一种用于测量离体生物软组织介电特性的容量可调的方形测
量盒
技术领域
背景技术
[0002] 生物组织的介电特性是指在电
磁场作用下，生物组织对电磁能的储存和损耗特性，通常使用电导率σ和相对介电系数ε来进行表征。相对介电系数ε反映了生物组织对电磁能的储存能
力，而电导率σ则反映了生物组织对电磁能在传导过程中的损耗作用。生物组织的介电特性可以反映其微观结构，不同生物组织的介电特性不同，同一种生物组织在不同的生理或病理状态中的介电特性也不相同。
[0003] 目前，对于离体生物软组织的测量一般采用简单的圆筒形测量装置。在实际操作中很难将软组织剪裁为圆筒形，采用多次剪裁填充的方式会破坏软组织的物理形态，影响测量结果的准确性，并且该类测量装置受结构限制，一方面为了操作简便容量不会太小，如果目标组织体积较小时，就不得不填充其它组织或者采用多
块填充的方法来塞满测量盒，以保证与
电极的充分
接触，这样使得测量结果也会偏离软组织真实值，因此需要一种便于操作的，能尽可能保留软组织原始形态的，容量小并且可调的测量装置来用于离体生物软组织介电特性的测量。
发明内容
[0004] 为了克服上述
现有技术存在的
缺陷，本发明的目的在于提供一种用于测量离体生物软组织介电特性的容量可调的方形测量盒，该测量盒结构设计合理，尺寸规范，便于剪裁生物软组织，且容量可调，能够适用于不同体积的生物软组织。
[0005] 本发明是通过以下技术方案来实现：
[0006] 一种用于测量离体生物软组织介电特性的容量可调的方形测量盒，其特征在于，包括测量盒体及设置在测量盒体下方及两侧的容量调节装置；测量盒体底部及左、右两侧无盒壁，在测量盒体顶壁内嵌设若干条形电极，测量盒体的前、后壁上分别对称开设若干凹槽，并配有能够塞进凹槽的条形塞，用于
锁定调节装置。
[0007] 设置在测量盒体两侧的容量调节装置包括
支架和
螺纹推杆，在螺纹推杆前端设有容量调节推板，容量调节推板内嵌设有片状电极，容量调节推板与测量盒体前、后壁接触的侧面开设有推板固定槽；在螺纹推杆上设有
弹簧，螺纹推杆能够穿过支架伸入测量盒体内。
[0008] 所述推板固定槽与测量盒体前、后壁上的凹槽配合使用，通过条形塞锁定。
[0009] 片状电极与容量调节推板内壁齐平。
[0010] 测量盒体、条形塞、螺纹推杆、容量调节推板和支架均由有机玻璃制成；弹簧由不锈
钢制成，条形电极和片状电极均由
银制成。
[0011] 设置在测量盒体底部的容量调节装置包括底部支架和底部螺纹推杆，在底部螺纹推杆前端设有底部推板，在底部螺纹推杆上设有弹簧，底部螺纹推杆能够穿过底部支架伸入测量盒体内。
[0012] 所述条形电极为4个，且等间距设置，条形电极与测量盒体等宽且与内壁平齐。
[0013] 测量盒体的前、后壁上分别对称开设6个凹槽。
[0014] 测量盒体的前、后壁上设有毫米刻度。
[0015] 与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
[0016] 本发明的用于测量离体生物软组织介电特性的容量可调的方形测量盒，包括测量盒体及设置在测量盒体下方及两侧的容量调节装置，在左右方向上，可以实现测量盒体内仓长度的分档调节，在垂直方向上，可以实现测量盒体内仓厚度的一定距离范围内任意调节。该测量盒一方面采用方形半开放设计，方便实验人员将被测生物软组织剪裁为适应测量盒的形状，另一方面测量盒对被测生物软组织的大小有很好的适应性，适用于不同大小的生物软组织尤其是小体积的生物软组织介电特性测量，并且也精确控制了测量外形和体积，方便进行后续的计算。具体优势如下：
[0017] 1、由于实验人员在剪裁被测组织的操作过程中，将被测组织
修剪为条形或者方形最为方便，因而本发明采用方形测量盒设计，便于操作人员在保持被测组织形态的情况下将被测组织修剪为适合测量盒的形状，保证了测量值的精确性；
[0018] 2、本发明采用了容量可调的设计，可以对内部容器的宽、高进行调整，从而调整测量容积，可以适用于不同大小的生物软组织尤其是体积较小的生物软组织的介电特性测量；
[0019] 3、本发明提供了多个电极供测量时自由搭配选择，可以对目标组织的不同区域进行介电特性测量，拓展了测量盒的适用性；
