本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種用于乳腺電阻抗掃描成像的逼真物理仿真模型，由乳房外形仿體結(jié)構(gòu)層、激勵(lì)電極基層、檢測(cè)電極陣列模塊、檢測(cè)電極替代片，以及胸大肌組織仿體、乳腺組織仿體、癌變包塊仿體、皮膚組織仿體等分離部件組成。所述的胸大肌組織仿體、乳腺組織仿體、癌變包塊仿體和皮膚組織仿體，其電阻抗特性均依據(jù)活性乳腺組織的電阻抗特性參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。本發(fā)明專利技術(shù)按照乳腺電阻抗掃描實(shí)際臨床檢測(cè)時(shí)的乳房狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計(jì)，且各仿體的電阻抗特性參數(shù)均依據(jù)活性組織參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，可使仿真結(jié)果更接近實(shí)測(cè)結(jié)果，同時(shí)本發(fā)明專利技術(shù)可以靈活設(shè)置仿真條件，為深入開展乳腺電阻抗掃描成像科學(xué)研究提供一種有效的仿真工具。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及生物電阻抗成像研究領(lǐng)域，特別涉及一種用于乳腺電阻抗掃描成像研究的逼真物理仿真模型。
技術(shù)介紹
乳腺電阻抗掃描成像技術(shù)是近年來發(fā)展的一種新型功能成像技術(shù)，且具有無(wú)創(chuàng)、無(wú)輻射等特點(diǎn)。基于乳腺癌變組織和正常組織的電阻抗之間存在顯著差異的生物物理學(xué)特性，乳腺電阻抗掃描成像技術(shù)采用平板陣列式電極對(duì)乳房表面進(jìn)行檢測(cè)，通過提取各單元之間的電流差異獲得反映被測(cè)區(qū)域下組織電阻抗分布的二維灰度圖像，該技術(shù)在乳腺癌早期檢測(cè)、乳腺癌早期篩查中具有顯著優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用前景廣闊。乳腺電阻抗掃描成像技術(shù)通過對(duì)所提取的體表電流進(jìn)行分析，進(jìn)而推知電極覆蓋 區(qū)域下的乳腺組織電阻抗分布情況，屬于“電磁場(chǎng)逆問題”的求解過程，如何精確求解是乳腺電阻抗掃描成像技術(shù)能否準(zhǔn)確判別病變的關(guān)鍵。電磁場(chǎng)“正問題”的分析計(jì)算可為“逆問題”求解提供必要的先驗(yàn)信息，為此在研究過程中首先需要進(jìn)行“電磁場(chǎng)正問題”的分析，即分析乳腺癌包塊的大小、深度、生長(zhǎng)情況對(duì)成像結(jié)果的影響。由于這些研究無(wú)法直接在人體上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，所以通常需要引入仿真模型進(jìn)行分析計(jì)算。目前研究中常見的仿真模型有計(jì)算機(jī)仿真模型和物理仿真模型，計(jì)算機(jī)仿真模型無(wú)需硬件數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)配合使用，僅在計(jì)算機(jī)上就可以進(jìn)行理論仿真分析，但是無(wú)法結(jié)合硬件數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)逼真模擬實(shí)測(cè)環(huán)境。而物理模型的仿真研究可以將硬件數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、成像算法與仿真模型有機(jī)結(jié)合，更加逼近真實(shí)應(yīng)用環(huán)境，能夠更真實(shí)地模擬乳腺癌包塊的狀態(tài)對(duì)成像結(jié)果的影響，同時(shí)也可對(duì)硬件系統(tǒng)、成像算法進(jìn)行綜合評(píng)估。因此，物理模型研究是推進(jìn)乳腺電阻抗掃描成像研究的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。但是目前國(guó)內(nèi)外研究小組通常選擇長(zhǎng)方體或圓柱形物理模型模擬檢測(cè)狀態(tài)下的乳房外形，選擇鹽溶液模擬乳房組織，使用瓊脂塊模擬乳房?jī)?nèi)癌包塊。