生物组织低频介电特性在体测量方法学的研究

生物组织介电特性是生物组织的重要生物物理特性之一，是开展电磁场生物效应与防治、电磁场临床治疗、生物电逆问题、电磁功能成像等研究的研究基础，开展生物组织介电特性的研究具有重要的科学与现实意义。当前的研究主要以离体（尸体）组织为研究对象，无法保证被测组织的生物活性，其研究结果存在较大的误差。只有以在体生物组织为研究对象，才能获得较为真实的生物组织的介电特性。开展在体生物组织介电特性研究时，无法在被测组织内建立规则电场，不便于计算介电特性，存在测量方法学上的困难。本研究将根据被测组织的几何尺寸，建立包括周围组织和电极的数学模型，设定周围组织的介电特性，通过改变被测组织的介电特性，仿真得到"介电特性-电阻抗值"之间的对应关系，使用此关系，即可根据测量得到的电阻抗结果，较为真实的估算出被测组织的介电特性。本研究将为在体测量生物（人体）组织低频介电特性奠定方法学基础，进而为相关研究提供研究基础。

生物组织的介电特性是生物组织的重要生物物理特性之一，生物组织的介电特性中包含了生物组织的生理病理状态等重要信息，是开展电磁场临床治疗、生物电逆问题、电磁功能成像等研究的重要基础。传统的生物组织介电特性测量研究多采用离体测量的方法，其研究结果存在较大的误差。.本项目以生物组织低频介电特性的在体测量方法学为主要研究目标，通过软件仿真和实验验证的方法，研究了生物组织介电特性的在体测量与估算方法，构建了测量平台，设计了实验流程，尤其是针对各向异性组织介电特性的测量问题，创新性的提出了一种五电极测量方法，并设计了新型在体测量探头。本项目主要完成了如下的研究内容：（1）采用COMSOL有限元计算软件作为仿真工具，开展了软件仿真研究。构建了包含电极和被测组织的数学模型，通过设定被测组织介电特性、观察复电阻抗测量结果的方法，研究了在体测量时介电特性的估算方法，分析得到了在体测量时被测组织的最小尺寸，得到了各种在体测量探头的探头常数，并仿真分析了介电特性的测量过程。（2）设计制作了在体测量探头，并针对新型五电极测量方法，设计了五电极法复电阻抗测量系统。该系统可以兼容实施传统的四电极电阻抗测量方法，从而构建了生物组织复电阻抗测量平台。（3）开展了物理模型验证实验。采用注入烧杯的盐溶液，构建了被测生物组织的物理模型，采用离体肝脏构建各向同性组织实验模型，采用离体肌肉组织构建各向异性组织实验模型，开展测量实验，并将测量结果与离体测量盒的测量结果相比较，结果表明设计的在体测量方法可以较为准确的测量各向同性组织的介电特性，新型五电极法在体测量探头可以较为准确的测量各向异性组织的介电特性。（4）设计了动物实验的实验流程，并以大白兔为实验对象，针对肝脏、肾脏、肺脏、脑组织、肌肉组织等生物组织，进行了初步的动物实验，实验结果表明，本项目设计的在体测量方法和实验流程是可行的。.本项目研究了各向同性和各向异性生物组织介电特性的在体测量方法，设计了新型在体测量探头和测量系统，可以用于较为准确的在体测量生物组织的介电特性，从而为开展生物活性组织介电特性的相关研究与应用奠定了良好的基础。本项目的研究成果已经获得了国家发明专利并发表了相关论文。