專利名稱：用于分析電傳導(dǎo)對(duì)象的結(jié)構(gòu)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例涉及一種用于分析電傳導(dǎo)對(duì)象的結(jié)構(gòu)的方法。
背景技術(shù)：
電阻抗X線斷層照相術(shù)(EIT)是一種特別地在用于檢測(cè)下層形態(tài)的醫(yī)學(xué)和其他應(yīng)用中使用的已知成像技術(shù)。通常，多個(gè)電極附著到待成像的對(duì)象。在‘輸入’電極的子集內(nèi)施加輸入電壓并且在‘輸出’電極測(cè)量輸出電流，或者在‘輸入’電極的子集之間施加輸入電流并且在‘輸出’電極或者在成對(duì)輸出電極之間測(cè)量輸出電壓。例如，當(dāng)在‘輸入’電極的子集之間施加很小的交變電流時(shí)，測(cè)量在輸出電極之間或者在成對(duì)‘輸出’電極之間的電勢(shì)差。然后在‘輸入’電極的不同子集之間施加電流，并且測(cè)量在輸出電極之間或者在成對(duì)‘輸出’電極之間的電勢(shì)差。然后可以使用適當(dāng)圖像重構(gòu)技術(shù)來(lái)構(gòu)造基于電阻抗變化的電阻抗圖像。
然而，在不同形態(tài)的區(qū)域之間的電阻抗變化可能太小而不可辨認(rèn)。
已經(jīng)有一種對(duì)這一問(wèn)題的解決方式是在寬頻率范圍內(nèi)進(jìn)行EIT。在一個(gè)頻率具有不明顯阻抗差異的不同形態(tài)可能在不同頻率具有更明顯差異。然而即使使用不同頻率，在不同形態(tài)的部分之間的電阻抗變化仍然可能太小而不可辨認(rèn)。
因此希望能夠使用EIT來(lái)更好地區(qū)分不同形態(tài)。
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供一種用于分析電傳導(dǎo)對(duì)象的結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括以下步驟 (i)獲得對(duì)象的電阻抗數(shù)據(jù)； (ii)使用假定電模型的傳遞函數(shù)來(lái)分析獲得的電阻抗數(shù)據(jù)以確定對(duì)象的多個(gè)電阻抗性質(zhì)；以及 (iii)對(duì)一個(gè)或者多個(gè)確定的電阻抗性質(zhì)進(jìn)行成像。
可以根據(jù)測(cè)量的電阻抗數(shù)據(jù)來(lái)導(dǎo)出與測(cè)量的電阻抗數(shù)據(jù)有關(guān)的電阻抗性質(zhì)，而這些電阻抗性質(zhì)可以用來(lái)分析對(duì)象的結(jié)構(gòu)。然而，個(gè)別電阻抗性質(zhì)的變化量可能不足以支持準(zhǔn)確分析。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供一種用于分析電傳導(dǎo)對(duì)象的結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括以下步驟 (i)在頻率范圍內(nèi)獲得對(duì)象的電阻抗數(shù)據(jù)； (ii)使用假定電模型的傳遞函數(shù)來(lái)分析獲得的電阻抗數(shù)據(jù)以確定對(duì)象的多個(gè)電阻抗性質(zhì)； (iii)構(gòu)造性地組合確定的多個(gè)電阻抗性質(zhì)中的所選電阻抗性質(zhì)以提供對(duì)象的至少一個(gè)參數(shù)阻抗值；以及 (iii)對(duì)確定的參數(shù)阻抗值中的一個(gè)或者多個(gè)進(jìn)行成像。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供一種用于分析電傳導(dǎo)對(duì)象的結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括以下步驟 (i)獲得對(duì)象的電阻抗數(shù)據(jù)； (ii)分析獲得的電阻抗數(shù)據(jù)以確定對(duì)象的多個(gè)電阻抗性質(zhì)； (iii)構(gòu)造性地組合所述多個(gè)電阻抗性質(zhì)中的所選電阻抗性質(zhì)以提供對(duì)象的參數(shù)阻抗值。
可以針對(duì)生物材料用0與100MHz之間的頻率帶寬而針對(duì)非生物傳導(dǎo)材料用0與上至100GHz之間的頻率帶寬收集對(duì)象的電阻抗數(shù)據(jù)。
該方法還可以包括以下步驟 (iv)將參數(shù)阻抗值顯示為來(lái)自感興趣區(qū)域(RIO)的圖像的部分。
步驟(iii)可以包括根據(jù)阻抗強(qiáng)調(diào)算法來(lái)組合預(yù)定電阻抗性質(zhì)。
步驟(i)可以包括在依賴于對(duì)象(生物或者非生物材料)的多個(gè)頻率來(lái)獲得對(duì)象的電阻抗數(shù)據(jù)。對(duì)于生物材料，傳遞函數(shù)在頻率范圍0-100MHz內(nèi)由Cole-Cole公式[Cole，1920；Cole，1924]給定。
該方法可以用來(lái)分析具有細(xì)胞結(jié)構(gòu)或者細(xì)胞狀結(jié)構(gòu)的電傳導(dǎo)對(duì)象，并且步驟(ii)可以包括使用等效電阻抗電路對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模，比如Cole-Cole模型[Cole，1920；Cole 1924]。
等效電阻抗電路可以在限制情況下包括細(xì)胞膜電容(C)、細(xì)胞內(nèi)電阻(Ri)和細(xì)胞外電阻(Re)。
