測(cè)量生物體電阻抗的探針、探頭和裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】測(cè)量生物體電阻抗的探針，包括探針桿6、探針導(dǎo)向套筒7、壓力彈簧8和絕緣層9；探針桿6的一端為附接面10，探針桿6與探針導(dǎo)向套筒7軸向滑動(dòng)配合，壓力彈簧8的一端頂在探針導(dǎo)向套筒7頂壁上，壓力彈簧8的另一端頂在探針桿6的頭部，探針桿6的側(cè)壁為絕緣層9；四根上述的探針規(guī)則排列，探針導(dǎo)向套筒7固定在一起形成探頭4；探頭4中的探針導(dǎo)向套筒7固定在探頭固定裝置3上，探頭固定裝置3的一端與滑軸2滑動(dòng)配合，滑軸2的一端與底座1的固定連接，構(gòu)成測(cè)量生物體電阻抗的裝置。探針桿因壓力彈簧的舒張而伸縮，確保四根探針桿的附接面都與被測(cè)組織表面接觸，絕緣層可限制探針桿與被測(cè)組織接觸的最大導(dǎo)電面積，從而提高數(shù)據(jù)采集精度。
【專(zhuān)利說(shuō)明】測(cè)量生物體電阻抗的探針、探頭和裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及用于離體生物組織電阻抗測(cè)量的探針、探頭和裝置，涉及生物醫(yī)學(xué)工程中的生物電阻抗測(cè)量領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]電阻抗作為生物組織的一個(gè)基本的物理參數(shù)，長(zhǎng)期以來(lái)得到生物物理學(xué)家和生理學(xué)家的廣泛關(guān)注。目前在電生理學(xué)領(lǐng)域大量使用的膜片鉗、電壓鉗技術(shù)正是基于細(xì)胞膜的電阻抗效應(yīng)原理。生物組織作為一種電介質(zhì)，它的電特性值得深入研究。早期的生物物理學(xué)研究表明，在直流狀態(tài)下生物組織表現(xiàn)出來(lái)的電阻特性的差異可以用于區(qū)分不同的組織；而更值得關(guān)注的是生物組織的電阻抗隨著外加電信號(hào)的頻率的不同而表現(xiàn)出很大的變化，這種現(xiàn)象我們稱(chēng)之為電阻抗頻譜。
[0003]在對(duì)生物組織阻抗頻譜進(jìn)行測(cè)量中，一般采用的方法有雙電極法、四電極法。雙電極測(cè)量技術(shù)是將幅值恒定的交變電流通過(guò)一對(duì)電極引入被測(cè)生物組織，再通過(guò)同一對(duì)電極將其兩端的電壓檢測(cè)出。由于雙電極在使用中，電極下被測(cè)組織中的電流密度高于被測(cè)組織其它部位的電流密度，即電流分布不均勻，這樣組織各個(gè)部分對(duì)阻抗的貢獻(xiàn)就不同，從而使測(cè)得的阻抗與實(shí)際阻抗有較大的誤差。同時(shí)，電極和生物組織之間還存在接觸電阻，且該電阻還不穩(wěn)定，這又將引入測(cè)量誤差。另外，電流流過(guò)電極和生物組織電解液時(shí)還將產(chǎn)生極化現(xiàn)象，在低頻時(shí)極化誤差比較嚴(yán)重。因此，在精確測(cè)量生物組織阻抗時(shí)，雙電極法也不多見(jiàn)，已逐步被四電極法所代替。
[0004]典型的四電極測(cè)量系統(tǒng)包含兩對(duì)電極，一對(duì)電極(電流電極)將恒定幅值的交變電流引入被測(cè)生物組織，另一對(duì)電極(電壓電極)介入兩電流電極之間，檢測(cè)被測(cè)部位的電位差。由于四電極測(cè)量系統(tǒng)中供電電極與測(cè)量電極分離，電壓電極處于電流密度分布比較均勻的中間段，當(dāng)采用高輸入阻抗的運(yùn)算放大器時(shí)，電壓電極與被測(cè)組織間的接觸電阻可以忽略不計(jì)，同時(shí)電極與生物組織電解液之間的極化也可以忽略不計(jì)。所以，四電極法比較好的克服了雙電極法存在的問(wèn)題，從而可適用于較寬頻率的生物阻抗測(cè)量。目前，生物組織的阻抗測(cè)量一般都采用四電極測(cè)量技術(shù)。
