用于断层摄影成像的方法和系统的制作方法
【专利摘要】公开对于电阻抗断层摄影的方法，其在两个或以上频率处向区施加电流并且获得每个频率处的电压测量来产生多频电压测量集。基于多频数据使用谱约束来产生区的一个或多个图像。
【专利说明】用于断层摄影成像的方法和系统
[0001] 相关申请的交叉引用 该申请是2012年5月21日提交的题为"METHOD OF IMAGING (成像方法)"的美国 临时专利申请号61/649,471和2013年5月17日提交的题为"METHOD AND SYSTEM FOR TOMOGRAPHIC IMAGING (用于断层摄影成像的方法和系统)"美国专利申请号13/897, 129的 非临时归档，其为了所有目的通过引用全部合并于此。
【技术领域】
[0002] 本文公开的主旨大体上涉及成像，例如电压或电流注入电阻抗断层摄影和/或磁 感应断层摄影。
【背景技术】
[0003] 电阻抗断层摄影（EIT)是用于非侵入地探测物体或对象的内部性质(例如该物体 或对象内的材料或内部结构的电性质）的医学成像技术。例如，在EIT系统中，做出探测的 内部结构的导电率的分布的估计并且将其用于重建探测区域或体积内的材料的导电率和/ 或电容率。在某些实现中，电极用于向皮肤表面施加交流电(或在其他实现中的电压）并且 测量所得的电势。从皮肤上的不同点做出测量并且身体内阻抗的图像使用图像重建技术来 创建。从而，电阻抗断层摄影基于身体表面处做出的电压测量来提供关于身体内部的内部 电性质的成像信息。
[0004] 电阻抗断层摄影是用于对生理和病理身体机能成像的非侵入式技术。在医学中 ETI应用的益处在于获得高的时间分辨率的可能性，并且在于扫描仪的轻便性和有限成本。 主要限制是低的空间分辨率，这是由于重建问题大体上是不适定的。根本原则是利用生物 组织的电性质来提取关于器官的解剖和生理的信息。EIT中感兴趣的物理参数是复阻抗或 实导电率，其在生物组织的情况下是频率相关的。少量的电流(或电压）注入身体内并且电 压测量使用外围电极而获得。实现重建算法以在二维或三维中对对象的阻抗分布成像。
【发明内容】
[0005] 在一个实施例中，提供用于对对象成像的方法。该方法包括以两个或以上的频率 向组织区施加电流或电压。获得每个频率处的电压测量来产生多频电压测量集。组织区的 一个或多个图像基于多频数据使用谱约束而产生。
[0006] 在另一个实施例中，提供用于在电阻抗断层摄影中使用的监测和处理系统。该监 测和处理系统包括：监测器，其配置成驱动电极或磁线圈阵列；处理器，其配置成接收并且 处理来自该电极或磁线圈阵列的信号；和存储器，其配置成存储一个或多个例程。该一个或 多个例程在由处理器执行时促使执行动作，其包括：驱动电极或磁线圈中的一个或多个以 在两个或以上频率施加电流或电压；经由电极或磁线圈阵列获得每个频率处的电压测量来 产生多频电压测量集；以及基于多频数据使用谱约束来产生一个或多个图像。
[0007] 在另外的实施例中，提供一个或多个非暂时性计算机可读介质编码例程。这些例 程在执行时促使执行动作，其包括：访问多频电压测量集；以及基于多频数据使用谱约束 来产生一个或多个图像。
【专利附图】
【附图说明】
[0008] 本发明的这些和其他特征、方面和优势当参考附图(其中类似的符号在整个附图 中代表类似的部件）阅读下列详细说明时将变得更好理解，其中： 图1是根据本公开的方面的示意图，其图示电阻抗谱或断层摄影系统的实施例； 图2描绘根据本公开的方面用于产生电阻抗图像的算法的实施例的流程图。
【具体实施方式】
[0009] 如在下文更详细描述的，本文提供用于使用谱约束来执行多频成像的电阻抗断层 摄影（EIT)和/或磁感应断层摄影（MIT)方法和系统的实施例。在一个实施例中，在广泛 的频率中将电流或电压注入身体内或在身体中感应电流或电压，例如通过一对或多对电极 (在EIT中)或使用磁线圈(在MIT中）。在剩余边界电极中的一些或全部上或经由磁线圈获 得对于每个频率的电压测量。在一个实现中，采用边界电压数据来直接重建每个组织的分 布，而不是每对频率之间导电率中的差。考虑到重建的参数频率相关的，该方法允许同时使 用多频数据，从而对重建问题施加更多的约束。此外，该方法允许在非线性重建算法中使用 频率差数据。