電阻抗性質(zhì)可以選自于包括Ri(細(xì)胞/群內(nèi)電阻)、Re(細(xì)胞/群外電阻)、C(細(xì)胞/群電容)、fr(細(xì)胞/群松弛頻率)和α(細(xì)胞/群松弛因子)的組。
步驟(iii)可以包括通過(guò)相乘來(lái)組合fr(松弛頻率)和C(細(xì)胞/群電容)，這可以提供參數(shù)阻抗值。
為了更好地理解本發(fā)明，現(xiàn)在僅通過(guò)例子參照以下附圖 圖1是電阻抗X線斷層照相術(shù)裝置的示意圖； 圖2A和圖2B示出了單或者多散射的作為頻率函數(shù)的測(cè)量電阻抗的曲線圖； 圖3示出了具有“微觀”細(xì)胞或者細(xì)胞狀結(jié)構(gòu)的對(duì)象的示例電阻抗電路模型；以及 圖4示出了具有“微觀”細(xì)胞或者細(xì)胞狀結(jié)構(gòu)的對(duì)象的通用電阻抗電路模型。
具體實(shí)施例方式 圖1示意地圖示了用于為負(fù)載12測(cè)量阻抗數(shù)據(jù)的電阻抗測(cè)量或者電阻抗X線斷層照相術(shù)(EIT)裝置10。負(fù)載12包括多個(gè)電極附著到的電傳導(dǎo)對(duì)象。術(shù)語(yǔ)‘電傳導(dǎo)’意味著對(duì)象能夠傳導(dǎo)電流，但是它未必需要很好地傳導(dǎo)電流。裝置10還包括信號(hào)源14、信號(hào)檢測(cè)器16和計(jì)算機(jī)18。在一個(gè)實(shí)施例中，信號(hào)源提供作為輸入信號(hào)的電流，而信號(hào)檢測(cè)器檢測(cè)作為輸出信號(hào)的電壓。在另一實(shí)施例中，信號(hào)源提供作為輸入信號(hào)的電壓，而信號(hào)檢測(cè)器檢測(cè)作為輸出信號(hào)的電流。
計(jì)算機(jī)通常至少包括處理器和存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)器存儲(chǔ)在加載到處理器中時(shí)控制計(jì)算機(jī)的計(jì)算機(jī)程序。
使用源14經(jīng)由電極向?qū)ο笫┘虞斎胄盘?hào)，并且使用檢測(cè)器16來(lái)測(cè)量存在于相同或者其他電極的所得輸出信號(hào)。為輸入信號(hào)的不同頻率重復(fù)該過(guò)程。例如，信號(hào)源14可以在0Hz(直流)與100MHz之間的多個(gè)頻率施加電信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)為對(duì)象獲得依賴于頻率的電阻抗數(shù)據(jù)。
對(duì)用于阻抗測(cè)量的電極的分離確定對(duì)象的分析分辨率或者標(biāo)度。可以在預(yù)期的感興趣標(biāo)度(例如微米或者毫米范圍)獲得電阻抗測(cè)量。作為感興趣標(biāo)度的例子，對(duì)于生物對(duì)象，可以對(duì)單個(gè)細(xì)胞或者群細(xì)胞水平或者對(duì)組織或者組織結(jié)構(gòu)水平(比如胸組織中的小葉或者管道)感興趣。隨后將使用假定電模型的傳遞函數(shù)來(lái)分析所獲得的電阻抗數(shù)據(jù)以確定對(duì)象的多個(gè)電阻抗性質(zhì)。所用電模型可以依賴于阻抗測(cè)量的分辨率/標(biāo)度。
參照?qǐng)D2A和圖2B，可以將使用上述方法獲得的電阻抗數(shù)據(jù)描繪為頻率函數(shù)。該繪圖22對(duì)于對(duì)象而言代表了阻抗改變比對(duì)頻率或者傳遞函數(shù)。計(jì)算機(jī)18可操作用以執(zhí)行適當(dāng)算法以分析所獲得的阻抗傳遞函數(shù)或者依賴于頻率的阻抗性質(zhì)并且由此確定對(duì)象的多個(gè)電阻抗性質(zhì)。電阻抗性質(zhì)通常包括以下性質(zhì)中的一個(gè)或者多個(gè) a)在ω-＞0這一限制(下限)的阻抗 b)在ω-＞∞這一限制(上限)的阻抗 c)(i)在阻抗有改變時(shí)的松弛頻率 (ii)在該改變頻率的阻抗 (iii)特別地在松弛頻率的阻抗改變梯度 例如，如果在所用頻率范圍內(nèi)有生物材料的包括α、β和γ散射的N次散射[Cole K S，Permeability and impermeability of cellmembranes for ions.Cold Spring Harbor Symp.Quant.Bio.8 pp110-22，1940](其中N＞1)，則標(biāo)識(shí)散射頻率ω1，ω2，...ωN-1，ωN，并且特別散射m的電阻抗性質(zhì)將通常包括以下性質(zhì)中的一個(gè)或者多個(gè) a)對(duì)于m＝1，在ω-＞0這一下限(全局限制)的阻抗 對(duì)于m＞1，在ω-＞ωm-a這一下限(局部限制)的阻抗，其中a＜(ωm-ωm-1)并且可以有可能為1/2(ωm-ωm-1) b)對(duì)于m＝N，在ω-＞∞這一上限(全局限制)的阻抗 對(duì)于m＜N，在ω-＞ωm+b這一上限(局部限制)的阻抗，其中b＜(ωm+1-ωm)并且可以有可能為b～1/2(ωm+1-ωm) c)(i)在阻抗有改變時(shí)的松弛頻率ωm(frm) (ii)在該改變頻率的阻抗 (iii)改變的梯度 這些阻抗性質(zhì)中的一個(gè)或者多個(gè)的變化量可以用來(lái)分析由于與細(xì)胞內(nèi)/外或者細(xì)胞狀內(nèi)/外有關(guān)的改變所致的對(duì)象結(jié)構(gòu)。
