专利名称：不规则非均质物体的物理参数测量装置及测量方法自然界和人为加工产品中，有许多具有不规则形状的非均质物体，包括非生命体， 如矿石、果蔬、标本、玩具、工厂零部件；也包括生命体，如动植物个体、器官或组织。这些物体的表面形状复杂，质地呈各向异性，有的还具有易变的非刚性的外形。出于科研，生产和服务的目的，往往需要测量这些物体的各类物理参数。如力学参数(表面硬度，弹性模量等)、热学参数(表面温度分布、传热系数等)、电学参数(表面两点间的电阻、阻抗、容抗等)、磁学参数(磁导率、磁畴分布等)、声学参数(表面两点间的声阻抗)、光学参数(光吸收率，色散率，折射率等)。多数情况下，这些测量是通过传感探头与物体表面接触来实现的。人们习惯于用单个和仪器连接的探头，在物体表面上各点分别测量，将结果汇集分析后，在计算机上呈现该参数在物体表面的分布状况。对于不规则非均质物体，这类传统的测量方法会遇到下列问题(1)很多情况下， 测量的初始条件(如探头初始温度，探头与表面的接触压力，接触面积和角度，物体表面形状和测量点的位移等)对测量精确性的影响很大。采用单探头多次测量，很难保证每次测量的初始条件能够达到一致。所以，对同一点，测量结果的重复性差，对不同点，测量的结果没有可比性。(2)在单探头多次测量中，如果用手操纵探头，人为因素干扰(测量点位置不准，手部温度干扰，压力不能长时间保持恒定等)不可避免。如果用机电控制(机械臂) 方式操纵探头，位置精度会很高，但探头初始温度仍难一致，与表面的接触压力控制仍就困难，设备成本上升，而对不同表面和材质测量的适应能力(设备通用性)却下降。(3)由于复杂的表面形状和材质的非均勻性，要想得知物理参数在物体表面或内部的分布状态，必须逐点测量，工作量大，测量成本增加，出错率高，数据处理难度大，软件设计复杂。要想完全控制探头的初始条件，保证测量过程的稳定性，提高检测效率和增加设备的通用能力，除了选择高成本的自动化路线外，还可转换思路，将传统的单探头多次测量改变为多探头一次测量。因其优越性突出，足以弥补探头成本的少许增加。
本发明的目的在于提供一种不规则非均质物体的物理参数测量装置及测量方法， 旨在解决现有测量装置或设备不能完全控制探头的初始条件，不能保证测量过程的稳定性，检测效率低以及设备通用能力差的问题。本发明是这样实现的，一种不规则非均质物体的物理参数测量装置，其为一探头束，所述探头束包含有多根形状、尺寸和重量相同的细长探头；所述探头穿过一均勻分布有多排相互平行圆孔的支撑体后向外伸出，并在该圆孔中能自由升降，所述探头尾部设有用于与检测主机连接的数据传输线。所述探头均定位编号，便于规范数据信号采集和处理顺序以及图像还原。所述非均质物体包括有生命的个体、生物活体以及人体的组织、器官或部位，所述人体组织或部位包括乳房、喉部、甲状腺、有浅表淋巴分布的部位、四肢及关节。所述探头为温度传感器，所述温度传感器是能通过接触热传导、对流或/和辐射方式检测物体表面温度分布变化的非接触传感器，包括热电偶传感器，热敏电阻传感器，半导体PN结型传感器，石英晶体振荡测温传感器或热释电红外传感器。所述探头为导电电极，与交流激励电源相配套，利用交流激励电源向被检测物体发送能量来测量不规则形状非均质物体的物理参数。所述利用交流激励电源向被检测物体发送能量来测量不规则形状非均质物体的物理参数包括用较低高频或中低频弱交流电信号作为穿透能源，测量通过探头输入的有效电压与有效电流的比值，依次对人体组织或部位进行断层扫描，再现深层异常组织的2维或3维图像。所述较低高频或中低频弱交流电信号包括频率为50MHz以下的高频电磁波和频率为I-IOOKHz的中低频交流电信号。所述探头为超声波发生和接收传感器，用于测量接触物体表面上任意一对发射和接收探头之间的声阻抗。本发明的目的还在于提供一种不规则非均质物体的物理参数测量装置，包含有所述的电极探头，所述电极探头信号经所述数据线传送至交流放大及整流电路后，经多路选择开关、信号放大电路和A/D转换电路传送到检测主机的主控制器，所述检测主机还包含有与所述主控制器连接的数据或图像显示器、声响提示/报警器、控制按键、存储器。