[0005]由于生物組織的特殊性，離體組織的復(fù)阻抗隨著離體時(shí)間延長(zhǎng)而發(fā)生一定變化，對(duì)離體組織的一次掃頻(驅(qū)動(dòng)頻率由低頻到高頻或由高頻到低頻依次加載到被測(cè)目標(biāo))必須在足夠短的時(shí)間內(nèi)完成。
[0006]對(duì)被測(cè)生物組織進(jìn)行阻抗頻譜測(cè)量，要保持被測(cè)組織的生理指標(biāo)處于平穩(wěn)狀態(tài)，不能使分泌物和血液等玷污被測(cè)組織，而且不能用水沖洗，以免影響測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)中有生物離體組織介電特性的測(cè)量盒，但操作時(shí)需耗費(fèi)時(shí)間對(duì)被測(cè)組織進(jìn)行切片，破壞了生物組織的結(jié)構(gòu)特性，且需要時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，測(cè)量時(shí)生物離體組織的復(fù)阻抗已經(jīng)發(fā)生變化，干擾了測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。
[0008]現(xiàn)有技術(shù)中有用于測(cè)量人或動(dòng)物體組織阻抗的探針，但未考慮到切片生物組織結(jié)構(gòu)表面并不是處于完全平面狀態(tài)，以及各種不同組織在測(cè)量時(shí)給予探針壓力時(shí)不同的收縮程度，例如乳腺癌組織是癌細(xì)胞不斷吞噬周邊正常細(xì)胞產(chǎn)生，組織中心位置致密度最高，向內(nèi)塌陷，組織切片時(shí)做不到完全平整，造成電極與被測(cè)生物組織的接觸不良或不能完全接觸使測(cè)量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確或測(cè)量不成功；而加大電極面對(duì)被測(cè)生物組織的壓力，又會(huì)造成組織內(nèi)殘留分泌物或血液溢出干擾測(cè)量。
[0009]另外，探針的導(dǎo)電能力往往還受探頭與被測(cè)組織接觸面上的導(dǎo)電面積大小的影響，探針受壓后，被測(cè)組織發(fā)生形變，不僅附接面成為導(dǎo)電面，靠近附接面的探針側(cè)面也因與被測(cè)組織接觸而成為導(dǎo)電面，從而使采集的數(shù)據(jù)因?qū)щ娒娴淖兓苡绊?。也就是說(shuō)現(xiàn)有探頭受壓后，探頭與與被測(cè)組織接觸的導(dǎo)電面積的變化影響了數(shù)據(jù)的采集精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本實(shí)用新型提供的測(cè)量生物體電阻抗的探針，使用時(shí)，探針桿能夠伸縮。
[0011]測(cè)量生物體電阻抗的探針，包括探針桿、探針導(dǎo)向套筒、壓力彈簧和絕緣層；探針桿的一端的端面為附接面，探針桿與探針導(dǎo)向套筒軸向滑動(dòng)配合，壓力彈簧的一端頂在探針導(dǎo)向套筒頂壁上，壓力彈簧的另一端頂在探針桿的頭部，探針桿的側(cè)壁為絕緣層。