在一些實(shí)施例中，使用等效電阻抗電路對(duì)分析對(duì)象進(jìn)行建模。可以使用圖3中所示等效電阻抗電路20對(duì)對(duì)象進(jìn)行建模。可以使用等效電阻抗電路20來(lái)建模的對(duì)象可以在非限制例子中包括人類或者動(dòng)物組織和有孔或者其他細(xì)胞或者細(xì)胞狀材料。
在所示實(shí)施例中，等效電阻抗電路20包括與細(xì)胞外部分23并聯(lián)的細(xì)胞部分21。細(xì)胞部分21具有串聯(lián)的電容C和電阻Ri。電阻C與細(xì)胞膜/邊界關(guān)聯(lián)，而電阻Ri與細(xì)胞的內(nèi)部關(guān)聯(lián)。細(xì)胞外部分23具有電阻Re。電阻Re與細(xì)胞以外的結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)。電阻Re與串聯(lián)連接的電容C和電阻Ri并聯(lián)連接。
用于該電路的單散射阻抗傳遞函數(shù)的非限制例子為 在ω-＞0這一限制中，Z-＞Re 在ω-＞∞這一限制中，Z-＞Ri//Re，即RiRe/(Ri+Re)。
在頻率fr和阻抗Zr有梯度為α的改變(散射)。
用于生物組織中的多散射的傳遞模型可以由Cole-Cole方程(Cole K S 1940，Cole K S 1941，McAdams E T等人，1995)建模如下 Z＝R∝+(R0-R∝)/(1+(jf/fr))(1-α) 通常，如果含三個(gè)元件的等效電路用于細(xì)胞懸浮物(Fricke和Morse，1925)或者組織的簡(jiǎn)易建模，則可以將該方程改寫為以下方程 Z＝Re·Ri/(Re+Ri)+(Re-Re·Ri/(Re+Ri))/(1+(jf/fr))(1-α) 其中R∝是并聯(lián)Re和Ri的結(jié)果。
在頻率fri和阻抗Zri有梯度為αi的改變(散射)。
如上所示，計(jì)算機(jī)18可操作用以執(zhí)行適當(dāng)算法以分析測(cè)量的阻抗數(shù)據(jù)并且抽取分析對(duì)象的多個(gè)電阻抗性質(zhì)。例如，基于測(cè)量的阻抗數(shù)據(jù)，算法可以可操作用以將阻抗數(shù)據(jù)點(diǎn)描繪為頻率函數(shù)并且使用模型來(lái)產(chǎn)生最佳擬合線22以形成圖2中所示傳遞函數(shù)。根據(jù)該傳遞函數(shù)，計(jì)算機(jī)18能夠確定對(duì)象的多個(gè)個(gè)別阻抗性質(zhì)。這些阻抗性質(zhì)可以包括 a)在ω-＞0這一限制的阻抗，該阻抗給定Re b)在ω-＞∞這一限制的阻抗，該阻抗給定RiRe/(Ri+Re) c)(i)在阻抗有改變時(shí)的松弛頻率fr (ii)傳遞函數(shù)在該改變頻率的阻抗Zr (iii)改變的梯度α，該梯度給定松弛因子。
阻抗性質(zhì)可以用來(lái)使用模型來(lái)確定更多阻抗性質(zhì)。
例如，如果Re和RiRe/(Ri+Re)均已知，則可以確定Ri。
傳遞函數(shù)在改變(散射)頻率fr的阻抗Zr是電容器主導(dǎo)傳遞特性之處，因?yàn)樗S著頻率的每次少量增加而進(jìn)行明顯更好地減少阻抗。在改變(散射)頻率fr的阻抗Zr處可以建模為1/(j.2πfr.C)。因此，C可以確定為1/(j.2πfr.Zr)。
個(gè)別阻抗性質(zhì)(Re，Ri，fr，Zr，α，C)的變化可以用來(lái)分析對(duì)象的結(jié)構(gòu)。例如，在人類組織的情況下，個(gè)別阻抗性質(zhì)的變化可以表明存在異常，因?yàn)檫@引起與正常健康組織表現(xiàn)的電特性不同的電特性。
然而，個(gè)別阻抗性質(zhì)的變化量可能不足以支持結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確分析。例如，細(xì)胞膜電容(C)或者松弛頻率(fr)的變化量可能不足以例如在基于那些個(gè)別阻抗性質(zhì)構(gòu)造的對(duì)象圖像中可容易地檢測(cè)到。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，‘構(gòu)造性地’組合所選預(yù)定阻抗性質(zhì)以提供用于對(duì)象的參數(shù)阻抗值。為了提供參數(shù)阻抗值而以這一方式對(duì)阻抗性質(zhì)的構(gòu)造性組合強(qiáng)調(diào)個(gè)別電阻抗性質(zhì)的變化。這使得能夠更準(zhǔn)確地分析對(duì)象的結(jié)構(gòu)?？梢詫⒃谔囟ㄎ恢玫膮?shù)阻抗值代表為在對(duì)象圖像中的對(duì)應(yīng)位置的像素值。
舉個(gè)簡(jiǎn)單例子，如果電阻抗性質(zhì)之一增加10％(比如細(xì)胞膜電容(C)從初始值C1增加至1.1C1)并且另一電阻抗性質(zhì)增加10％(比如松弛頻率(fr)從初始值fr1增加至1.1fr1)，這些個(gè)別的10％增加可能不足以可容易地檢測(cè)到，例如在基于這些個(gè)別電阻抗性質(zhì)的圖像中可辨別。然而為了提供參數(shù)阻抗值而對(duì)這些個(gè)別電阻抗性質(zhì)的相乘進(jìn)行組合將獲得可更容易檢測(cè)到的(例如在基于參數(shù)阻抗值的圖像中可辨認(rèn)的)21％的更大增加(1.21fr1C1)。
阻抗性質(zhì)可以具有與特定形態(tài)的正、中性或者負(fù)相關(guān)。正相關(guān)意味著它在形態(tài)存在時(shí)增加(盡管可能并不明顯)。負(fù)相關(guān)意味著它在形態(tài)存在時(shí)減少(盡管可能并不明顯)。中性相關(guān)意味著它在形態(tài)存在時(shí)不變?？梢酝ㄟ^(guò)求逆將具有正相關(guān)的阻抗性質(zhì)轉(zhuǎn)換成具有負(fù)相關(guān)的阻抗性質(zhì)(并且反之亦然)。