本发明的目的还在于提供一种不规则非均质物体的物理参数测量装置，包含所述的温度传感器探头，所述温度传感器信号经所述数据线传送至稳压电路后，经数据选择开关、前置放大电路和A/D转换电路传送到检测主机的中央处理器，所述检测主机还包含有与所述中央处理器连接的数据或图像显示器、声响提示/报警器、控制按键、存储器；所述中央处理器用于预设阀值、确定传感器电信号采集的正确步骤，判断采集时初始条件和检测条件正确与否；对采样数据进行统计和计算；将计算结果数据送至数据或图像显示器；存储检测结果或数据；根据检测得到数据判断扫描区域是否存在异常组织； 在传感器信号超过预设阀值时，向声响提示/报警器发出提示/报警信号。本发明的目的还在于提供一种不规则非均质物体的物理参数测量装置对人体乳房部位进行断层扫描再现深层异常组织的2维或3维图像的测量方法，包括以下步骤受检者仰面平躺后，将电极探头束中心对准乳房中心，沿竖直方向轻轻放下，让所有电极接触皮肤，保证对皮肤的压力完全等于探头自重，形成从中心向外分布的多层近似圆圈状排列的电极；以一个图为一断层，将每一断层上的电极两两组合为一组，依次让每一组电极通以交流激励电信号，测量两电极之间的阻抗；从阻抗中扣除两个电极之间的距离因素，得到归一化的阻抗值；在所述断层面上沿90度方向重新两两组合电极重新测量，得到另一组归一化的阻抗值；通过软件分析两组阻抗值，确定异常区域的位置、大小和形状。本发明通过采用将可自由升降的探头组成探头束，将探头沿竖直方向同时接触被测物体表面，可一次完成大面积上多个接触点的测量，并可完全控制探头的初始条件，保证了测量过程的稳定性，大大提高了检测效率，而该探头通用性强，可适合任何不规则非均质物体物理参数的测量与检测。图1本发明实施例提供的一种检测装置的示意图；图2本发明实施例提供的另一种检测装置的示意图；图3本发明实施例提供的温度分布测量装置的结构框图；图4本发明实施例提供的一种不规则非均质物体的物理参数测量装置的结构框图；图5本发明实施例提供的具有一个异常区域的某一断层上电极分组测量示意图；图6本发明实施例提供的具有两个异常区域的某一断层上电极分组测量示意图。位于浅层的乳腺癌区域的皮肤温度比周围区域高约1_3°C，具有下列特征(1)患有乳腺癌一侧的整个乳房温度往往比正常侧高(温差> 1.5oC)，且随病情进展，温差呈增加趋势；(2)患侧乳房的局部有呈斑点交叉的热区；(3)患侧乳晕周围温度增高；(4)患侧乳房可呈现异常血管图像。运用本装置进行测量乳房表面温度分布的步骤如下(1)开机；(2)仪器自动检测所有探头初始温度；如果各探头温度差小于一定值(如0. 050C )，可以开始检测。否则，将探头下端放置于导热良好的金属(如铜或铝)板上一段时间(如2分钟)，促使探头温度均勻化。然后重新检测初始温度；(3)开始准备检测，受检者平躺，面朝上，露出待检乳房。操作者手持探头束外壳把手，垂直向下，使所有探头下落到最低位置。(4)将探头束对准乳房，使乳头处于探头束中心位置，沿垂直方向轻轻放下。让所有探头接触皮肤，并保证探头对皮肤的压力完全等于探头自重。如因机械故障等原因，个别探头没能顺利接触皮肤，仪器自动报警并显示重测提示。(5)检测过程中，人和设备保持不动。数据采集完成后，蜂鸣器自动发声，提示检测结束。向上移开探头束，放到导热金属板上，使探头温度重新均勻化后，检测另一侧乳房。(6)检测完成，关机。运用图2所示的检测探头束进行测量时，首先由受检者仰面平躺，手持手柄，将探头束放在乳房某一部位，检测得到该部位的表面温度分布后，提起探头束，等待各温度探头初始温度一致后，再检测另一部位，直到所有表面全部检测完后，测量仪器自动显示各部位或整个乳房表面的温度分布。这种探头排列最大的优点是所需探头数比前一种设计要少得多。虽然检测时间长，操作稍复杂，但仪器成本低，适合于个人或家庭购买。上述技术也适用于其它浅表部位或组织的病变检测，如浅表淋巴癌，甲状腺癌，关节炎症，皮肤癌和皮肤表面发炎等。