正常妇女电阻抗扫描乳腺检测数据的初步分析.pdf

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1、研究原著文章编号:1000-2790(2004)21-1994-06正常妇女电阻抗扫描乳腺检测数据的初步分析刘锐岗,付 峰,史学涛,尤富生,季振宇,董秀珍(第四军医大学生物医学工程系医学电子工程教研室,陕西 西安 710033)收稿日期:2004-06-15;修回日期:2004-09-16基金项目:国家自然科学基金重点课题(50337020)通讯作者:董秀珍.Tel.(029)83376397 E作者简介:刘锐岗(1972-),男(汉族),山西省晋中市人.博士生(导师董秀珍),讲师.Tel.(029)83374848 Ext.409Email.bmeeit Preliminary data a

2、nalysis of electricalimpedance scanning of breasts in normalwomenLIU Rui-Gang,FU Feng,SHIXue-Tao,YOUFu-Sheng,JI Zhen-Yu,DONGXiu-ZhenDepartment of Medical Electronic Engineering,School of BiomedicalEngineering,Fourth Military Medical University,Xi an 710033,China【Abstract】AIM:To study the characteris

3、tics of the data ob-tained by electrical impedance scanning of breasts in normalwomen for future images making and abnormal impedance areasetting.METHODS:The data of 191 normal volunteers werecalculated to get the real part,imaginary part,amplitude andphase of electrical impedance,respectively.The d

4、ifferencesbetween different subjects were statistically analyzed and thesimilarities between left and right breasts of the same subjectwere compared.The correlations between the above electricalimpedance parameters and the age,stature,weight of differentsubjects were observed and the varying rules f

5、or different areasof the same subject or different electrodes in the same areawere analyzed.RESULTS:Electrical impedance parameterswere quite different between different subjects,but quite similarbetween the left and right breasts of the same subject.Theseparameters were not correlated with the age,

6、stature,andweight of the subjects.The parameterswere quite consistent inall the areas except for that of the nipple,which increased sig-nificantly in the nipple areas.CONCLUSION:Electrical imped-ance parameters of different subjects can not be directly used tojudge the abnormal variation of impedanc

7、e.In the same sub-ject,they are almost identified for both the left and rightbreasts,which can be used to identify the abnormal variation.The electrical impedance scanning can be used in detecting thevariation of impedance.【Keywords】electrical impedance scanning;breast check;dataanalysis【摘要】目的:研究正常妇

8、女的电阻抗扫描乳腺检测数据的特征,为进一步的成像和判别异常阻抗区域打下基础.方法:对 191 例正常志愿者的电阻抗扫描乳腺检查数据,分别计算其相应的电阻抗实部、虚部、幅值、相位等参数.使用统计学方法,分析不同个体之间的电阻抗参数的差异程度,比较同一个体左右两侧的一致性,观察不同个体电阻抗参数与年龄、身高、体质量的相关性,分析同一个体不同测量位置和同次测量中不同电极位置的变化规律.结果:被测者电阻抗参数的个体差异程度较大,但自体的左右两侧一致性较好.电阻抗参数与被测者年龄、身高、体质量没有显著相关性.同一个体不含乳头区的参数基本接近,而含乳头区参数则显著增大.结论:不同个体的电阻抗参数不能直接用

9、于判断阻抗的异常变化,但同一个体的左右两侧以及不含乳头区的部位可以相互参照,用于判断阻抗的异常变化.电阻抗扫描方法可以检测到阻抗的差异.【关键词】电阻抗扫描;乳腺检查;数据分析【中图号】R318.6【文献标识码】A0引言电阻抗扫描(electrical impedance scanning,EIS)1技术是利用生物电阻抗检测原理测量人体内部阻抗分布并以图像方式显示出来,是一种新型的阻抗成像技术.它通过在被测区域远端施加一个对人体安全的交流电,然后在被测区域表面,通过一个密集排列的电极阵列,探测电极界面下方的人体组织的阻抗分布.由于恶性肿瘤组织的电导率与正常组织相比有显著的增高 2,3,因此如果