為了檢測(cè)特別形態(tài)而對(duì)阻抗性質(zhì)的構(gòu)造性組合意味著相乘(或者加權(quán)相加)來(lái)組合針對(duì)該形態(tài)在相同意義上相關(guān)的阻抗性質(zhì)以產(chǎn)生參數(shù)阻抗值并且相除(或者加權(quán)相減)來(lái)組合針對(duì)該形態(tài)在相同意義上相關(guān)的阻抗性質(zhì)。
可以用任何希望的方式構(gòu)造性地組合任何確定的阻抗性質(zhì)以提供如下參數(shù)阻抗值，該參數(shù)阻抗值比任何構(gòu)成阻抗性質(zhì)具有對(duì)形態(tài)改變更大的靈敏度。這可以例如由EIT非侵入式地成像。
在圖3中描述限制水平的阻抗性質(zhì)組合的非限制例子 組合式參數(shù)測(cè)量/2D/3D成像 (組合的膜內(nèi)/外阻抗/電導(dǎo)率) a)膜阻抗/電導(dǎo)率和有關(guān)量 膜阻抗Zm＝1/2π＊fr＊C 膜電導(dǎo)率σm＝2π＊Fr＊C b)組合的細(xì)胞內(nèi)阻抗/電導(dǎo)率 乘積Ri＊Zm 或者σi＊σm 差值/規(guī)范化差值 a＊Ri-b＊Zm 或者c＊σi-d＊σm 其中系數(shù)a、b、c和d在(-∞-+∞)內(nèi)恒定以便用于匹配待使用的量； 差分/規(guī)范化差分 (a＊Ri-b＊Zm)/Zm 或者(a＊Ri-b＊Zm)/Ri 取而代之(c＊σi-d＊σm)/σm 或者(c＊σi-d＊σm)/σi 其中系數(shù)a、b、c和d在(-∞-+∞)內(nèi)恒定以便用于匹配待使用的量； 細(xì)胞內(nèi)時(shí)間常數(shù)Ri＊C 或者細(xì)胞內(nèi)頻率常數(shù)1/Ri＊C c)組合的細(xì)胞外阻抗/電導(dǎo)率 乘積Re＊Zm 或者σx＊σm 差值/規(guī)范化差值 a＊Re-b＊Zm 或者c＊σx-d＊σm 其中系數(shù)a、b、c和d在(-∞-+∞)內(nèi)恒定以便用于匹配待使用的量； 差分/規(guī)范化差分 (a＊Re-b＊Zm)/Zm 或者(a＊Re-b＊Zm)/Re 取而代之(c＊σx-d＊σm)/σm 或者(c＊σx-d＊σm)/σx 其中系數(shù)a、b、c和d在(-∞-+∞)內(nèi)恒定以便用于匹配待使用的量； 細(xì)胞外時(shí)間常數(shù)Re＊C 或者細(xì)胞外頻率常數(shù)1/Re＊C d)組合的細(xì)胞外到內(nèi)阻抗/電導(dǎo)率 乘積Re＊Ri 或者σx＊σi 差值/規(guī)范化差值 a＊Re-b＊Ri 或者c＊σx-d＊σi 其中系數(shù)a、b、c和d在(-∞-+∞)內(nèi)恒定以便用于匹配待使用的量； 差分/規(guī)范化差分 (a＊Re-b＊Ri/Ri 或者(a＊Re-b＊Ri)/Re 取而代之(c＊σx-d＊σi)/σi 或者(c＊σx-d＊σi)/σx 其中系數(shù)a、b、c和d在(-∞-+∞)內(nèi)恒定以便用于匹配待使用的量； 利用偏離散射特性(α)的組合式綜合細(xì)胞參數(shù)測(cè)量/2D/3D成像 對(duì)于與異?；蛘咂渌?xì)胞混合的異構(gòu)細(xì)胞群，阻抗將在散射頻率點(diǎn)表現(xiàn)“更平坦的”梯度(更小的α值)。因此α已經(jīng)示出組織或者細(xì)胞群的“偏離”或者“異構(gòu)性質(zhì)”。
a)“偏離”膜阻抗/電導(dǎo)率和有關(guān)量 “偏離”膜阻抗 α＊m 或者α/Zm “偏離”膜電導(dǎo)率 α＊σm 或者α/σm b)組合的“偏離”細(xì)胞內(nèi)阻抗/電導(dǎo)率 乘積α＊Ri＊Zm 或者σi＊σm 差值/規(guī)范化差值 α＊(a＊Ri-b＊Zm) 或者α＊(c＊σi-d＊σm) 其中系數(shù)a、b、c和d在(-∞-+∞)內(nèi)恒定以便用于匹配待使用的量； 差分/規(guī)范化差分 α＊(a＊Ri-b＊Zm)/Zm 或者α＊(a＊Ri-b＊Zm)/Ri 取而代之α＊(c＊σi-d＊σm)/σm 或者α＊(c＊σi-d＊σm)/σi 其中系數(shù)a、b、c和d在(-∞-+∞)內(nèi)恒定以便用于匹配待使用的量； 細(xì)胞內(nèi)時(shí)間常數(shù)α＊(Ri＊C) 或者細(xì)胞內(nèi)頻率常數(shù)α＊(1/Ri＊C) c)組合的細(xì)胞外阻抗/電導(dǎo)率 乘積α＊Re＊Zm 或者α＊σx＊σm 差值/規(guī)范化差值 α＊(a＊Re-b＊Zm) 或者α＊(c＊σx-d＊σm) 其中系數(shù)a、b、c和d在(-∞-+∞)內(nèi)恒定以便用于匹配待使用的量； 差分/規(guī)范化差分 α＊(a＊Re-b＊Zm)/Zm 或者α＊(a＊Re-b＊Zm)/Re 取而代之α＊(c＊σx-d＊σm)/σm 或者α＊(c＊σx-d＊σm)/σx 其中系數(shù)a、b、c和d在(-∞-+∞)內(nèi)恒定以便用于匹配待使用的量； 細(xì)胞外時(shí)間常數(shù)α＊Re＊C 或者細(xì)胞外頻率常數(shù)α＊(1/Re＊C) d)組合的細(xì)胞外到內(nèi)阻抗/電導(dǎo)率 乘積α＊Re＊Ri 或者α＊σx＊σi 差值/規(guī)范化差值 α＊(a＊Re-b＊Ri) 或者α＊(c＊σx-d＊σi) 其中系數(shù)a、b、c和d在(-∞-+∞)內(nèi)恒定以便用于匹配待使用的量； 差分/規(guī)范化差分 α＊(a＊Re-b＊Ri)/Ri 或者α＊(a＊Re-b＊Ri)/Re 取而代之α＊(c＊σx-d＊σi)/σi 或者α＊(c＊σx-d＊σi)/σx 其中系數(shù)a、b、c和d在(-∞-+∞)內(nèi)恒定以便用于匹配待使用的量； 適當(dāng)?shù)淖杩箯?qiáng)調(diào)算法可以由計(jì)算機(jī)18實(shí)施以選擇用于組合的最優(yōu)電阻抗性質(zhì)及其組合方式以最大化所得參數(shù)阻抗值的變化。