但对于位于皮肤以下较深部位的病变组织，比如位于乳房皮肤表面以下3-5cm及更深的病变组织，则需要用另外的技术手段才能检测出来。深层组织的检测的方法目前主要有钼靶X射线乳房摄影技术及电子计算机断层扫描(CT)。钼靶X射线乳房摄影是目前全世界使用最广泛的乳癌早期普查手段。但由于高能射线对人体的伤害，诱发乳腺癌的潜在危险和较大的误诊率，其有效性和适用范围越来越受到质疑。电子计算机断层扫描(CT)是一种方便，迅速和无痛的医学检查方法。但许多X光专家认为，CT扫描发现早期肿瘤的效果并不如想象的好，接受这种检查的人们，患上癌症的危险性并不比暴露在核爆炸辐射区的危险性小。参见图4所示，本发明实施例提供一种用于深层组织的断层扫描设备，其可用于皮肤以下较深部位的病变深层组织的扫描，包括乳房深层病变组织的扫描。其探头为采用具有导电良好的金属(如铜、银或铝)制成的导电电极，并采用图1所示的探头束结构，其中，所述电极不分正负，与皮肤接触无极化作用；所述电极探头通过测量电路连接交流激励电源；所述电极探头信号经所述数据线传送至交流放大及整流电路后，经信号放大电路、多路开关和A/D转换电路传送到检测主机的主控制器，所述检测主机还包含有与所述主控制器连接的数据或图像显示器、声响提示/报警器、控制按键、存储器。所述主控制器执行以下功能(1)确定电信号采集的正确步骤，判断采集时初始条件和检测条件的正确与否。比如开机后，如果各个探头之间的初始温度不一致，仪器会显示信号，让探头继续接触确定温度的流动介质(空气或液体)或者确定温度的良导体板，直到所有探头的初始温度一致为止。当接触皮肤开始检测时，如果有个别探头的传感器因机械故障或其他原因，未能接触皮肤，这时收到的传感信号之间会出现较大的差别，没有接触或仅仅轻微接触皮肤的传感器送发的电信号值会明显低于其他传感器，主控制器将自动判定，让声音提示/报警器发出蜂鸣声并在显示屏上显示出该传感器的编号，提示使用者检查并调整该位置的探头。同样， 当扫描区域的外形与探头阵列形状不再匹配时，主机也会发出蜂鸣声，提示检测条件改变， 得到的数据无意义；(2)对采样数据进行统计和分析；(3)将计算结果送至显示器显示；(4)存储检测结果或通过接口连接RAM数据存储器存储数据；(5)根据检测得到数据判断扫描区域是否存在异常组织，如有，则自动显示相关信息，提醒使用者注意或重测验证；(6)音响或报警控制；(7)其他参数预设和按键控制。本发明采用对人体安全无害的较低高频或中低频弱交流电信号作为穿透人体组织的能源，利用上述探头束技术，对乳房或其它组织或部位进行断层扫描，再现深层异常组织的2维或3维图像，类似于另一类无伤害CT技术。利用本设备对对乳房或其它组织或部位进行断层扫描，再现深层异常组织的2维或3维图像的原理是生物体组织的组分和结构有一定区别，尤其是含水率差别较大，因而电学性能不同。实验还显示，这些电学性能还与作用于组织的电流频率相关。高频波在富水组织(如皮肤和肌肉)中，有如下电特性
频率丽Z介电常数ε H电导σΗ (S/M)组织内波长cm穿透深度101600.60211821. 627. 121130.62568. 114. 340. 6897. 30.68051. 311. 2433531.188. 763. 57915511.284. 463. 042450472.171. 761. 70
相比之下，在乏水组织(如脂肪和骨骼)中的电特性有很大不同


一种不规则非均质物体的物理参数测量装置及测量方法，包括一探头束，所述探头束包含有多根形状、尺寸和重量相同的细长探头；所述探头穿过一均匀分布有多排相互平行圆孔的支撑体后向外伸出，并在该圆孔中能自由升降，所述探头尾部设有用于与检测主机连接的数据传输线。本发明通过采用将可自由升降的探头组成探头束，将探头沿竖直方向同时接触被测物体表面，可一次完成大面积上多个接触点的测量，并可完全控制探头的初始条件，保证了测量过程的稳定性，大大提高了检测效率，该探头通用性强，可适合任何不规则非均质物体物理参数的测量与检测。