這樣的模型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)法模擬實(shí)際檢測(cè)時(shí)乳房的形變狀態(tài)；同時(shí)由于不包含皮膚層，無(wú)法模擬真實(shí)測(cè)量時(shí)皮膚與電極之間的接觸阻抗；而且在構(gòu)建乳房組織仿體、癌變包括仿體時(shí)，其電阻抗參數(shù)的設(shè)置也未按照活體組織實(shí)測(cè)電阻抗參數(shù)值進(jìn)行設(shè)置；因此當(dāng)前仿真模型的局限會(huì)導(dǎo)致仿真模擬的測(cè)量計(jì)算誤差較大，不能滿足深入開展乳腺電阻抗掃描成像仿真研究的需求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對(duì)目前乳腺電阻抗掃描成像仿真研究中所用物理模型存在結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、組織仿體電阻抗參數(shù)設(shè)計(jì)不合理和仿真度不高，以致不能深入開展逼近真實(shí)測(cè)量這一技術(shù)現(xiàn)狀，本專利技術(shù)的目的在于，提出一種可逼真模擬乳房形態(tài)的邊球形物理模型，該物理模型所模擬的各種組織仿體的電阻抗特性參數(shù)均來源于實(shí)測(cè)活性乳腺組織電阻抗參數(shù)。該模型可逼真模擬乳腺電阻抗掃描檢測(cè)時(shí)的實(shí)際條件，為深入研究癌包塊對(duì)乳腺電阻抗掃描檢測(cè)結(jié)果的影響提供了一種有效的研究工具。為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本專利技術(shù)采用如下的技術(shù)解決方案一種用于乳腺電阻抗掃描成像的逼真物理仿真模型，其特征在于，該乳腺電阻抗掃描成像的逼真物理仿真模型固定于具有刻度標(biāo)尺的支架臺(tái)上，包括乳房外形仿體結(jié)構(gòu)層、激勵(lì)電極基層、檢測(cè)電極陣列模塊、檢測(cè)電極替代片，以及胸大肌組織仿體、乳腺正常組織仿體和癌變包塊仿體，其中，乳房外形仿體結(jié)構(gòu)層、激勵(lì)電極基層、檢測(cè)電極陣列模塊及檢測(cè)電極替代片進(jìn)行密閉連接成為整體；而胸大肌組織仿體、乳腺正常組織仿體和癌變包塊仿體位于模型內(nèi)部；所述的乳房外形仿體結(jié)構(gòu)層采用半球形設(shè)計(jì)，逼真模擬乳腺電阻抗掃描檢測(cè)時(shí)乳房的外形狀態(tài)，乳房外形 仿體結(jié)構(gòu)層由支撐基座進(jìn)行支撐，上端留有開口 ；所述的胸大肌組織仿體緊貼激勵(lì)電極基層放置，胸大肌組織仿體為固態(tài)導(dǎo)電介質(zhì)，采用冷卻的瓊脂塊制成，厚度約I. 5cm^3cm,電導(dǎo)率設(shè)置為1±0. 2S/m ；所述的乳腺正常組織仿體采用葡萄糖溶液添加NaCl溶液的方法制備而成，溶液由乳房外形仿體結(jié)構(gòu)層的開口處注入模型內(nèi)部，形成乳腺正常組織仿體，電導(dǎo)率的調(diào)節(jié)范圍為 O. 04S/m 0· 6S/m ；所述的癌變組織仿體是由鍍銀銅粉摻入硅橡膠制成的正方體或球體，電導(dǎo)率設(shè)置為 O. 25±0· 05S/m ；所述的乳房外形仿體結(jié)構(gòu)層為采用透明有機(jī)玻璃材料制成。所述的檢測(cè)電極替代片采用可拆卸的方式固定于乳房外形仿體結(jié)構(gòu)層之上，與垂直方向的夾角為30°。所述的檢測(cè)電極陣列模塊與檢測(cè)電極替代片在乳房外形仿體結(jié)構(gòu)層上的連接位置可以互換，以此模擬檢測(cè)電極陣列處于乳房表面不同位置時(shí)的檢測(cè)情況。所述的檢測(cè)電極陣列模塊由檢測(cè)電極陣列單元和皮膚組織仿體組成，為了確保皮膚組織仿體和電極陣列單元的良好接觸，在皮膚組織仿體和電極陣列之間涂抹有耦合劑，并確保無(wú)氣泡殘留。所述的激勵(lì)電極基層包括導(dǎo)電平板和導(dǎo)線接頭，導(dǎo)線接頭一端與導(dǎo)電平板相連，另一端通過導(dǎo)線與激勵(lì)電壓源相連。所述的刻度標(biāo)尺用于控制癌包塊仿體在模型內(nèi)的位置，包含有橫向刻度調(diào)整標(biāo)尺、縱向刻度調(diào)整標(biāo)尺以及滑環(huán)。所述的皮膚組織仿體由水凝膠制成的薄膜，水凝膠薄膜的電導(dǎo)率O.0125±0. 005S/m ;水凝膠膜的厚度為 O. 3mnT0. 5mm。進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)研究時(shí)，將該乳腺電阻抗掃描成像的逼真物理仿真模型與乳腺電阻抗掃描成像系統(tǒng)相連接。其中激勵(lì)電極基層與硬件系統(tǒng)的激勵(lì)輸出連接，檢測(cè)電極與硬件系統(tǒng)的檢測(cè)模塊相連。本專利技術(shù)實(shí)現(xiàn)的乳腺電阻抗掃描成像仿真模型，可以逼真模擬乳腺電阻抗掃描的臨床實(shí)際檢測(cè)條件，相比現(xiàn)有技術(shù)裝置的優(yōu)點(diǎn)和積極效果在于(I)按照乳腺電阻抗掃描實(shí)際臨床檢測(cè)時(shí)的乳房狀態(tài)設(shè)計(jì)模型，仿真度高。(2)模型按照乳房的組織結(jié)構(gòu)及乳房離體活性組織的電阻抗參數(shù)，制作了乳腺組織、病變組織及乳房皮膚的仿體，可以使仿真結(jié)果更接近實(shí)測(cè)結(jié)果。( 3 )該模型設(shè)計(jì)了可調(diào)節(jié)裝置，仿真實(shí)驗(yàn)時(shí)便于靈活設(shè)置仿真條件。同時(shí)可以反復(fù)長(zhǎng)期使用，確保多次仿真研究時(shí)的條件一致性。附圖說明圖I是乳腺電阻抗掃描成像逼真物理仿真模型結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是乳腺電阻抗掃描成像逼真物理仿真模型結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。圖3是激勵(lì)電極面和乳房仿體的組合示意圖。圖4是乳腺電阻抗掃描成像檢測(cè)電極陣列板示意圖。圖5是檢測(cè)電極陣列替代板示意圖。圖6是刻度支架示意圖。圖7是利用乳腺電阻抗掃描成像物理仿真模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的示意圖。以下結(jié)合附圖和專利技術(shù)人給出的實(shí)施例對(duì)本專利技術(shù)作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。 具體實(shí)施例方式為進(jìn)一步說明本專利技術(shù)的特點(diǎn)、制作方法及優(yōu)勢(shì)特性，按照本專利技術(shù)的技術(shù)方案，本實(shí)施例給出一種用于乳腺電阻抗掃描成像的逼真物理仿真模型的具體結(jié)構(gòu)、制作方法及應(yīng)用進(jìn)行說明。針對(duì)簡(jiǎn)單乳腺電阻抗掃描仿真物理模型的缺點(diǎn)，在充分考慮實(shí)際應(yīng)用狀態(tài)和仿真研究的需求下，申請(qǐng)人設(shè)計(jì)了近似乳房形狀的半球形物理模型外形，同時(shí)引入活性乳腺組織的電阻抗特性參數(shù)，作為設(shè)計(jì)胸大肌組織仿體、乳房組織仿體、癌包塊仿體、以及乳房皮膚仿體電阻抗參數(shù)的依據(jù)。同時(shí)在模型中設(shè)計(jì)了可變位置的測(cè)量電極陣列裝配結(jié)構(gòu)，可以有效模擬實(shí)際應(yīng)用時(shí)檢測(cè)電極陣列位置對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響。為深入開展乳腺電阻抗掃描成像研究提供一種有效的仿真工具。乳腺電阻抗掃描成像檢測(cè)時(shí)，受檢者平躺且手握激勵(lì)電極，操作者將檢測(cè)電極陣列置于乳房表面進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)。激勵(lì)電極產(chǎn)生激勵(lì)電壓信號(hào)，檢測(cè)電極陣列的電勢(shì)為地電勢(shì)，因此在激勵(lì)電極和檢測(cè)電極陣列之間形成電流場(chǎng)，電流通過手臂傳遞到胸大肌，穿透乳房組織后被檢測(cè)電極接收。由于肌肉的導(dǎo)電性高于乳腺組織，所以胸大肌處的電壓近似等于激勵(lì)電極產(chǎn)生的電壓。