[0012]上述的測(cè)量生物體電阻抗的探針,在探針導(dǎo)向套筒的側(cè)壁與探針桿的外壁有相互配合的限位結(jié)構(gòu)。
[0013]上述的測(cè)量生物體電阻抗的探針，所述探針包括導(dǎo)線(xiàn)，導(dǎo)線(xiàn)與探針桿或探針導(dǎo)向
套筒聯(lián)接。
[0014]上述的測(cè)量生物體電阻抗的探針，所述絕緣層與附接面齊平。
[0015]測(cè)量生物體電阻抗的探頭，包括4根上述的測(cè)量生物體電阻抗的探針，4根探針規(guī)則排列，4根探針的探針導(dǎo)向套筒固定在一起。
[0016]上述的測(cè)量生物體電阻抗的探頭，所述4根探針規(guī)則排列是指四根探針等間距列成一排。
[0017]測(cè)量生物體電阻抗的裝置，包括底座、滑軸、探頭固定裝置和上述的探頭；滑軸的一端與底座的固定連接；探頭固定裝置的一端與滑軸滑動(dòng)配合，探頭中的探針導(dǎo)向套筒固定在探頭固定裝置上。
[0018]上述的測(cè)量生物體電阻抗的裝置，所述探頭固定裝置的一端與滑軸滑動(dòng)配合帶有鎖定探頭固定裝置與滑軸的結(jié)構(gòu)。
[0019]有益效果:
[0020]測(cè)量生物體電阻抗的探針，使用時(shí)，通過(guò)探針導(dǎo)向套筒施加一個(gè)力，這個(gè)力通過(guò)壓力彈簧推動(dòng)探針桿的附接面與被測(cè)組織接觸，當(dāng)探針桿的附接面與被測(cè)組織接觸后，被測(cè)組織通過(guò)附接面施加給探針桿的反作用力使壓力彈簧收縮，探針桿與探針導(dǎo)向套筒軸向滑動(dòng)配合，探針桿因壓力彈簧的舒張與收縮而伸張。
[0021]探針桿靠近附接面的側(cè)壁為絕緣層，該絕緣層可限制探針桿與被測(cè)組織接觸的最大導(dǎo)電面積，從而防止探針桿因其受到壓力的變化而引起探針桿與被測(cè)組織導(dǎo)電接觸面的變化，從而提高數(shù)據(jù)采集的精度。
[0022]測(cè)量生物體電阻抗的探頭，4根探針的探針導(dǎo)向套筒固定在一起，使用時(shí)，4根探針的探針桿可因其附接面受到被測(cè)組織表面的反作用力而出現(xiàn)不同的收縮，可實(shí)現(xiàn)4根探針桿的附接面都與被測(cè)組織表面接觸。[0023]測(cè)量生物體電阻抗的裝置，底座1，用于放置盛放被測(cè)生物組織的器皿；滑軸2，用于升降探頭裝置4到測(cè)量位置；固定裝置3，用于固定探頭裝置在測(cè)量位置；探頭4，用于附接于被測(cè)量離體生物組織并提供激勵(lì)信號(hào)和提取測(cè)量數(shù)據(jù)；導(dǎo)線(xiàn)5，用于連接探頭裝置4上的四根探針到設(shè)備。帶滑軸的測(cè)試平臺(tái)設(shè)計(jì)，可避免由操作員手持探頭測(cè)量造成的人為誤差，能有效解決探頭附接與不平整的生物組織表面時(shí)產(chǎn)生的不完全接觸或接觸不良所造成的測(cè)量失敗和測(cè)量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確的問(wèn)題。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0024]附圖1測(cè)量生物體電阻抗的裝置立體示意圖
[0025]附圖2為測(cè)量生物體電阻抗的探針立體示意圖
[0026]附圖3為測(cè)量生物體電阻抗的探針導(dǎo)向套筒剖視圖
[0027]附圖4為測(cè)量生物體電阻抗的探針桿剖視圖
[0028]附圖5為測(cè)量生物體電阻抗的探針桿底部放大圖
[0029]附圖6為測(cè)量生物體電阻抗的探針桿底部剖視圖
