用于分析电传导对象的结构的方法技术

一种用于分析电传导对象的结构的方法，该方法包括以下步骤：（ｉ）在频率范围内获得对象的电阻抗数据；（ｉｉ）使用假定电模型的传递函数来分析获得的电阻抗数据以确定对象的多个电阻抗性质；（ｉｉｉ）构造性地组合确定的多个电阻抗性质中的所选电阻抗性质以提供对象的至少一个参数阻抗值；以及（ｉｉｉ）对一个或者多个确定的参数阻抗值进行成像。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的实施例涉及一种。
技术介绍
电阻抗X线断层照相术(EIT)是一种特别地在用于检测下层形态的医学和其他应用中使用的已知成像技术。通常，多个电极附着到待成像的对象。在‘输入’电极的子集内施加输入电压并且在‘输出’电极测量输出电流，或者在‘输入’电极的子集之间施加输入电流并且在‘输出’电极或者在成对输出电极之间测量输出电压。例如，当在‘输入’电极的子集之间施加很小的交变电流时，测量在输出电极之间或者在成对‘输出’电极之间的电势差。然后在‘输入’电极的不同子集之间施加电流，并且测量在输出电极之间或者在成对‘输出’电极之间的电势差。然后可以使用适当图像重构技术来构造基于电阻抗变化的电阻抗图像。 然而，在不同形态的区域之间的电阻抗变化可能太小而不可辨认。 已经有一种对这一问题的解决方式是在宽频率范围内进行EIT。在一个频率具有不明显阻抗差异的不同形态可能在不同频率具有更明显差异。然而即使使用不同频率，在不同形态的部分之间的电阻抗变化仍然可能太小而不可辨认。 因此希望能够使用EIT来更好地区分不同形态。
技术实现思路
根据本专利技术的一个实施例，提供一种，该方法包括以下步骤 (i)获得对象的电阻抗数据； (ii)使用假定电模型的传递函数来分析获得的电阻抗数据以确定对象的多个电阻抗性质；以及 (iii)对一个或者多个确定的电阻抗性质进行成像。 可以根据测量的电阻抗数据来导出与测量的电阻抗数据有关的电阻抗性质，而这些电阻抗性质可以用来分析对象的结构。然而，个别电阻抗性质的变化量可能不足以支持准确分析。 根据本专利技术的一个实施例，提供一种，该方法包括以下步骤 (i)在频率范围内获得对象的电阻抗数据； (ii)使用假定电模型的传递函数来分析获得的电阻抗数据以确定对象的多个电阻抗性质； (iii)构造性地组合确定的多个电阻抗性质中的所选电阻抗性质以提供对象的至少一个参数阻抗值；以及 (iii)对确定的参数阻抗值中的一个或者多个进行成像。 根据本专利技术的一个实施例，提供一种，该方法包括以下步骤 (i)获得对象的电阻抗数据； (ii)分析获得的电阻抗数据以确定对象的多个电阻抗性质； (iii)构造性地组合所述多个电阻抗性质中的所选电阻抗性质以提供对象的参数阻抗值。 可以针对生物材料用0与100MHz之间的频率带宽而针对非生物传导材料用0与上至100GHz之间的频率带宽收集对象的电阻抗数据。 该方法还可以包括以下步骤 (iv)将参数阻抗值显示为来自感兴趣区域(RIO)的图像的部分。 步骤(iii)可以包括根据阻抗强调算法来组合预定电阻抗性质。 步骤(i)可以包括在依赖于对象(生物或者非生物材料)的多个频率来获得对象的电阻抗数据。对于生物材料，传递函数在频率范围0-100MHz内由Cole-Cole公式[Cole，1920；Cole，1924]给定。 该方法可以用来分析具有细胞结构或者细胞状结构的电传导对象，并且步骤(ii)可以包括使用等效电阻抗电路对结构进行建模，比如Cole-Cole模型[Cole，1920；Cole 1924]。 等效电阻抗电路可以在限制情况下包括细胞膜电容(C)、细胞内电阻(Ri)和细胞外电阻(Re)。 电阻抗性质可以选自于包括Ri(细胞/群内电阻)、Re(细胞/群外电阻)、C(细胞/群电容)、fr(细胞/群松弛频率)和α(细胞/群松弛因子)的组。 步骤(iii)可以包括通过相乘来组合fr(松弛频率)和C(细胞/群电容)，这可以提供参数阻抗值。 附图说明 为了更好地理解本专利技术，现在仅通过例子参照以下附图 图1是电阻抗X线断层照相术装置的示意图； 图2A和图2B示出了单或者多散射的作为频率函数的测量电阻抗的曲线图； 图3示出了具有“微观”细胞或者细胞状结构的对象的示例电阻抗电路模型；以及 图4示出了具有“微观”细胞或者细胞状结构的对象的通用电阻抗电路模型。 具体实施例方式 图1示意地图示了用于为负载12测量阻抗数据的电阻抗测量或者电阻抗X线断层照相术(EIT)装置10。负载12包括多个电极附着到的电传导对象。术语‘电传导’意味着对象能够传导电流，但是它未必需要很好地传导电流。装置10还包括信号源14、信号检测器16和计算机18。在一个实施例中，信号源提供作为输入信号的电流，而信号检测器检测作为输出信号的电压。在另一实施例中，信号源提供作为输入信号的电压，而信号检测器检测作为输出信号的电流。 计算机通常至少包括处理器和存储器。存储器存储在加载到处理器中时控制计算机的计算机程序。 