10、在恶性组织的表面进行阻抗扫描测量,就可能发现与正常组织中不同的癌组织的存在 4,5.而且组织电导率的变化一般在病变发生的早期就会发生,所以电阻抗扫描成像技术具有检测组织早期癌变的潜在优势.1材料和方法我们使用的电阻抗扫描乳腺检查仪样机,由本课题组自行研制.进行乳腺检查时,被测者手握一个恒压激励金属棒导入对人体安全的交流电流,操作者手1994第四军医大学学报(J Fourth Mil Med Univ)2004;25(21)http:执内置8 8共 64 个测量电极阵列的探头,轻压在被测者乳腺的某个部位上,进行采集数据,数据直接记录到计算机的文件中;然后可以移动探头的位置,对不同的乳腺部位进行数

11、据采集.这种检查乳腺的设备,操作简便,对人体安全,无射线伤害、无痛、可多次重复检查.本文所得数据均采用 200 Hz 正弦交流电激励,激励电压幅值为1.9V,注入人体的电流小于 5mA,符合人体安全要求,且被测者无明显不适感.对每一位被测者的双侧乳腺,分别以乳头为中心,划分为 3 3 的 9 个区域,依次检查 18 个区域.被测的志愿者共计 191 名,年龄 18 83 岁,体质量40 80 kg,身高 1.50 1.80 m.2结果2.1不同个体电阻抗参数的分布 为观察不同个体电阻抗的四种参数(实部、虚部、幅值和相位)的分布范围,将每一名被测者的 18组测量数据的相应参数Fig 1Elect

12、rical impedance parameters curve of 191 subjects图 1191 例被测者的电阻抗实部、虚部、幅值和相位的变化曲线分别求其算术平均值代表该个体,然后将所有的被测者的参数的均值列成四组曲线(Fig 1).四种参数的部分统计学信息列于Tab 1.由Tab 1可以 看出 实部 相对 于其 均值 的正 负偏 差分 别为-57.9%及 118.4%;虚部相对于其均值的正负偏差分别为-35.1%及 46.1%;幅值相对于其均值的正负偏差分别为-34.1%及 61.5%;相位相对于其均值的正负偏差分别为-40.4%及 45.8%.从Tab 1和 Fig 1 可以发

13、现,不同个体电阻抗四种参数的离散程度很大.因此,某一个体电阻抗参数的异常改变相对于其他个体的正常波动很难区分.表 1191 例被测者的电阻抗实部、虚部、幅值和相位的均值的统计学信息Tab 1Statistics of electrical impedance parameters of 191 subjectsParameterxMinxMaxxsCVReal part(S)0.25111.3020.5960.1690.284Imaginarypart(S)0.84141.8951.2970.2000.154Amplitude(S)0.95162.3311.4430.2460.170Phase

14、(Rad)0.23870.58390.4000.0720.179CV:coefficient of variation.1995第四军医大学学报(J FourthMil Med Univ)2004;25(21)http:2.2左右两侧电阻抗参数的一致性 从 Fig 2 可以看出,虽然不同个体的电阻抗参数的差异较大,但是同一个体的左右两侧则较为一致.而且左右两侧的差异在多数情况下,要远小于不同个体的差异.Fig 2Comparison of the electrical impedance parameters of the left breast with those of the right

15、 breast on 191 subjects图 2191 例被测者左右两侧的电阻抗实部、虚部、幅值和相位曲线的对比Fig 3Electrical impedance parameters bias curve to own mean of 191 subjects图 3191例被测者左右两侧的电阻抗实部、虚部、幅值和相位的自体相对偏差曲线1996第四军医大学学报(J Fourth Mil Med Univ)2004;25(21)http: Fig 3 为 191例被测者左右两侧的电阻抗参数相对于自体均值的相对偏差.Tab 2 列出了相对偏差的统计学信息.由Fig 3 和 Tab 2 进一步说