[0030]1-底座，2-滑軸，3_固定裝置，4-探頭，5-導(dǎo)線(xiàn)，6-探針桿，7_探針導(dǎo)向套筒，8-壓力彈簧，9-絕緣層，10-附接面，11-限位結(jié)構(gòu)。
【具體實(shí)施方式】
[0031]實(shí)施例1:測(cè)量生物體電阻抗的探針，包括探針桿6、探針導(dǎo)向套筒7、壓力彈簧8和絕緣層9 ;探針桿6的一端為附接面10，探針桿6與探針導(dǎo)向套筒7軸向滑動(dòng)配合，壓力彈簧8的一端頂在探針導(dǎo)向套筒7頂壁上，壓力彈簧8的另一端頂在探針桿6的頭部，探針桿6的側(cè)壁為絕緣層9。
[0032]圖2、圖3中所示的探針桿6與探針導(dǎo)向套筒7軸向滑動(dòng)配合是探針桿6的一端插入探針導(dǎo)向套筒7中，而探針導(dǎo)向套筒7的一端插入探針桿6中也可，對(duì)于有機(jī)械專(zhuān)業(yè)知識(shí)的技術(shù)人員而言，這種軸向滑動(dòng)配合還有很多種。
[0033]實(shí)施例1所述的測(cè)量生物體電阻抗的探針，在探針導(dǎo)向套筒7的側(cè)壁與探針桿6的外壁有相互配合的限位結(jié)構(gòu)。圖2、圖3中所示的限位結(jié)構(gòu)是探針導(dǎo)向套筒7的外殼上的內(nèi)壁上有一向內(nèi)的突起，探針桿6的外壁有一段向內(nèi)的凹限，突起可在凹限內(nèi)沿探針導(dǎo)向套筒7軸向移動(dòng)，凹限部位的右側(cè)壁(圖一所示右側(cè))可防止探針桿6脫離探針導(dǎo)向套筒7。
[0034]上述限位結(jié)構(gòu)中限位突起在探針導(dǎo)向套筒7的內(nèi)壁上，但限位突起在探針桿6的外壁上，探針導(dǎo)向套筒7的內(nèi)壁向外凹陷，也可實(shí)現(xiàn)限位配合；
[0035]探針桿6與探針導(dǎo)向套筒7之間的限位結(jié)構(gòu)還包括其他既可防止探針桿6脫離探針導(dǎo)向套筒7，又可使針桿6的端面即附接面10受壓時(shí)，探針桿6與探針導(dǎo)向套筒7之間可相對(duì)伸縮:比如:在探針導(dǎo)向套筒7的外壁上軸向開(kāi)一個(gè)或多個(gè)長(zhǎng)條形的槽隙，探針桿6的外壁上對(duì)應(yīng)槽隙處有限位翅，該限位翅既可在槽隙中移動(dòng)，槽隙左端又可擋住限位翅防止探針桿6脫離探針導(dǎo)向套筒7。
[0036]上述限位結(jié)構(gòu)中限位翅在探針桿6的外壁上，而限位翅也可固定在探針導(dǎo)向套筒7的內(nèi)壁，只要探針桿6的外壁上有配合限位翅移動(dòng)的槽體就行。
[0037]當(dāng)然，機(jī)械學(xué)上有許多限位結(jié)構(gòu)，只要能滿(mǎn)足使探針桿6與探針導(dǎo)向套筒7之間可軸向相對(duì)伸縮，又能防止探針桿6與探針導(dǎo)向套筒7之間的滑動(dòng)連接脫落就行。
[0038]根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量生物體電阻抗的探針，所述探針包括導(dǎo)線(xiàn)5，導(dǎo)線(xiàn)5與探針桿6或探針導(dǎo)向套筒7聯(lián)接。導(dǎo)線(xiàn)不管是與探針導(dǎo)向套筒7，還是與探針桿6的連接，只要能正常導(dǎo)電、并不影向探針桿6與探針導(dǎo)向套筒7之間的軸向相對(duì)伸縮就行。
[0039]實(shí)施例1所述探針桿6的側(cè)壁為絕緣層9，指靠近附接面10 —端的側(cè)壁外有一層絕絕緣層9，該絕緣層9的存在可使探針桿6與被測(cè)組織接觸的導(dǎo)電面積受到限定。