[0020] 4、本发明在设计上相对开放，由各个部件组合而成，便于清洗和维护，并且优化了细节设计，在螺纹推杆外嵌套弹簧，和条形塞配合(推板固定槽与测量盒体前、后壁上的凹槽配合使用，通过条形塞锁定，保证测量时计算面积是固定的，不会轻易发生变化，其余未使用的凹槽用条形塞塞住，保证测量盒内仓的组织不漏出)令推板固定牢靠并尽可能与被测组织充分接触，保证测量结果的精确性。
附图说明
[0021] 图1是本发明的用于测量离体生物软组织介电特性的容量可调的方形测量盒的立体图；
[0022] 图2是本发明的用于测量离体生物软组织介电特性的容量可调的方形测量盒的主视图；
[0023] 图3本发明的主视图的截面图；
[0024] 图4是本发明的俯视图；
[0025] 图5是本发明的和左视图；
[0026] 图6是左右两侧螺纹推进装置示意图；
[0027] 图7是下方螺纹推进装置示意图；
[0028] 图8是离体生物软组织的电导率测量图；
[0029] 图9是离体生物软组织的
介电常数测量图；
[0030] 其中，101、测量盒体，102、凹槽，103、毫米刻度，104、条形电极，105、片状电极，106、支架，107、螺纹推杆，108、容量调节推板，109、底部支架，110、底部螺纹推杆，111、底部推板，112、弹簧，113、推板固定槽。
具体实施方式
[0031] 下面结合具体的
实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
[0032] 参见图1，本发明的用于测量离体生物软组织介电特性的容量可调的方形测量盒，其特征在于，包括测量盒体101及设置在测量盒体101下方及两侧的容量调节装置；测量盒体101底部及左、右两侧无盒壁，在测量盒体101顶壁设有若干能够嵌入测量盒体101内部的条形电极104，条形电极有4个，等间距镶嵌，与测量盒体等宽且与内壁平齐(条形电极104的长度与测量盒的内侧顶壁的宽度相同，并且条形电极镶嵌在内壁里)；测量盒体101的前、后壁上分别对称开设若干凹槽102，并配有能够塞进凹槽102的条形塞，用于锁定调节装置。优选地，测量盒体101的前、后壁上分别对称开设6个凹槽102。测量盒体101的前、后壁上设有毫米刻度103。
[0033] 参见图2～7，设置在测量盒体101左、右两侧的容量调节装置包括支架106和螺纹推杆107，在螺纹推杆107前端设有容量调节推板108，容量调节推板108内嵌设有片状电极105，片状电极105与容量调节推板108内壁齐平；容量调节推板108与测量盒体101前、后壁接触的侧面开设有推板固定槽113；在螺纹推杆107上设有弹簧112，螺纹推杆107能够穿过支架106伸入测量盒体101内。推板固定槽113与测量盒体101前、后壁上的凹槽102配合使用，通过条形塞锁定。
[0034] 设置在测量盒体101底部的容量调节装置包括底部支架109和底部螺纹推杆110，在底部螺纹推杆110前端设有底部推板111，在底部螺纹推杆110上设有弹簧112，底部螺纹推杆110能够穿过底部支架109伸入测量盒体101内。
[0035] 本发明的用于测量离体生物软组织介电特性的容量可调的方形测量盒，包括测量盒体101和容量调节装置，在安装时：左右容量调节装置的支架106分别安装在测量盒体101的左、右两侧，左、右两侧的螺纹推杆107穿过支架106中间的
螺纹孔洞，且外套弹簧112后与左、右两侧的容量调节推板108相连，测量盒体101的前、后壁开有6对共12个长方形凹槽102，调节左右容量调节推板108
位置与凹槽102对齐，用条形塞114穿过凹槽102插入左右容量调节推板108上的推板固定槽113中固定推板，空余的凹槽102用条形塞114塞住，不得冒入测量盒体101内仓中。随后选择合适的底部推板111，底部螺纹推杆110穿过底部支架109中央的螺纹孔洞，外套弹簧112后与底部推板111连接在一起，将底部支架109安装。
[0036] 下面给出具体的制作实例：
[0037] 测量盒各部件均由甲基
丙烯酸甲酯，即有机玻璃制成，电极由纯银制成，测量盒体长为30mm，宽15mm，高18mm，壁厚5mm，内部测量仓镶嵌4个条形电极长5mm(测量盒体顶壁宽度为15mm，减去两
