生物组织介电特性测量及模拟材料研究

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1、分类号密级ＵＤＣ编号讀似序硕击学位论文生物组织介电特性巧量及模拟材料研究Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｎｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｒｏｅｒｔｉｅｓｏｆｂｉｏｌｏｉｃａｌｔｉｓｓｕｅｓｐｐｇ－ｍａｎｄｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｉｓｓｕｅｉｍｉｃｋｉｎｇｍａｔｅｒｉａｌｓ冯健导师姓名辛学刚教巧专业名称生巧医学工程培养类型学术型论文提交日期２０１５年３月２５日南方医科大学２０１２级硕壬学位论文生物组织介电特性測置及模热材料研究Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｎｄｉｅｌｅｃｔｒ

2、ｉｃｒｏｅｒｔｉｅｓｏｆｂｉｏｌｏｉｃａｌｔｉｓｓｕｅｓｐｐｇａｎｄ－ｍｍｎｍａ化ｒｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｉｓｓｕｅｉｉｄｄｉａｌｓｇ１ｏ课题来源：国家自然科学基金面上项目（Ｎ．６１１７２０３４）广州科技计划项目（Ｎｏ．２０１４Ｊ４１００１６０）学位申请人冯健导师姓違辛学刚教授专业名称生物医学工程培养类型学术型培养层次硕去研究生所在学院生物医学王程学院２０１５年３月２５日广州硕去学位论文生物组织介电特性测量及模拟材料研究硕：ｔ研究生：冯健指导教师：辛学刚教授摘要一种物

3、质对电磁场的响应特性生物组织的电磁特性是生物组织作为。磁特性，即生物组织的磁导率，通常接近真空磁导率，可被看作是常数；电特性，主要指生物组织的介电特性，，包括电导率和介电常数两个部分分别用宏观参０＇＾数＾７和￡表示。当生物组织放入时谐电场１：６中，生物组织的介电特性同外加＇＇Ｓ＝Ｓ－，场的频率相关，生物组织的复相对介电常数可Ｗ表示为知式中的实，＇？’部￡即通常意义下的相对介电常数，虚部￡即损耗因子。由于损耗因子Ｓ描述的是组织的损耗特性，因此通常将其归入同角频率Ｗ相关的等效电导率？？＝Ｋ〇＋Ｓ，仍仿Ｓ中，Ｓ是真空介电常数。大量研究实验表

4、明不同类型的正常（）〇〇组织之间介电特性差别很大，含水量少的组织側如脂肪和骨骼）要比高含水组织一例如肌肉、皮肤和内脏器官的相对介电常数和电导率低个数量级，例如测量（）频率为ｌＯＯＭＨｚ时，健康生物组织的相对介电常数和电导率变化范围分别是ｉ－－ｎｆ５．１．７９８．１和０．１７２１Ｓ同时相同类型组织的介电特化肿瘤组织比正常组；３０％－５０％织大，甚至肿瘤组织不同位置的介电特性也有所不同；另外，相对介？￡■随温度的变化则相对较大电常数随温度变化不大，电导率０。综上所述，生物组织的介电特性不仅具有频率依赖性，而且同组织类型、组织结构Ｗ及组织

5、温度都息息相关。由于肿瘤组织和正常纪织介电特性的不同，通过对活体组织的介电特性进行成像，为医学诊断提供，这些图像就可Ｗ反映组织、器官的生理和病理状态，追踪监测正有价值的信息，甚至可能用于癌症的早期诊断常组织向肿瘤组织。演化的整个变化过程，使得能够在早期就对肿瘤进行干预治疗另外在微波热Ｉ摘要疗领域中，温度监控在治疗肿瘤过程中有着重要作用，利用介电特性随温度变化的特征就可Ｗ对人体组织进行温度成像。人体组织的介电特性与外加电磁场、的功率频率和治疗时长的关系也是影响治疗效果的重要问题，如果对人体组，在临床应用上就会带来灾难性的后

6、果织介电特性了解不准确。由此可见生物组织介电特性的研究不但对于癌症的研究和治疗具有非同凡响的意义，而且对于生物理论和医学应用的发展也都具有非常重要的基础意义。生物组织介电特性的研究主要分为两个方向：生物组织介电特性的变化规律和生物组织介电特性的测量方法。生物组织介电特性变化规律的研究主要是利用各种生物组织介电特性测量技术，探讨生物组织在不同频率、湿度、组织－结构等影响因素下介电特性的变化。Ｃ．Ｇａｂｒｉｅｌ等人给出了ｌＯＨｚｌＯＯＧＨｚ频率范５５围内估算种人体健康组织器官介电特性的参数模型，但该参数模型是建立在。离体组织介电特性的基

7、础上，因此并不能真实反映活体内组织的介电特性另外，，目前人体组织介电特性的研究都是关于健康组织的在肿瘤组织方面只有乳腺癌组织和肝癌组织的介电特性得到了深入的研究，因此生物组织介电特性一的变化规律有待更进步研究。为了研究在体组织和癌症组织的介电特性变化。规律，首先条件是必须研究生物组织介电特性的测量方法生物组织，尤其是活体组织，由于其含有生命的特点，它们的介电特性比非生物物质要复杂得多，因此生物组织介电特性的测量方法必须具有Ｗ下条件：１（宽带性，为了研究生）物组织介电特性同频率的关系，探头的覆盖频宽为几兆赫到几吉赫；（２）便于控制、