[0010] 记住前述，EIT系统10的示例在图1中图示。例如，该EIT系统10可配置成使用 在身体或物体表面（即，非侵入地）上获得的测量来估计该身体或物体内部的电性质(例如， 导电率和/或电容率)。根据系统，可产生和/或显示在空间上描绘身体内的电性质(或从 这样的电性质得到的值）的断层摄影表示。
[0011] 在描绘的示例中，系统10包括监测和处理系统11，其包括监测器12、显示器20、处 理器22和存储器24,以及传感器（S卩，电极14)阵列和通信电缆16。在图示的实施例中，电 极14作为阵列在对象26的胸部表面15上、该对象26的询问区上方（S卩，在胸部的外表面 下面的对象的解剖结构)提供。然而，应注意在其他实施例中，电极14可安置在对象解剖结 构的任何期望部分(例如但不限于胸部、臂部、腿部等）上或周围，或在靠近期望询问区的另 一个物体或对象的任何期望部分上。通过另外的示例的方式，在其他实施例中，根据实现特 定考虑，电极14可安置在对象或物体的表面上、接近对象或物体的表面或穿过对象或物体 的表面。因此，应注意电极14可呈现多种不同的形式，例如表面接触电极、对峙电极、电容 耦合电极、传导线圈、天线，等。另外，电极可以任何期望空间分布设置，例如线性阵列、矩形 阵列，等。
[0012] 此外，可在不同的实施例中提供不同数量(例如，8、16、32个，等）和设置(例如，粘 附个体电极、在垫上提供的电极，等）的电极14。在某些实施例中，对象26与电极14之间 的耦合可通过电极14的粘附部分(粘性基极层）或电极14所附连的部件而实现。例如，在 一些实施例中，电极14可提供为附连到柔性垫或衬底(其可安置或放置在对象26上）或用 别的方式与之集成。
[0013] 在操作期间，电极14与监测器12通信，该监测器12可包括一个或多个驱动和/ 或控制电路，用于控制电极14的操作，以便在每个电极处产生电信号。在一个这样的实施 例中，每个电极14独立地被驱动或控制电路可寻址。驱动和/或控制功能性可作为监测器 12内的一个或多个专用集成电路（ASIC)而提供或可使用用于执行代码或例程以用于执行 这样的控制功能性的一个或多个通用或专用处理器22而实现。
[0014] 另外，处理器22中的一个或多个可使用电极14提供关于信号读出的数据处理功 能性。例如，处理器22可执行一个或多个存储的处理器可执行例程，其可处理从测量的电 信号得到的信号来产生数值或断层摄影表示以供用户回顾，如本文论述的。此外，由处理器 22执行的例程和/或由处理器22处理的数据可存储在存储部件（S卩，存储器22或与处理器 22通信的其他适合的光、磁或固态存储结构)上。适合的存储结构包括但不限于，一个或多 个存储器芯片、磁或固态驱动器、光盘等，其适合于短期或长期存储。存储部件可在处理器 22和/或系统10本地或远离处理器22和/或系统10。例如,存储部件可以是存储器24 或定位在计算机网络(其与处理部件22通信)上的存储装置。在本上下文中，存储部件还可 存储由处理部件22执行的程序和例程，其包括用于实现目前公开的方法的例程。
[0015] 尽管前面大体上描述本技术可与之一起采用的EIT成像系统的方面(如上文指出 的)，本方法也可适合于在磁感应断层摄影（MIT)系统中使用。在这样的MIT系统中，可采 用磁线圈（如与电极14相对）以在感兴趣组织中注入或感应电流或电压并且感测测量的参 数。然而，为了本公开的目的，适合的MIT系统的其他部件或方面可对应于上文论述的广义 EIT系统中的那些。
[0016] 记住前述，下面提供对EIT和MIT成像原理的简短介绍。关于数学基础，物体的导 电率分布σ与电势分布μ的数学相关性由拉普拉斯广义等式描述：
【权利要求】
1. 一种用于对对象成像的方法，包括： 以两个或以上的频率向组织区施加电流或电压； 获得每个频率处的电压测量来产生多频电压测量集；以及 基于多频数据使用谱约束产生所述组织区的一个或多个图像。