在已經(jīng)針對(duì)對(duì)象獲得參數(shù)阻抗值之后，在一些實(shí)施例中將參數(shù)阻抗值顯示為對(duì)象結(jié)構(gòu)的參數(shù)圖像的部分，并且對(duì)象結(jié)構(gòu)中的異常因此被強(qiáng)調(diào)并且在圖像中可更容易地辨認(rèn)。因此可以通過(guò)圖像分析來(lái)更容易地確定對(duì)象的結(jié)構(gòu)。
圖4圖示了分析對(duì)象的更通用模型。在所示實(shí)施例中，等效電阻抗電路30包括與內(nèi)含物間部分33并聯(lián)的內(nèi)含物部分31。內(nèi)含物部分31具有串聯(lián)的阻抗Z1和阻抗Z2。阻抗Z1可以與內(nèi)含物邊界關(guān)聯(lián)(可以代表細(xì)胞群的與膜有關(guān)的組成)，而阻抗Z2可以與內(nèi)含物的內(nèi)部關(guān)聯(lián)(可以代表細(xì)胞群的與細(xì)胞內(nèi)有關(guān)的組成)。內(nèi)含物間部分33具有阻抗Z3。阻抗Z3與內(nèi)含物以外的結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)(可以代表細(xì)胞群的細(xì)胞外組成)。阻抗Z3與串聯(lián)連接的阻抗Z1和Z2并聯(lián)連接。
用于該電路的阻抗傳遞函數(shù)為 在圖4中所述水平的阻抗性質(zhì)組合的非限制例子 組合式參數(shù)測(cè)量/2D/3D成像 a)內(nèi)含物邊界阻抗/電導(dǎo)率和有關(guān)量 內(nèi)含物邊界阻抗Zm＝1/2π＊fr＊Z2 內(nèi)含物邊界電導(dǎo)率σm＝2π＊Fr＊Z2 b)組合的內(nèi)含物內(nèi)阻抗/電導(dǎo)率 乘積Z1＊Zm 或者σ1＊σm 差值/規(guī)范化差值 a＊Z1-b＊Zm 或者c＊σ1-d＊σm 其中系數(shù)a、b、c和d在(-∞-+∞)內(nèi)恒定以便用于匹配待使用的量； 差分/規(guī)范化差分 (a＊Z1-b＊Zm)/Zm 或者(a＊Z1-b＊Zm)/Z1 取而代之(c＊σ1-d＊σm)/σm 或者(c＊σ1-d＊σm)/σ1 其中系數(shù)a、b、c和d在(-∞-+∞)內(nèi)恒定以便用于匹配待使用的量； 內(nèi)含物內(nèi)時(shí)間常數(shù)Z1＊Z2 或者內(nèi)含物內(nèi)頻率常數(shù)1/Z1＊Z2 c)組合的內(nèi)含物間阻抗/電導(dǎo)率 乘積Z3＊Zm 或者σ3＊σm 差值/規(guī)范化差值 a＊Z3-b＊Zm 或者c＊σ3-d＊σm 其中系數(shù)a、b、c和d在(-∞-+∞)內(nèi)恒定以便用于匹配待使用的量； d)組合的內(nèi)含物間到內(nèi)阻抗/電導(dǎo)率 乘積Re＊Ri 或者σx＊σi 差值/規(guī)范化差值 a＊Re-b＊Ri 或者c＊σx-d＊σi 其中系數(shù)a、b、c和d在(-∞-+∞)內(nèi)恒定以便用于匹配待使用的量； 差分/規(guī)范化差分 (a＊Re-b＊Ri/Ri 或者(a＊Re-b＊Ri)/Re 取而代之(c＊σx-d＊σi)/σi 或者(c＊σx-d＊σi)/σx 其中系數(shù)a、b、c和d在(-∞-+∞)內(nèi)恒定以便用于匹配待使用的量； 差分/規(guī)范化差分 (a＊Z3-b＊Zm)/Zm 或者(a＊Z3-b＊Zm)/Z3 取而代之(c＊σ3-d＊σm)/σm 或者(c＊σ3-d＊σm)/σ3 其中系數(shù)a、b、c和d在(-∞-+∞)內(nèi)恒定以便用于匹配待使用的量； 內(nèi)含物間時(shí)間常數(shù)Z3＊Z2 或者內(nèi)含物間頻率常數(shù)1/Z3＊Z2 利用偏離散射特性(α)的組合式綜合參數(shù)測(cè)量/2D/3D成像 對(duì)于具有混合內(nèi)含物的異構(gòu)群，阻抗將在散射頻率表現(xiàn)“更平坦的”梯度(更小的α值)。因此α已經(jīng)示出宏觀對(duì)象的“偏離”或者“異構(gòu)性質(zhì)”。
a)“偏離”內(nèi)含物邊界阻抗/電導(dǎo)率和有關(guān)量 “偏離”內(nèi)含物邊界阻抗 α＊Zm 或者α/Zm “偏離”內(nèi)含物邊界電導(dǎo)率 α＊σm 或者α/σm b)組合的“偏離”內(nèi)含物內(nèi)阻抗/電導(dǎo)率 乘積α＊Z1＊Zm 或者σ1＊σm 差值/規(guī)范化差值 α＊(a＊Z1-b＊Zm) 或者α＊(c＊σ1-d＊σm) 其中系數(shù)a、b、c和d在(-∞-+∞)內(nèi)恒定以便用于匹配待使用的量； 差分/規(guī)范化差分 α＊(a＊Z1-b＊Zm)/Zm 或者α＊(a＊Z1-b＊Zm)/Z1 取而代之α＊(c＊σ1-d＊σm)/σm 或者α＊(c＊σ1-d＊σm)/σ1 其中系數(shù)a、b、c和d在(-∞-+∞)內(nèi)恒定以便用于匹配待使用的量； 內(nèi)含物內(nèi)時(shí)間常數(shù)α＊(Z1＊Z2) 或者內(nèi)含物內(nèi)頻率常數(shù)α＊(1/Z1＊Z2) c)組合的內(nèi)含物間阻抗/電導(dǎo)率 乘積α＊Z3＊Zm 或者σ3＊σm 差值/規(guī)范化差值 α＊(a＊Z3-b＊Zm) 或者α＊(c＊σ3-d＊σm) 其中系數(shù)a、b、c和d在(-∞-+∞)內(nèi)恒定以便用于匹配待使用的量； 差分/規(guī)范化差分 α＊(a＊Z3-b＊Zm)/Zm 或者α＊(a＊Z3-b＊Zm)/Z3 取而代之α＊(c＊σ3-d＊σm)/σm 或者α＊(c＊σ3-d＊σm)/σ3 其中系數(shù)a、b、c和d在(-∞-+∞)內(nèi)恒定以便用于匹配待使用的量； 內(nèi)含物間時(shí)間常數(shù)α＊Z3＊Z2 或者內(nèi)含物間頻率常數(shù)α＊(1/Z3＊Z2) d)組合的內(nèi)含物間到內(nèi)阻抗/電導(dǎo)率 乘積α＊Re＊Ri 或者α＊σx＊σi 差值/規(guī)范化差值 α＊(a＊Re-b＊Ri) 或者α＊(c＊σx-d＊σi) 其中系數(shù)a、b、c和d在(-∞-+∞)內(nèi)恒定以便用于匹配待使用的量； 差分/規(guī)范化差分 α＊(a＊Re-b＊Ri)/Ri 或者α＊(a＊Re-b＊Ri)/Re 取而代之α＊(c＊σx-d＊σi)/σi 或者α＊(c＊σx-d＊σi)/σx 其中系數(shù)a、b、c和d在(-∞-+∞)內(nèi)恒定以便用于匹配待使用的量； 該模型是如在US6856824中先前描述的分形模型?？梢允褂秒娐?0來(lái)代表各阻抗Z1、Z2、Z3，或者在Z1等效于Ri時(shí)的限制水平，Z2等效于C而Z3等效于Re。術(shù)語(yǔ)‘分形’用來(lái)表達(dá)在無(wú)論任何尺度水平都認(rèn)為模型的結(jié)構(gòu)相同這一事實(shí)。
雖然已經(jīng)參照各種非限制例子在先前段落中描述本發(fā)明的實(shí)施例，但是應(yīng)當(dāng)理解可以進(jìn)行對(duì)所給例子的修改而不脫離如要求保護(hù)的發(fā)明范圍。作為例子，該方法可以在食品業(yè)中用來(lái)檢驗(yàn)食品、特別地為肉的質(zhì)量。
盡管在前文說(shuō)明中著力于關(guān)注本發(fā)明的被認(rèn)為特別重要的那些特征，但是應(yīng)當(dāng)理解申請(qǐng)人關(guān)于至此提及和/或在附圖中示出的任何可授予專利的特征或者特征組合方面無(wú)論是否已經(jīng)對(duì)之有特別強(qiáng)調(diào)都要求保護(hù)。
權(quán)利要求
1.一種用于分析電傳導(dǎo)對(duì)象的結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括以下步驟
(i)在頻率范圍內(nèi)獲得所述對(duì)象的電阻抗數(shù)據(jù)；
(ii)使用假定電模型的傳遞函數(shù)來(lái)分析所述獲得的電阻抗數(shù)據(jù)以確定所述對(duì)象的多個(gè)電阻抗性質(zhì)；
(iii)構(gòu)造性地組合所述確定的多個(gè)電阻抗性質(zhì)中的所選電阻抗性質(zhì)以提供所述對(duì)象的至少一個(gè)參數(shù)阻抗值；以及
(iii)對(duì)所述確定的參數(shù)阻抗值中的一個(gè)或者多個(gè)進(jìn)行成像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述電模型假定與第三阻抗并聯(lián)連接的第一和第二串聯(lián)連接的阻抗。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的方法，其中所述電模型假定電容器和串聯(lián)連接的電阻器，所述電容器和串聯(lián)連接的電阻器與另一電阻器并聯(lián)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或者3所述的方法，其中所述電模型是分形模型并且在任何分辨率可用。
5.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述電阻抗性質(zhì)選自于包括以下內(nèi)容的組
在頻率下限的阻抗，
在頻率上限的阻抗，
在阻抗有改變時(shí)的松弛頻率fr，
在該松弛頻率的阻抗，以及
在該松弛頻率的阻抗梯度。
6.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述電模型假定電容和串聯(lián)連接的電阻，所述電容和串聯(lián)連接的電阻與并聯(lián)電阻并聯(lián)連接以形成具有松弛頻率的模型電路，其中用于成像的所述參數(shù)阻抗值是所述電容、所述松弛頻率、所述串聯(lián)電阻和所述并聯(lián)電阻中的兩個(gè)或者更多的組合。
7.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述電模型假定‘膜’電容和串聯(lián)連接的細(xì)胞內(nèi)電阻，所述‘膜’電容和串聯(lián)連接的細(xì)胞內(nèi)電阻與細(xì)胞外電阻并聯(lián)連接，其中用于成像的所述參數(shù)阻抗值包括以下參數(shù)阻抗值之一
·膜阻抗
·膜電導(dǎo)率
·細(xì)胞內(nèi)阻抗乘積
·細(xì)胞內(nèi)阻抗差值
·細(xì)胞內(nèi)阻抗規(guī)范化差值
·細(xì)胞內(nèi)阻抗差分
·細(xì)胞內(nèi)阻抗規(guī)范化差分
·細(xì)胞內(nèi)電導(dǎo)率乘積
·細(xì)胞內(nèi)電導(dǎo)率差值
·細(xì)胞內(nèi)電導(dǎo)率規(guī)范化差值
·細(xì)胞內(nèi)電導(dǎo)率差分
·細(xì)胞內(nèi)電導(dǎo)率規(guī)范化差分
