作者：刘锐岗，付峰，史学涛，尤富生，季振宇，董秀珍
【关键词】 乳腺检查
【Abstract】 AIM: To study the characteristics of the data obtained by electrical impedance scanning of breasts in normal women for future images making and abnormal impedance area setting. METHODS: The data of 191 normal volunteers were calculated to get the real part， imaginary part， amplitude and phase of electrical impedance， respectively. The differences between different subjects were statistically analyzed and the similarities between left and right breasts of the same subject were compared. The correlations between the above electrical impedance parameters and the age， stature， weight of different subjects were observed and the varying rules for different areas of the same subject or different electrodes in the same area were analyzed. RESULTS: Electrical impedance parameters were quite different between different subjects， but quite similar between the left and right breasts of the same subject. These parameters were not correlated with the age， stature， and weight of the subjects. The parameters were quite consistent in all the areas except for that of the nipple， which increased significantly in the nipple areas. CONCLUSION: Electrical impedance parameters of different subjects can not be directly used to judge the abnormal variation of impedance. In the same subject， they are almost identified for both the left and right breasts， which can be used to identify the abnormal variation. The electrical impedance scanning can be used in detecting the variation of impedance.
【Keywords】 electrical impedance scanning; breast check; data analysis
【摘要】 目的: 研究正常妇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
0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1.9 V，注入人体的电流小于5 mA，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).
从Tab 1和Fig 1可以发现，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.
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.
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.表2191例被测者的电阻抗实部、虚部、幅值和相位的均值的自体偏差的统计学信息（略）
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（略）
2.4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.
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（略）
2.5单次测量电阻抗参数的数据特征Fig 6和Fig 7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，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Fig 7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. 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 and simulations ［J］. Electromedica， 2000; 68(1): 35-44.
［2］ Surowiec AJ， Stuchly SS， Barr JR， et al. Dielectric properties of breast carcinoma and the surrounding tissues ［J］. IEEE Trans Biomed Eng， 1988; 35(4): 257-263.
［3］ Jossinet J. Variability of impepity in normal and pathological breast tissue ［J］. Med Biol Eng Comput， 1996; 34(5): 346-350.
［4］ Malich A， Fritsch T， Anderson R， et al. Electrical impedance scanning for classifying suspicious breast lesions: First results ［J］. Eur Radiol， 2000; 10(10): 1555-1561.
［5］ Assenheimer M， LaverMoskovitz O， Malonek D， et al. The TSCAN TM technology: Electrical impedance as a diagnostic tool for breast cancer detection ［J］. Physiol Meas， 2001; 22(1): 1-8.