[发明专利]用于生物组织识别的电涡流传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种生物医学工程领域的生物传感器，具体地说，是指一种用于识别不同生物组织的电涡流传感器。

背景技术

根据电导率的不同进行生物组织的识别，是目前生物医学领域研究的热点问题。最常用的研究方法是电阻抗断层成像法（EIT）和磁感应断层成像法（MIT）。EIT技术在实际应用过程中需要将电极与生物组织接触或者是通过感应的方法对被测目标施加安全激励，再直接测量目标表面的电流，通过所测得的电流信息来重建生物组织的内部结构。EIT技术最主要的问题在于由于电极与被测对象的接触，存在电极极化的现象，不能获得可靠而充足的测量数据，会对测量结果造成很大的影响，而且无法探测前方一定距离的生物组织特性。MIT是一种非接触式测量组织电阻电导率的成像技术,它依据的原理是把被测生物组织置于激励磁场中,利用生物组织内感应出的微弱涡流的扰动磁场进行检测。MIT的主要优点是:MIT方法可以获取前方一定距离处生物组织的电磁特性，从而实现非接触检测。而且MIT技术无漏电流产生，可以获得阻抗绝对值，抗噪性能好等。

由于生物组织的电导率远远低于金属材料，因此利用MIT技术在生物组织内产生的涡流信号及其微弱。因此，如果提供检测的灵敏度，是成功的关键所在。

目前常见的电涡流传感器根据线圈数量的多少可以分成单线圈、双线圈、三线圈以及线圈阵列四大类。

对于单线圈形式的电涡流传感器，这是最传统的形式，传感器只有一个线圈，它既是激励器，在周围空间产生交变磁场，同时也是检测器圈，接收涡流信号。这种形式具有结构简单的优点，缺点就是有效探测距离短、灵敏度低，通常是不到线圈外径的1/2，很难满足生物组织识别的要求。

对于双线圈形式的电涡流传感器，一共有两个线圈：一个线圈是作为激励线圈，通以激励电流，在周围空间产生交变磁场；另外一个线圈是作为检测线圈，接收涡流信号。根据激励线圈、检测线圈以及被测体之间的相对位置又可以分成两种形式：一种是反射式结构，激励线圈与检测线圈位于被测导体的同一侧，例如张卫平、施立亭、赵徐森提出的“长距离双线圈电涡流传感器的原理与设计”（电子学报，1998，26（12）：61-64）。这种形式的问题在于形成的传感器体积较大。另外一种是透射式结构，激励线圈与检测线圈分别位于被测导体的两侧，例如Griffiths H.提出的“Magnetic induction tomography”（Meas.Sci.techno,2001,35(12)）。这种形式不适于生物组织的识别。

对于三线圈形式的电涡流传感器，具有一个激励线圈和两个接收线圈，或者具有两个激励线圈和一个接收线圈。例如何文辉、颜国正、郭旭东提出的“一种新型电涡流传感器的理论分析”（上海交通大学学报，2006，40（3）：495-498），这种结构的内层和外层激励线圈都通以交变电流，检测线圈位于内层和外层激励线圈之间。实验结果表明此种同轴三线圈结构涡流传感器能够有效提高信号的灵敏度，同时也能提高有效探测距离。缺点就是涡流探头会做得很大。另外其研究的被测物是金属导体，未有对生物组织电导率的测量进行研究。

对于线圈阵列形式的电涡流传感器，主要采用单线圈激励多线圈接收的方式，多通道接收线圈呈阵列结构布局，是一种封闭区间成像模式，例如秦明新、吕华提出的“脑磁感应断层成像”（国外医学生物医学工程分册，2005，28（4）：218~221）。目前这种结构的传感器广泛应用于对脑颅骨的监测实验中，可以实现部分生物组织的识别。缺点就是实验装置会做得比较庞大，不利于系统的集成微型化，更无法满足外科等临床手术的要求。

发明内容

本发明的目的在于针对现有电涡流技术的不足，提出了一种线圈激励、巨磁阻检测的电涡流传感器，可实现生物组织电导率的高灵敏检测，从而达到识别不同生物组织的目的。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供一种电涡流传感器，该传感器由激励线圈、接收器、补偿器和处理电路组成；所述接收器和补偿器布置于激励线圈轴线位置，且激励线圈、接收器和补偿器均与处理电路相连；所述处理电路产生正弦信号通入激励线圈，在激励线圈的周围产生交变的主磁场，根据电涡流效应的基本原理，该主磁场会在被测的生物组织内部产生感应电涡流，从而产生次级磁场，接收器用于感测该次级磁场，并产生相应的电信号，该电信号将被送到处理电路进行处理，实现对不同生物组织的识别；补偿器用于修正激励线圈产生的轴向磁场的影响。