16、明了自体的左右两侧的差异很小,具有较高的一致性.这说明,同一个体的双侧电阻抗参数,可以互相对照,从而有利于发现其不一致之处,提示可能有电阻抗的异常改变.2.3电阻抗参数与年龄、身高、体质量的相关性 Fig 4为电阻抗参数与自体的年龄、身高、体质量的散点图.从图中可以看出,被测者电阻抗参数随其年龄、身高、体质量变化的分布,较为分散,且看不出明显的变化趋势.Tab 3 列出了被测者的电阻抗参数与其年龄、身高、体质量的相关系数,所有的相关系数都较小,这也验证了两者之间没有直接的线性相关性.因此,可认为年龄、身高、体质量对电阻抗参数的影响不显著.表 2191 例被测者的电阻抗实部、虚部、幅值和相位的均

17、值的自体偏差的统计学信息Tab 2Statisticsof the bias of electrical impedance parameters of 191subjectsBiasxMinxMaxx sCVReal part0.00032390.24460.05890.04770.8092Imaginary part0.0004050.12940.01980.01830.9199Amplitude0.00004250.12080.02370.02100.8874Phase0.00097650.21030.04480.03760.8388CV:coefficient of variation

18、.Fig 4Scatterplot of electrical impedance parameters with age,stature andweight of 191 subjects图 4191例被测者年龄、身高和质量与电阻抗实部、虚部、幅值和相位的散点图表3191例被测者的电阻抗实部、虚部、幅值和相位与其年龄、身高、体质量的相关系数Tab 3Correlation coefficient of electrical impedance parameters andage,stature,weight of 191 subjectsParameterAgeStatureBody mas

19、sReal part0.1710.0280.173Imaginary part0.0230.0100.203Amplitude0.0370.0020.201Phase0.2420.0490.0842.4同一被测者不同部位电阻抗参数的分布Fig 5显示了 191 例被测者中的某一位的自体左右双侧共18 个部位的电阻抗参数的均值变化曲线,以及其标准差和变异系数.从图中可以明显看出,左右两侧的中心区域由于含有乳头,其电阻抗参数均值出现两个显著的增大,而其他区域则较为平坦.且对应的标准差和变异系数曲线也验证了均值的变化规律.但 4种电阻抗参数的变异系数具有相近的绝对值,这说明1997第四军医大学学报(

20、J FourthMil Med Univ)2004;25(21)http:变异系数对不同种类参数的变化程度有较为一致的表达,可以作为一个更为广泛领域共用的表示变化程度的统计量.Fig 5Electrical impedance parameters curve of different areas in one subject图 5某一个被测者不同部位的电阻抗实部、虚部、幅值和相位的变化曲线 Tab 4列出了 Fig 5 中的被测者的中心部位与其他非中心部位电导参数均值、标准差和变异系数的对比.经 t 检验,中心部位的电导参数的均值显著地大于非中心部位(P 0.05),且标准差和变异系数的差异

21、更明显.这是因为中心部位存在电导高于非中心部位的乳头区,也在一定程度上验证了电阻抗扫描方法对于不同性质组织电导的差异较为敏感.表 4同一被测者中心部位与其他部位电阻抗参数对比Tab4Comparison of electrical impedance parametersof center areaswith those of other areas in one subject(n=18)ParameterCenter areax sCVNon-center areax sCVReal part(S)0.98 0.64a0.656a0.460.050.109Imaginarypart(S)1

22、.62 0.78a0.483a1.100.080.069Amplitude(S)1.90 0.99a0.524a1.190.090.073Phase(Rad)0.53 0.14a0.259a0.400.020.054aP 0.05 vs non-center area.CV:coefficient of variation.2.5单次测量电阻抗参数的数据特征 Fig 6 和 Fig7 分别显示了同一个被测者的含乳头中心区和一个非中心区的电阻抗参数随电极阵列序号的变化曲线.从中可以看出,含乳头中心区的电阻抗参数在乳头对应的电极所测得的数据相对于非乳头对应电极有显Fig 6Electrical i

23、mpedance parameters curve of the right center areain one subject图 6某一个被测者右侧中心区域的电阻抗实部、虚部、幅值和相位的变化曲线1998第四军医大学学报(J Fourth Mil Med Univ)2004;25(21)http:Fig 7Electrical impedance parameters curve of the upper right areain one subject图7某一个被测者右侧中上区域的电阻抗实部、虚部、幅值和相位的变化曲线著增大;非中心区的电阻抗参数虽有一定的波动,但是其绝对值的变化仍然较小,