2. 如权利要求1所述的方法，包括使用有限元网格来对所述组织区建模。
3. 如权利要求1所述的方法，其中所述组织区包括两个或以上类型的组织。
4. 如权利要求1所述的方法，其中经由一对或多对电极，电流施加到所述组织区并且 获得电压测量。
5. 如权利要求1所述的方法，其中同时获得每个频率处的电压测量。
6. 如权利要求1所述的方法，其中每个频率处的电压测量在两个或以上的测量时间处 获得。
7. 如权利要求1所述的方法，进一步包括： 从所述多频电压测量集计算频率-差数据； 其中用于产生一个或多个图像的多频数据包括所述频率差数据。
8. 如权利要求7所述的方法，其中计算频率差数据包括从所述多频电压测量集识别基 线并且关于所述基线来计算所述频率-差数据。
9. 如权利要求1所述的方法，其中产生所述一个或多个图像包括根据组织的体积分数 来限定所述区的导电率分布。
10. 如权利要求1所述的方法，其中产生所述一个或多个图像包括使用所述电压测量 来重建所述区内的每个组织或组织类型的体积分数分布。
11. 一种用于在断层摄影中使用的监测和处理系统，包括： 监测器，其配置成驱动电极或磁线圈阵列； 处理器，其配置成接收并且处理来自所述电极或磁线圈阵列的信号；和 存储器，其配置成存储一个或多个例程，所述一个或多个例程在由处理器执行时促使 执行动作，其包括： 驱动所述电极或磁线圈中的一个或多个以在两个或以上频率施加电流或电压； 经由所述电极或磁线圈阵列获得每个频率处的电压测量来产生多频电压测量集；以及 基于所述多频数据使用谱约束来产生一个或多个图像。
12. 如权利要求11所述的监测和处理系统，其中所述一个或多个例程在由所述处理器 执行时促使执行另外的动作，其包括在所述监测器的显示器上显示所述一个或多个图像。
13. 如权利要求11所述的监测和处理系统，其中同时获得每个频率处的电压测量。
14. 如权利要求11所述的监测和处理系统，其中所述一个或多个例程在由所述处理器 执行时促使执行另外的动作，其包括： 从所述多频电压测量集计算频率-差数据； 其中用于产生所述一个或多个图像的多频数据包括所述频率差数据。
15. 如权利要求14所述的监测和处理系统，其中计算频率差数据包括从所述多频电压 测量集识别基线并且关于所述基线计算所述频率-差数据。
16. 如权利要求11所述的监测和处理系统，其中产生所述一个或图像包括使用所述电 压测量来重建所述区内的每个组织或组织类型的体积分数分布。
17. 如权利要求11所述的监测和处理系统，其中产生所述一个或多个图像包括根据组 织的体积分数来限定所述区的导电率分布。
18. -个或多个非暂时性计算机可读介质编码例程，其在执行时促使执行动作，所述动 作包括： 访问多频电压测量集；以及 基于所述多频数据使用谱约束来产生一个或多个图像。
19. 如权利要求18所述的一个或多个非暂时性计算机可读介质，其中所述例程在执行 时促使执行另外的动作，所述动作包括： 驱动所述电极中的一个或多个以在两个或以上频率处施加电流；以及 经由所述电极阵列来获得每个频率处的电压测量以产生所述多频电压测量集。
20. 如权利要求18所述的一个或多个非暂时性计算机可读介质，其中同时获得所述多 频电压测量集。
21. 如权利要求18所述的一个或多个非暂时性计算机可读介质，其中所述例程在执行 时促使执行另外的动作，所述动作包括： 从所述多频电压测量集计算频率-差数据； 其中用于产生所述一个或多个图像的多频数据包括所述频率差数据。
22. 如权利要求21所述的一个或多个非暂时性计算机可读介质，其中计算频率差数据 包括从所述多频电压测量集识别基线并且关于所述基线计算所述频率-差数据。
【文档编号】A61B5/053GK104321011SQ201380026590
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2013年5月21日 优先权日:2012年5月21日
【发明者】E.R.马洛恩, D.S.霍尔德, S.R.阿里奇, G.S.D.桑托斯 申请人:通用电气公司