·細(xì)胞內(nèi)時(shí)間常數(shù)
·細(xì)胞內(nèi)頻率常數(shù)
·細(xì)胞外阻抗乘積
·細(xì)胞外阻抗差值
·細(xì)胞外阻抗規(guī)范化差值
·細(xì)胞外阻抗差分
·細(xì)胞外阻抗規(guī)范化差分
·細(xì)胞外電導(dǎo)率乘積
·細(xì)胞外電導(dǎo)率差值
·細(xì)胞外電導(dǎo)率規(guī)范化差值
·細(xì)胞外電導(dǎo)率差分
·細(xì)胞外電導(dǎo)率規(guī)范化差分
·細(xì)胞外時(shí)間常數(shù)
·細(xì)胞外頻率常數(shù)
·外-內(nèi)阻抗乘積
·外-內(nèi)阻抗差值
·外-內(nèi)阻抗規(guī)范化差值
·外-內(nèi)差分
·外-內(nèi)規(guī)范化差分
·外-內(nèi)電導(dǎo)率乘積
·外-內(nèi)電導(dǎo)率差值
·外-內(nèi)電導(dǎo)率規(guī)范化差值
·外-內(nèi)電導(dǎo)率差分
·外-內(nèi)電導(dǎo)率規(guī)范化差分
任一前述參數(shù)由散射梯度α修改。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述電模型假定第一阻抗和串聯(lián)連接的第二阻抗，所述第一阻抗和串聯(lián)連接的第二阻抗與第三阻抗并聯(lián)連接以形成具有松弛頻率的模型電路，其中用于成像的所述參數(shù)阻抗值是所述第一阻抗、所述松弛頻率、所述第二阻抗和所述第三阻抗中的兩個(gè)或者多個(gè)的組合。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至5和8中的任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述電模型假定內(nèi)含物邊界阻抗和串聯(lián)連接的內(nèi)含物內(nèi)阻抗，所述內(nèi)含物邊界阻抗和串聯(lián)連接的內(nèi)含物內(nèi)阻抗與內(nèi)含物間阻抗并聯(lián)連接，其中用于成像的所述參數(shù)阻抗值包括以下參數(shù)阻抗值之一
·內(nèi)含物邊界阻抗
·內(nèi)含物邊界電導(dǎo)率
·內(nèi)含物內(nèi)阻抗乘積
·內(nèi)含物內(nèi)阻抗差值
·內(nèi)含物內(nèi)阻抗規(guī)范化差值
·內(nèi)含物內(nèi)阻抗差分
·內(nèi)含物內(nèi)阻抗規(guī)范化差分
·內(nèi)含物內(nèi)電導(dǎo)率乘積
·內(nèi)含物內(nèi)電導(dǎo)率差值
·內(nèi)含物內(nèi)電導(dǎo)率規(guī)范化差值
·內(nèi)含物內(nèi)電導(dǎo)率差分
·內(nèi)含物內(nèi)電導(dǎo)率規(guī)范化差分
·內(nèi)含物內(nèi)時(shí)間常數(shù)
·內(nèi)含物內(nèi)頻率常數(shù)
·內(nèi)含物間阻抗乘積
·內(nèi)含物間阻抗差值
·內(nèi)含物間阻抗規(guī)范化差值
·內(nèi)含物間阻抗差分
·內(nèi)含物間阻抗規(guī)范化差分
·內(nèi)含物間電導(dǎo)率乘積
·內(nèi)含物間電導(dǎo)率差值
·內(nèi)含物間電導(dǎo)率規(guī)范化差值
·內(nèi)含物間電導(dǎo)率差分
·內(nèi)含物間電導(dǎo)率規(guī)范化差分
·內(nèi)含物間時(shí)間常數(shù)
·內(nèi)含物間頻率常數(shù)
·間-內(nèi)阻抗乘積
·間-內(nèi)阻抗差值
·間-內(nèi)阻抗規(guī)范化差值
·間-內(nèi)差分
·間-內(nèi)規(guī)范化差分
·間-內(nèi)電導(dǎo)率乘積
·間-內(nèi)電導(dǎo)率差值
·間-內(nèi)電導(dǎo)率規(guī)范化差值
·間-內(nèi)電導(dǎo)率差分
·間-內(nèi)電導(dǎo)率規(guī)范化差分
任一前述參數(shù)由散射梯度α修改。
10.如任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述頻率范圍在0與100MHz之間。
11.如任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述頻率范圍在0與100GHz之間。
12.一種用于分析電傳導(dǎo)對(duì)象的結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括
用于在頻率范圍內(nèi)獲得所述對(duì)象的電阻抗數(shù)據(jù)的裝置；
用于使用假定電模型的傳遞函數(shù)來(lái)分析所述獲得的電阻抗數(shù)據(jù)以確定所述對(duì)象的多個(gè)電阻抗性質(zhì)的裝置；
用于構(gòu)造性地組合所述確定的多個(gè)電阻抗性質(zhì)中的所選電阻抗性質(zhì)以提供所述對(duì)象的至少一個(gè)參數(shù)阻抗值的裝置；以及
用于對(duì)所述確定的參數(shù)阻抗值中的一個(gè)或者多個(gè)進(jìn)行成像的裝置。
13.一種用于分析電傳導(dǎo)對(duì)象的結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序提供用于處理器進(jìn)行以下操作的指令
使用假定電模型的傳遞函數(shù)來(lái)分析電阻抗數(shù)據(jù)以確定所述對(duì)象的多個(gè)電阻抗性質(zhì)；以及
構(gòu)造性地組合所述確定的多個(gè)電阻抗性質(zhì)中的所選電阻抗性質(zhì)以提供所述對(duì)象的至少一個(gè)參數(shù)阻抗值。