24、相对于乳头对应数据的绝对值可以认为其较为一致和平坦,且与中心区的非乳头对应电极数据的绝对值接近.其他非中心区的电阻抗参数变化曲线基本与 Fig7 相类似.这表明导电性好的乳头对应的电阻抗参数具有显著大的绝对值,而其他位置的导电性较差,其电阻抗参数虽有一定的波动,但其绝对值的变化范围较小.因此使用电阻抗扫描技术可以直观地反映被测部位下方的电阻抗的差异.3讨论应用电阻抗扫描乳腺检测技术,分别检查了 191例正常志愿者的左右双侧乳腺的 18 个部位.可以看出,不同个体的电阻抗参数具有较大的差异,但是自体的左右两侧基本一致.因此提示可通过对比左右两侧电阻抗的差异,分辨内部电阻抗分布的异常.不同个体的电

25、阻抗参数的变化与其年龄、身高、体质量没有明显的关联.同一个体的电阻抗参数在含乳头的中心区有显著增大,而其他区则较为一致.通过单帧数据的对比,可以发现中心区与乳头对应的电阻抗参数其绝对值显著增大,而其他的数据与非中心区基本接近.这说明此技术可以较好地反映被测部位的导电性差异.标准差和变异系数能较好地反映电阻抗参数的差异程度,而且变异系数具有不同种类参数的可比性.本文所得数据来自于基本没有症状的正常妇女,在今后的研究中,应考虑对有体内电阻抗改变的肿瘤或增生的患者进行电阻抗扫描检查,以确认体内电阻抗的改变,可以通过其各种参数的变化表现出来,以及含病变区与其他正常区存在类似于乳头区与非乳头区的显著差异

26、.人体电阻抗的个体间差异,我们只考虑了年龄、身高、体质量的影响,其他可能的影响因素如激素水平、皮肤光滑程度等,需要在以后进行进一步的研究.【参考文献】1 Scholz B,Anderson R.On electrical impedance scanning:Principles andsimulations J.Electromedica,2000;68(1):35-44.2 Surowiec AJ,Stuchly SS,Barr JR,et al.Dielectric properties of breastcarcinoma and the surrounding tissues J.I

27、EEE Trans Biomed Eng,1988;35(4):257-263.3 Jossinet J.Variability of impedivity in normal and pathological breast tis-sue J.Med Biol Eng Comput,1996;34(5):346-350.4 Malich A,Fritsch T,Anderson R,et al.Electrical impedance scanningfor classifying suspicious breast lesions:First results J.Eur Radiol,20

28、00;10(10):1555-1561.5 Assenheimer M,Laver-Moskovitz O,Malonek D,et al.The T-SCANTM technology:Electrical impedance as a diagnostic tool for breast can-cer detection J.Physiol Meas,2001;22(1):1-8.编辑王雪萍期刊文摘 彩色多普勒超声对肝癌患者肝动-静脉瘘的诊断价值 李莹莹,段云友,吕发勤,曹铁生,王文,袁丽君.中国医学影像技术,2004;20(5):726-727目的:评价彩色多普勒血流显像(CDFI)对

29、原发性肝癌患者肝动 静脉瘘(HAVF)的诊断价值.方法:对 51 例临床确诊原发性肝癌疑合并HAVF 的患者进行 CDFI 检测,观察门静脉、肝静脉、肝动脉血流,观察并记录肿瘤周围及瘤体内部血流走行、形态,确定HAVF 形成情况,并与 DSA 结果进行盲法对照.结果:CDFI 诊断 HAVF 的敏感性、特异性、准确性、假阳性率、假阴性率、阳性预测值、阴性预测值、阳性似然比、阴性似然比、约登指数及卡帕值分别为 81.25%,94.29%,90.20%,5.71%,18.75%,86.67%,91.67%,14.23,0.20,0.76 及0.79.结论:CDFI 诊断原发性肝癌HAVF 的特异性及准确性较高,是对原发性肝癌患者HAVF 早期筛选的较理想的影像学方法.1999第四军医大学学报(J FourthMil Med Univ)2004;25(21)http: