乳腺電阻抗檢測技術

乳腺電阻抗檢測是基於不同類型乳腺組織的電阻抗譜特性存在差異的生物物理特性，以乳腺健康狀態檢測、乳腺癌早期檢測為目，所進行的生物電阻抗成像、生物電阻抗譜分析等系列技術方法研究。

（一）乳腺組織電阻抗譜特性

生物組織是由細胞及細胞間質共同組成。細胞外的細胞膜由一個薄的脂質雙分子層構成，其間有離子通道，既有電容性又有電阻性；細胞質和細胞間質相類似，主要表現為電阻性。由於生物組織的電阻抗既包含電阻又包含電容，所以其電阻抗Z可為Z=R+jX，其中Z為阻抗，R為電阻，X為電抗。

Fricke和More於1926年首先測量並提出了乳腺癌組織和正常組織之間的電容特性存在顯著性差別。這一發現提示了可以用組織的電阻抗特性反映組織的一些潛在的特徵信息，隨後幾十年中不同的研究者對乳腺正常組織和離體組織的電阻抗特性進行了研究。其中對乳腺組織的電阻抗特性與組織類型及激勵頻率的關係進行深入研究的有Surowiec 等人的研究小組，以及Jossinet的研究小組。針對離體的乳腺組織，Surowiec等人在b散射區域內測量了並比較了乳腺中心區域組織、癌邊緣組織和正常組織的電阻抗頻譜特性。這一研究表明癌組織的電導率和介電常數均顯著地大於正常組織的參數，最高可達10:1。同樣Jossinet等人在對離體乳腺組織的研究結果也表明癌組織的電導率和正常組織（脂肪組織和結締組織）存在顯著差異，其差異可達4:1~6:1。相關基礎研究結果認為：當乳腺組織發生癌變後，局部的病變組織在局部血液循環、細胞內、外液成份、細胞膜離子通透性等許多因素髮生改變，這些變化引起了局部組織的電阻抗特性發生顯著性變化，這種局部癌變與局部電阻率充數化的關係非常敏感，因而可以通過檢測電阻抗特性來檢測乳腺組織的癌變。

乳房內正常組織主要包括脂肪組織、結締組織、腺體組織，如圖1所示為癌變組織、脂肪組織、結締組織的離體電阻抗頻譜特性，由此可見癌組織相比脂肪組織和結締組織，其的電阻抗譜具有顯著差異。

圖1 乳房內正常組織和癌組織的電阻抗頻譜特性

（二）乳腺電阻抗檢測技術分類

乳腺電阻抗檢測技術可分為無創體表檢測和有創體內檢測技術，由於有創體內檢測需要將檢測探針置入體內，檢測複雜性和風險性較高，所以相關研究較少。乳腺電阻抗無創檢測技術因其具有無創、無痛、無射線及操作簡便等技術優勢，因此成為研究的熱點，主要可分為乳腺電阻抗斷層成像技術（Electrical Impedance Tomography，EIT）、乳腺電阻抗掃描成像技術（Electrical Impedance Scanning，EIS）、乳腺電阻抗頻譜測量技術（Electrical Impedance frequency spectrum measurement， EISFS）。

1. 乳腺電阻抗斷層成像技術

乳腺電阻抗斷層成像技術的檢測模式是採用環形電極，將乳房環繞，按照一定的驅動模式，通過對乳房表面施加一定的交流激勵，並通過檢測電極提取乳房表面的回響信號，將檢測信號經數據處理後利用圖像重構算法，獲得二維或三維斷層內的電導率分布。目前國際上代表性的乳腺EIT成像研究小組主要有Dartmouth研究小組。

該小組使用的是一個32通道，多頻率二維的EIT系統，測量電極是銀-氯化銀電極，系統採用電壓激勵、電流測量的方法。測量方式如圖2所示，將16個測量電極放射狀分布，電極放置在檢查床底部，被檢查者俯躺於檢測床上，將乳房置於檢測電極其中進行檢查。完成一次測量後，利用靜態EIT成像算法，可以獲得乳房系列多頻EIT成像結果。

圖2 Dartmouth研究小組的乳腺EIT測量示意圖

2. 乳腺電阻抗掃描成像技術

乳腺EIS成像基於平板檢測電極陣列的測量方式，通常採用電壓激勵，電流測量的模式，其成像結果是對檢測電極陣列下乳房區域內的電阻抗值的映射，屬於靜態映射成像。按照檢測模式乳腺EIS檢測可分為手持探頭檢測模式和夾板式檢測模式。國際上開展乳腺EIS技術的代表性研究小組有以色列的Transscan小組、國內第四軍醫大學研究小組、韓國Kyung Hee大學研究小組。