[0040]所述絕緣層(9)與附接面(10)齊平，就是絕緣層9的邊緣與附接面10所在的探針桿6端面一致，該絕緣層9的存在可使探針桿6的側(cè)壁不與被測(cè)組織接觸導(dǎo)電，從而使探針桿6與被測(cè)組織接觸的導(dǎo)電最大面積就是附接面10的面積。
[0041]實(shí)施例2:測(cè)量生物體電阻抗的探頭，包括4根實(shí)施例1所述的測(cè)量生物體電阻抗的探針，4根探針規(guī)則排列，4根探針的探針導(dǎo)向套筒(7 )固定在一起。
[0042]本實(shí)施例所述的4根探針規(guī)則排列，是指探針的排列方式與數(shù)據(jù)處理裝置中的數(shù)據(jù)處理軟件所要求的數(shù)據(jù)采集規(guī)則決定的排列方式排列。
[0043]實(shí)施例2所述的測(cè)量生物體電阻抗的探頭，所述4根探針規(guī)則排列優(yōu)選四根探針等間距列成一排。
[0044]實(shí)施例3:測(cè)量生物體電阻抗的裝置，包括底座1、滑軸2、探頭固定裝置3和實(shí)施例2所述的探頭4 ;滑軸2的一端與底座I的固定連接；探頭固定裝置3的一端與滑軸2滑動(dòng)配合，探頭4中的探針導(dǎo)向套筒7固定在探頭固定裝置3上。
[0045]本裝置如附圖1所示包括放置盛放被測(cè)生物組織器皿的底座1，底座I上具有滑軸2，探頭裝置4沿滑軸2上下滑動(dòng)，通過(guò)固定裝置3固定于所需位置，探頭裝置4上的四根探針的附接面10附接于被測(cè)生物組織表面進(jìn)行測(cè)量。四根探針成一排，等間距1mm，高度齊平嵌入探頭裝置4上用絕緣材料制作的安裝座上，探針尾部用導(dǎo)線(xiàn)連出；兩側(cè)兩根探針作為電流電極引入幅度恒定的交變電流到被測(cè)生物組織，中間兩根探針作為電壓電極測(cè)量被測(cè)部位的電位差。
[0046]所述探頭固定裝置的一端與滑軸滑動(dòng)配合帶有鎖定探頭固定裝置與滑軸的結(jié)構(gòu)。
[0047]探針結(jié)構(gòu)如附圖2所示由探針桿6、探針導(dǎo)向套筒7、壓力彈簧8、絕緣層9組成；探針桿6可在具有卡位槽11的探針導(dǎo)向套筒7內(nèi)滑動(dòng)，由壓力彈簧8控制探針桿6的復(fù)位。
[0048]本裝置的探針具體尺寸如附圖3所示。探針桿6和探針導(dǎo)向套筒由銀合金制成，探針桿6沿附接面10到暴露在探針導(dǎo)向套筒外處除附接面外表面加工有20um厚的絕緣層，如附圖4所示，以使探針接觸被測(cè)生物組織時(shí)，除附接面10外其余部位與被測(cè)生物組織絕緣，保證四根探針接觸面積的一致性，提高測(cè)量的準(zhǔn)確性。
[0049]本裝置的壓力彈簧8選用磷青銅線(xiàn)制成，彈簧常數(shù)為0.01kgf/mm.通過(guò)對(duì)彈簧常數(shù)的選擇，在測(cè)量時(shí)通過(guò)壓力彈簧8對(duì)探針桿6施加一定的壓力，使附接面10與被測(cè)生物組織有效附接時(shí)不會(huì)因?yàn)檫^(guò)大的壓力導(dǎo)致被測(cè)生物組織內(nèi)殘留的分泌物或血液溢出而干擾測(cè)量。
[0050]本裝置探針導(dǎo)向套筒7的尺寸如附圖3所示，探針導(dǎo)向套筒7為一外徑1.12mm,內(nèi)徑0.82mm的圓柱筒,在圓柱筒中部距開(kāi)口 8mm處有一內(nèi)徑為0.65mm的卡位槽11.[0051]本裝置的探針桿6的尺寸如附圖4所示，頭部直徑為1mm，中間直徑為0.5mm，兩端直徑為0.76mm,由于探針導(dǎo)向套筒7上的卡位槽11的內(nèi)徑大于探針桿6的中部直徑而小于兩端直徑，所以探針桿6可在探針導(dǎo)向套筒7內(nèi)滑動(dòng)而不會(huì)從導(dǎo)向套筒7內(nèi)脫出。
