)式為"ox + 6,則。J"'^—"'P'2， ，利用上述公式，可以很容易地計(jì)算出各頻率段內(nèi)擬合直線的斜率"，作為組織區(qū)分界定的特征 量應(yīng)用于后續(xù)工作中。為對(duì)各種組織進(jìn)行區(qū)分界定，應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法， 對(duì)上述選定的特征量進(jìn)行辨識(shí)歸類，以確定組織類型，給出檢測(cè)結(jié)論，此即步驟3的工作。本發(fā)明中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)選取3層結(jié)構(gòu)，分別為輸入層14、 隱含層15和輸出層16，如圖3所示，輸入層14的神經(jīng)結(jié)點(diǎn)數(shù)和步驟3獲 得的區(qū)分特征量個(gè)數(shù)一致，輸出層16結(jié)點(diǎn)數(shù)為1，通過樣本訓(xùn)練，確定神 經(jīng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部參數(shù)。最后，在步驟4中將檢測(cè)結(jié)果顯示于顯示單元13。手持 式探頭電極5在切除組織表面移動(dòng)，對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，若某處判定為癌組 織，則說明此處對(duì)應(yīng)的原位置處的癌組織尚未切除干凈，需要進(jìn)一步切除； 若沒有任何位置判定為癌組織，則說明已切除干凈，手術(shù)結(jié)束。
權(quán)利要求
1. 一種用于術(shù)中乳腺癌病灶邊緣界定的病理阻抗測(cè)量裝置，其特征是該裝置包括手持式探頭電極(5)、電壓控制電流源(6)，信號(hào)發(fā)生單元(7)、差分放大單元(8)、可編程增益放大單元(9)、解調(diào)單元(10)、A/D轉(zhuǎn)換單元(11)、中央處理單元(12)和顯示單元(13)；將手持式探頭電極(5)置于待測(cè)組織表面，由中央處理單元(12)配置信號(hào)發(fā)生單元(7)產(chǎn)生交流激勵(lì)電壓信號(hào)，再由電壓控制電流源(6)將該電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，施加于手持式探頭電極(5)中的一對(duì)激勵(lì)電極，手持式探頭電極(5)中的測(cè)量電極上的信號(hào)首先經(jīng)差分放大單元(8)初步放大后，再經(jīng)由中央處理單元(12)控制下的可編程增益放大單元(9)將信號(hào)調(diào)整為適合解調(diào)單元(10)輸入范圍的電壓信號(hào)，經(jīng)解調(diào)單元(10)解調(diào)后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換單元(11)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)由中央處理單元(12)采集，在中央處理單元(12)控制下，將結(jié)果顯示于顯示單元(13)。
2、 一種上述病理阻抗測(cè)量裝置的檢測(cè)方法，其步驟如下 步驟(1)為頻率阻抗信息獲取首先將采集到的不同頻率下的阻抗測(cè)量數(shù)據(jù)按頻率順序進(jìn)行分段； 步驟(2)為特征提取采用最小二乘法對(duì)上述分段的數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合，獲取每段阻抗特性 曲線的斜率信息，作為組織區(qū)分的特征量； 步驟(3)為特征分析應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法對(duì)(2)獲取的特征量進(jìn)行分析處理，確定組織類型， 給出檢測(cè)結(jié)論.；步驟(4)為檢測(cè)結(jié)果將檢測(cè)結(jié)果在顯示單元(13)給出，移動(dòng)手持式探頭電極5在切除組 織表面的位置，對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，若某處判定為癌組織，則說明此處對(duì)應(yīng)的原位置處的癌組織尚未切除干凈，需要進(jìn)一步切除；若沒有任何位置判定 為癌組織，則說明已切除干凈，手術(shù)結(jié)束。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于術(shù)中乳腺癌病灶邊緣界定的病理阻抗測(cè)量裝置，該裝置包括手持式探頭電極、電壓控制電流源，信號(hào)發(fā)生單元、差分放大單元、可編程增益放大單元、解調(diào)單元、A/D轉(zhuǎn)換單元、中央處理單元和顯示單元，測(cè)量時(shí)將其電極置于待測(cè)組織表面。還提供了一種配合上述病理阻抗測(cè)量裝置的檢測(cè)方法。本發(fā)明的有益效果是利用該裝置及方法可對(duì)術(shù)中切除的乳腺癌組織進(jìn)行快速檢測(cè)，通過對(duì)組織電特性的分析處理，將結(jié)果反饋給施術(shù)醫(yī)師，以便快速確定下一步的手術(shù)方案，縮短手術(shù)時(shí)間，減輕病人痛苦。由于采用手持式探頭電極，其激勵(lì)電極與測(cè)量電極的相對(duì)位置固定，穩(wěn)定性和可靠性較高，檢測(cè)結(jié)果受外界干擾小，使用操作簡(jiǎn)便靈活。該裝置在臨床應(yīng)用中具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
文檔編號(hào)A61B5/053GK101248995SQ200810052520
公開日2008年8月27日 申請(qǐng)日期2008年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月26日
發(fā)明者超 王 申請(qǐng)人:天津大學(xué)