（1）手持探頭檢測模式

手持探頭式檢測模式，要求病人平躺，病人一手握激勵電極，檢查者將測量電極陣列置於乳房表面進行檢查。激勵電極施加一定的交流電壓，檢測電極面的電勢為地電勢，那么電流就會通過人的手臂到達高電導率的胸肌組織，並穿過乳房內組織流入檢測電極陣列。因為健康的乳房中正常組織的的電導率遠小於肌肉組織的電導率，因此可將乳房下胸大肌的電勢近似為激勵電壓，從而在胸大肌和檢測電極面之間形成了交流電場。同時操作者利用檢測電極按壓乳房表面以便接觸良好，通過對檢測電流的提取分析，並利用映射成像算法，獲得檢測電極陣列下組織的電阻抗分布圖像。

圖3 手持式乳腺EIS檢測模式

如圖3、圖4分別為Transscan公司和第四軍醫大學小組研發的手持探頭式乳腺EIS檢測設備。

（2）夾板式檢測模式

夾板式乳腺EIS檢測模式，其檢測方式類似於乳腺X線鉬靶的方式。設備包含兩個平行電極板，在乳腺檢測是用於夾持乳房，其中一個電極板為激勵電極板，對側的電極板為檢測電極板。圖4所示為韓國Kyung Hee大學研究小組研製的夾板式乳腺EIS檢測實驗系統，該系統所用的檢測電極陣列包含3600個電極單元。目前系統在物理模型獲得了初步的成像結果，還未用於臨床試驗。

3. 乳腺電阻抗頻譜測量技術

乳腺電阻抗頻譜測量技術檢測時不對目標體進行成像，是一種直接通過對體表測量獲得的多頻電阻抗譜數據進行分析，進而判別乳房健康狀態的技術方法。根據檢測模式的不同，乳腺電阻抗頻譜測量技術所用的檢測設備也不盡相同。

（1）乳腺Z-tech技術檢測方法

乳腺Z-tech技術是加拿大Z-tech公司開發的一種乳腺電阻抗檢測方法，進行檢測時將自粘性的“花瓣狀電極”（SuperStellate Sensors）置於病人的雙乳。工作時每次一對電極施加激勵，通過切換控制可以獲得多組乳腺體表阻抗譜測量數據。根據測量數據，Z-tech技術採用“同源電差異分析”（Homologous Electrical Difference Analysis，HEDA）的方法，對左右乳房的對稱位置進行數據分析，如果對稱分析無異常則認為乳房健康，如果乳房中有癌變包塊存在，則在進行HEDA分析時，左右乳的檢測結果會有較大差異。

（2）乳腺回響頻率阻抗譜技術檢測方法

乳腺回響頻率阻抗譜技術是一種基於體表多頻電阻抗譜信息分析的檢測技術，如圖6所示的檢測系統是一個掃頻範圍從200Hz~800kHz的檢測系統，該系統配有1個杯罩形檢測探頭，探頭內置7個檢測電極。每次檢測都需要進行多頻率掃描，頻率按照5kHz的步進變化，每次可以得到121個測量數據。通過對多頻測量進行分析，獲得乳房的健康狀態信息。

（三）乳腺電阻抗檢測技術研究現狀

目前乳腺電阻抗檢測技術的主要研究目標是實現乳腺的健康評估以及對乳腺癌的早期檢測，該技術具有功能成像的優勢，此外兼具無創、無輻射、安全、便捷等特點，有望與現有乳腺癌檢測技術（X線鉬靶、乳腺超聲等）形成技術優勢互補。乳腺EIT檢測技術、乳腺EIS檢測技術及乳腺電阻抗頻譜檢測技術是近年來的幾種熱點研究技術，根據文獻報導，目前從事該方向研究的小組分布在美國、英國、以色列、韓國、中國等多個國家。乳腺EIT、乳腺EIS及乳腺電阻抗頻譜檢測技術均開始臨床套用研究，其中以色列的Transscan公司的TS2000乳腺檢測設備於1999年獲美國FDA的PMA（pre-Market Approval，PMA），被批准為可以輔助X線鉬靶進行乳腺檢測的設備，是迄今唯一獲FDA認證的電阻抗乳腺檢測設備。我國第四軍醫大學研究小組所研製的Angleplan-EIS1000型電阻抗成像檢測儀也於2007年通過國家醫療器械註冊認證。