[0052]附圖6為探針桿6底部的放大剖視圖，探針桿6沿附接面10到暴露在探針導(dǎo)向套筒外處除附接面外表面加工有20um厚的絕緣層，如附圖5所示，以使探針接觸被測(cè)生物組織時(shí)，除附接面10外其余部位與被測(cè)生物組織絕緣，保證四根探針接觸面積的一致性，提高測(cè)量的準(zhǔn)確性。
[0053]本裝置的探針桿6和探針導(dǎo)向套筒7由銀合金制成，
[0054]本裝置的壓力彈簧8選用磷青銅線(xiàn)制成，彈簧常數(shù)為0.01kgf/mm.通過(guò)對(duì)彈簧常數(shù)的選擇，在測(cè)量時(shí)通過(guò)壓力彈簧8對(duì)探針桿6施加一定的壓力，使附接面10與被測(cè)生物組織有效附接時(shí)不會(huì)因?yàn)檫^(guò)大的壓力導(dǎo)致被測(cè)生物組織內(nèi)殘留的分泌物或血液溢出而干擾測(cè)量。
【權(quán)利要求】
1.測(cè)量生物體電阻抗的探針，特征在于:所述探針包括探針桿(6)、探針導(dǎo)向套筒(7)、壓力彈簧(8)和絕緣層(9);探針桿(6)的一端的端面為附接面(10)，探針桿(6)與探針導(dǎo)向套筒(7)軸向滑動(dòng)配合，壓力彈簧(8)的一端頂在探針導(dǎo)向套筒(7)上，壓力彈簧(8)的另一端頂在探針桿(6 )上，探針桿(6 )的側(cè)壁為絕緣層(9 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量生物體電阻抗的探針，特征在于:在探針導(dǎo)向套筒(7)的側(cè)壁與探針桿(6)的外壁有相互配合的限位結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量生物體電阻抗的探針，特征在于:所述探針包括導(dǎo)線(xiàn)(5)，導(dǎo)線(xiàn)(5)與探針桿(6)或探針導(dǎo)向套筒(7)聯(lián)接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量生物體電阻抗的探針，特征在于:所述絕緣層(9)與附接面(10)齊平。
5.測(cè)量生物體電阻抗的探頭，特征在于:包括4根權(quán)利要求1所述的測(cè)量生物體電阻抗的探針，4根探針規(guī)則排列，4根探針的探針導(dǎo)向套筒(7)固定在一起。
6.測(cè)量生物體電阻抗的探頭，特征在于:所述4根探針規(guī)則排列是指四根探針等間距列成一排。
7.測(cè)量生物體電阻抗的裝置，特征在于:包括底座(I)、滑軸(2)、探頭固定裝置(3)和權(quán)利要求5所述的探頭(4);滑軸(2)的一端與底座(I)的固定連接；探頭固定裝置(3)的一端與滑軸(2)滑動(dòng)配合，探頭(4)中的探針導(dǎo)向套筒(7)固定在探頭固定裝置(3)上。
8.測(cè)量生物體電阻抗的裝置，特征在于:所述探頭固定裝置(3)的一端與滑軸(2)滑動(dòng)配合帶有鎖定探頭固定裝置(3)與滑軸(2)的結(jié)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】A61B5/053GK203609417SQ201320802459
【公開(kāi)日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2013年12月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月9日
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