14.一種用于分析電傳導(dǎo)對(duì)象的結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括以下步驟
(i)在頻率范圍內(nèi)獲得所述對(duì)象的電阻抗數(shù)據(jù)；
(ii)分析所述獲得的電阻抗數(shù)據(jù)以確定所述對(duì)象的多個(gè)電阻抗性質(zhì)；
(iii)構(gòu)造性地組合所述多個(gè)電阻抗性質(zhì)中的所選電阻抗性質(zhì)以提供所述對(duì)象的參數(shù)阻抗值。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述方法還包括以下步驟
(iv)將所述參數(shù)阻抗值顯示為圖像的部分。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或者15所述的方法，其中步驟(iii)包括根據(jù)阻抗強(qiáng)調(diào)算法來(lái)構(gòu)造性地組合預(yù)定電阻抗性質(zhì)。
17.根據(jù)權(quán)利要求14至16中的任一權(quán)利要求所述的方法，其中步驟(i)包括在多個(gè)頻率處獲得所述對(duì)象的電阻抗數(shù)據(jù)。
18.根據(jù)權(quán)利要求14至17中的任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述方法用來(lái)分析具有細(xì)胞結(jié)構(gòu)的電傳導(dǎo)對(duì)象，并且步驟(ii)包括使用等效電阻抗電路對(duì)所述細(xì)胞結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述等效電阻抗電路包括與細(xì)胞內(nèi)電阻(Ri)串聯(lián)的細(xì)胞膜電容(C)，所述細(xì)胞膜電容(C)和細(xì)胞內(nèi)電阻(Ri)與細(xì)胞外電阻(Re)或者等效電路并聯(lián)。
20.根據(jù)權(quán)利要求14至19中的任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述電阻抗性質(zhì)選自于包括Ri(細(xì)胞內(nèi)電阻)、Re(細(xì)胞外電阻)、C(膜電容)、fr(松弛頻率)和α(松弛時(shí)間)的組。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中步驟(iii)包括通過(guò)相乘來(lái)組合fr(松弛頻率)和C(膜電容)以提供參數(shù)阻抗值。
22.一種用于分析電傳導(dǎo)對(duì)象的結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括以下步驟
(i)獲得所述對(duì)象的電阻抗數(shù)據(jù)；
(ii)使用假定電模型的傳遞函數(shù)來(lái)分析所述獲得的電阻抗數(shù)據(jù)以確定所述對(duì)象的多個(gè)電阻抗性質(zhì)；以及
(iii)對(duì)所述確定的電阻抗性質(zhì)中的一個(gè)或者多個(gè)進(jìn)行成像。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，還包括對(duì)電阻抗性質(zhì)的構(gòu)造性組合進(jìn)行成像的步驟。
24.一種用于分析電傳導(dǎo)對(duì)象的結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括
用于獲得所述對(duì)象的電阻抗數(shù)據(jù)的裝置；
用于使用假定電模型的傳遞函數(shù)來(lái)分析所述獲得的電阻抗數(shù)據(jù)以確定所述對(duì)象的多個(gè)電阻抗性質(zhì)的裝置；以及
用于對(duì)所述確定的電阻抗性質(zhì)中的一個(gè)或者多個(gè)進(jìn)行成像的裝置。
25.一種實(shí)質(zhì)上如說(shuō)明書參照附圖所述和/或如附圖中所示的用于分析電傳導(dǎo)對(duì)象的結(jié)構(gòu)的方法。
26.這里公開(kāi)的任何新穎主題內(nèi)容或者包括新穎主題內(nèi)容的任何組合，無(wú)論該新穎主題內(nèi)容或者組合是否在與任一前述權(quán)利要求相同的發(fā)明的范圍內(nèi)或者與該發(fā)明有關(guān)。
全文摘要
一種用于分析電傳導(dǎo)對(duì)象的結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括以下步驟(i)在頻率范圍內(nèi)獲得對(duì)象的電阻抗數(shù)據(jù)；(ii)使用假定電模型的傳遞函數(shù)來(lái)分析獲得的電阻抗數(shù)據(jù)以確定對(duì)象的多個(gè)電阻抗性質(zhì)；(iii)構(gòu)造性地組合確定的多個(gè)電阻抗性質(zhì)中的所選電阻抗性質(zhì)以提供對(duì)象的至少一個(gè)參數(shù)阻抗值；以及(iii)對(duì)一個(gè)或者多個(gè)確定的參數(shù)阻抗值進(jìn)行成像。
文檔編號(hào)A61B5/053GK101754717SQ200880025604
公開(kāi)日2010年6月23日 申請(qǐng)日期2008年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月7日
發(fā)明者王偉 申請(qǐng)人:德蒙特福特大學(xué)