因此在進(jìn)行乳腺電阻抗掃描成像仿真研究時(shí)國(guó)內(nèi)外研究小組通常把胸大肌本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種用于乳腺電阻抗掃描成像的逼真物理仿真模型，其特征在于，該乳腺電阻抗掃描成像的逼真物理仿真模型固定于具有刻度標(biāo)尺（9）的支架臺(tái)上，包括乳房外形仿體結(jié)構(gòu)層（1）、激勵(lì)電極基層（5）、檢測(cè)電極陣列模塊（7）、檢測(cè)電極替代片（6、8），以及胸大肌組織仿體（2）、乳腺正常組織仿體（3）和癌變包塊仿體（4），其中，乳房外形仿體結(jié)構(gòu)層（1）、激勵(lì)電極基層（5）、檢測(cè)電極陣列模塊（7）及檢測(cè)電極替代片（6、8）進(jìn)行密閉連接成為整體；而胸大肌組織仿體（2）、乳腺正常組織仿體（3）和癌變包塊仿體（4）位于模型內(nèi)部；所述的乳房外形仿體結(jié)構(gòu)層（1）采用半球形設(shè)計(jì)，逼真模擬乳腺電阻抗掃描檢測(cè)時(shí)乳房的外形狀態(tài)，乳房外形仿體結(jié)構(gòu)層（1）由支撐基座（1？1）進(jìn)行支撐，上端留有開口（1？2）；所述的胸大肌組織仿體（2）緊貼激勵(lì)電極基層（5）放置，胸大肌組織仿體（2）為固態(tài)導(dǎo)電介質(zhì)，采用冷卻的瓊脂塊制成，厚度約1.5cm~3cm,電導(dǎo)率設(shè)置為1±0.2S/m；所述的乳腺正常組織仿體（3）采用葡萄糖溶液添加NaCl溶液的方法制備而成，溶液由乳房外形仿體結(jié)構(gòu)層（1）的開口（1？2）處注入模型內(nèi)部，形成乳腺正常組織仿體，電導(dǎo)率的調(diào)節(jié)范圍為0.04S/m~0.6S/m；所述的癌變組織仿體（4）是由鍍銀銅粉摻入硅橡膠制成的正方體或球體，電導(dǎo)率設(shè)置為0.25±0.05S/m。...
【技術(shù)特征摘要】
1.一種用于乳腺電阻抗掃描成像的逼真物理仿真模型，其特征在于，該乳腺電阻抗掃描成像的逼真物理仿真模型固定于具有刻度標(biāo)尺(9)的支架臺(tái)上，包括乳房外形仿體結(jié)構(gòu)層(I)、激勵(lì)電極基層(5)、檢測(cè)電極陣列模塊(7)、檢測(cè)電極替代片(6、8)，以及胸大肌組織仿體(2)、乳腺正常組織仿體(3)和癌變包塊仿體(4)，其中，乳房外形仿體結(jié)構(gòu)層(I)、激勵(lì)電極基層(5)、檢測(cè)電極陣列模塊(7)及檢測(cè)電極替代片(6、8)進(jìn)行密閉連接成為整體；而胸大肌組織仿體(2)、乳腺正常組織仿體(3)和癌變包塊仿體(4)位于模型內(nèi)部； 所述的乳房外形仿體結(jié)構(gòu)層(I)采用半球形設(shè)計(jì)，逼真模擬乳腺電阻抗掃描檢測(cè)時(shí)乳房的外形狀態(tài)，乳房外形仿體結(jié)構(gòu)層(I)由支撐基座(1-1)進(jìn)行支撐，上端留有開口( 1-2); 所述的胸大肌組織仿體(2 )緊貼激勵(lì)電極基層(5 )放置，胸大肌組織仿體(2 )為固態(tài)導(dǎo)電介質(zhì)，采用冷卻的瓊脂塊制成，厚度約I. 5cm^3cm,電導(dǎo)率設(shè)置為1±0. 2S/m ； 所述的乳腺正常組織仿體(3)采用葡萄糖溶液添加NaCl溶液的方法制備而成，溶液由乳房外形仿體結(jié)構(gòu)層(I)的開口(1-2)處注入模型內(nèi)部，形成乳腺正常組織仿體，電導(dǎo)率的調(diào)節(jié)范圍為O. 04S/nT0. 6S/m ； 所述的癌變組織仿體(4)是由鍍銀銅粉摻入硅橡膠制成的正方體或球體，電導(dǎo)率設(shè)置為 O. 25±0· 05S/m。2.如權(quán)利要求I的用于乳腺電阻抗掃描成像的逼真物理仿真模型，其特征在于，所述的乳房外形仿體結(jié)構(gòu)層(I)為采用透明有機(jī)玻璃材料制成。3.如權(quán)利要求I所述的用于乳腺電阻抗掃...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：季振宇，董秀珍，史學(xué)濤，尤富生，付峰，劉銳崗，王威，王楠，馬航，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國(guó)人民解放軍第四軍醫(yī)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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