侧壁厚10mm，剩余5mm，恰好与条形电极长度一致)，宽0.5mm，厚度1mm，内侧两个电极间距4mm，外侧两个间距14mm，测量盒前壁和后壁开有6对凹槽，宽2mm，高3mm，距测量盒体中线距离分别为2.5mm，12.5mm，22.5mm；左右两侧支架长10mm，宽15mm，高18mm，壁厚5mm，支架中央螺纹孔径3mm，左右两侧的螺纹推杆长20mm，直径为3mm，左右两侧的容量调节推板长8mm，宽3mm，厚度为3mm，推板内侧嵌方形银电极片，长8mm，宽3mm，电极片厚度为1mm；底部支架长30mm，宽15mm，高20mm，壁厚5mm，支架中央螺纹孔径3mm，底部螺纹推杆长
20mm，直径为3mm，底部推板有三种规格可选，长分别为25mm、15mm、5mm，宽均为8mm，厚度均为3mm；条形塞为长方体，长5.5mm，高3mm，宽2mm。
[0038] 在具体的使用过程中，暂不安装底部的容量调节装置，先粗略估计被测组织目标区域的大小，然后旋动左右螺纹推杆至相同编号的凹形槽处，使得测量盒内仓的面积略小于被测组织目标区域的表面积，然后根据测量盒内仓的长、宽，剪裁被测组织，并将被测组织的表面尽可能地修剪平齐，从测量盒底部的开口放入测量盒内仓，微调左右推杆令容量调节推板内嵌的片状电极与生物组织紧密接触。根据双侧螺纹推杆所处位置的标号选择合适的底部推板安装到底部螺旋推杆上，再将整个底部容量调节装置安装到测量盒上，旋动底部螺旋推杆尾部的旋钮，使推板轻压被测组织，令被测组织与测量盒内仓的条形电极紧密接触。选用两电极法测量组织介电特性时，可将测量盒的左右两侧片状银电极与阻抗测量仪连接；选用四电极法测量组织介电特性时，可将左右两侧片状银电极分别作为正负激励电极，选择两个与被测组织紧密接触的条形银电极作为
测量电极，与阻抗测量仪连接，这只是推荐的操作方法，并不仅限于此，可以遵守两电极法和四电极法测量组织阻抗的基本原则的前提下自由搭配使用。
[0039] 使用两电极法测量目标组织的介电特性时，根据目标组织与各电极的接触情况，可以选择任意两个与目标组织充分接触的电极与阻抗测量仪连接，设定合适的参数测量目标组织的阻抗
频谱。
[0040] 使用四电极法测量目标组织的介电特性时，将左右螺旋推杆上的片状电极作为激励电极对，根据目标组织所处位置选择测量盒顶壁外侧的两个条形电极作为测量电极，分别与阻抗测量仪相连，设定合适的参数测量目标组织的阻抗频谱，根据相应的公式换算为电导率和相对介电常数。
[0041] 对获取的阻抗测量频谱进行进一步的处理，可得到被测生物软组织的电导率σ和相对介电系数ε，计算公式如下：
[0042]
[0043]
[0044] 其中，f0为
频率，Re为频率为f0时测量阻抗的
实部值，Im为频率为f0时测量阻抗的
虚部值，d为被测软组织的有效测量长度，采用两电极法测量时，d两激励电极间的距离，采用四电极法测量时，d为两测量电极间的距离；a、b为测量盒内仓的宽和高，即被测组织贴近片状银电极侧的宽和高，通过调节左右两侧和底部的容量推板确定，可从测量盒外壁上的毫米刻度尺读出。
[0045] 离体生物软组织的电导率和介电常数的测量结果如图8和图9所示，测量仓内离体生物软组织(猪肾)的长5mm，宽5mm，厚3mm，选择左右片状银电极，使用两电极法测量组织阻抗。图8中横坐标为频率，纵坐标为电导率，图9中横坐标为频率，纵坐标为介电常数。从图中可以看出，与现有的圆筒形测量盒相比，本发明的方形测量盒降低了修剪组织的难度，并且较好地保留了被测组织的原有形态，提高了测量的效率；在测量结果上，可以看出，在控制
温度、湿度等环境条件的前提下，与国际上公布并普遍使用的新鲜猪肾介电特性相比，本测量盒测得的组织介电特性和国际标准更为接近，便于和国际类似研究结果进行对比。
[0046] 综上所述，本发明公开的容量可调的方形测量盒，用于离体生物软组织的介电特性测量，由测量盒体和容量调节装置组成。测量盒内壁顶端嵌有条形银电极，条形银电极与测量盒内壁平齐，穿过测量盒上壁引出至测量盒外，测量盒左右两侧和底部的容量调节推板通过螺纹推进装置调节测量盒内的实测容积，并利用弹性调节装置保证推板能适度
压实测量样本，其中左右两侧的推板内侧镶嵌矩形银电极片，矩形银电极片通过螺纹推杆引出至测量盒。该装置可以根据需要，选择合适的内嵌的电极与阻抗测量仪连接，对离体生物软组织进行介电特性的测量。该装置为方形，既方便操作人员修剪被测组织，也可较好控制被测组织外形，实现被测组织介电特性的精确测量，且容量可调，特别适用于各类小体积的软组织的测量。