使用源14经由电极向对象施加输入信号，并且使用检测器16来测量存在于相同或者其他电极的所得输出信号。为输入信号的不同频率重复该过程。例如，信号源14可以在0Hz(直流)与100MHz之间的多个频率施加电信号，以实现为对象获得依赖于频率的电阻抗数据。 对用于阻抗测量的电极的分离确定对象的分析分辨率或者标度。可以在预期的感兴趣标度(例如微米或者毫米范围)获得电阻抗测量。作为感兴趣标度的例子，对于生物对象，可以对单个细胞或者群细胞水平或者对组织或者组织结构水平(比如胸组织中的小叶或者管道)感兴趣。随后将使用假定电模型的传递函数来分析所获得的电阻抗数据以确定对象的多个电阻抗性质。所用电模型可以依赖于阻抗测量的分辨率/标度。 参照图2A和图2B，可以将使用上述方法获得的电阻抗数据描绘为频率函数。该绘图22对于对象而言代表了阻抗改变比对频率或者传递函数。计算机18可操作用以执行适当算法以分析所获得的阻抗传递函数或者依赖于频率的阻抗性质并且由此确定对象的多个电阻抗性质。电阻抗性质通常包括以下性质中的一个或者多个 a)在ω-＞0这一限制(下限)的阻抗 b)在ω-＞∞这一限制(上限)的阻抗 c)(i)在阻抗有改变时的松弛频率 (ii)在该改变频率的阻抗 (iii)特别地在松弛频率的阻抗改变梯度 例如，如果在所用频率范围内有生物材料的包括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)，则标识散射频率ω1，ω2，...ωN-1，ωN，并且特别散射m的电阻抗性质将通常包括以下性质中的一个或者多个 a)对于m＝1，在ω-＞0这一下限(全局限制)的阻抗 对于m＞1，在ω-＞ωm-a这一下限(局部限制)的阻抗，其中a＜(ωm-ωm-1)并且可以有可能为1/2(ωm-ωm-1) b)对于m＝N，在ω-＞∞这一上限(全局限制)的阻抗 对于m＜N，在ω-＞ωm+b这一上限(局部限制)的阻抗，其中b＜(ωm+1-ωm)并且可以有可能为b～1/2(ωm+1-ωm) c)(i)在阻抗有改变时的松弛频率ωm(frm) (ii)在该改变频率的阻抗 (iii)改变的梯度 这些阻抗性质中的一个或者多个的变化量可以用来分析由于与细胞内/外或者细胞状内/外有关的改变所致的对象结构。 在一些实施例中，使用等效电阻抗电路对分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于分析电传导对象的结构的方法，所述方法包括以下步骤：（ｉ）在频率范围内获得所述对象的电阻抗数据；（ｉｉ）使用假定电模型的传递函数来分析所述获得的电阻抗数据以确定所述对象的多个电阻抗性质；（ｉｉｉ）构造性地组合所述确定的多个电阻抗性质中的所选电阻抗性质以提供所述对象的至少一个参数阻抗值；以及（ｉｉｉ）对所述确定的参数阻抗值中的一个或者多个进行成像。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】GB 2007-6-7 0710949.91.一种用于分析电传导对象的结构的方法，所述方法包括以下步骤(i)在频率范围内获得所述对象的电阻抗数据；(ii)使用假定电模型的传递函数来分析所述获得的电阻抗数据以确定所述对象的多个电阻抗性质；(iii)构造性地组合所述确定的多个电阻抗性质中的所选电阻抗性质以提供所述对象的至少一个参数阻抗值；以及(iii)对所述确定的参数阻抗值中的一个或者多个进行成像。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述电模型假定与第三阻抗并联连接的第一和第二串联连接的阻抗。3.根据权利要求1或者2所述的方法，其中所述电模型假定电容器和串联连接的电阻器，所述电容器和串联连接的电阻器与另一电阻器并联连接。4.根据权利要求1、2或者3所述的方法，其中所述电模型是分形模型并且在任何分辨率可用。5.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述电阻抗性质选自于包括以下内容的组在频率下限的阻抗，在频率上限的阻抗，在阻抗有改变时的松弛频率fr，在该松弛频率的阻抗，以及在该松弛频率的阻抗梯度。6.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述电模型假定电容和串联连接的电阻，所述电容和串联连接的电阻与并联电阻并联连接以形成具有松弛频率的模型电路，其中用于成像的所述参数阻抗值是所述电容、所述松弛频率、所述串联电阻和所述并联电阻中的两个或者更多的组合。7.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述电模型假定‘膜’电容和串联连接的细胞内电阻，所述‘膜’电容和串联连接的细胞内电阻与细胞外电阻并联连接，其中用于成像的所述参数阻抗值包括以下参数阻抗值之一·膜阻抗·膜电导率·细胞内阻抗乘积·细胞内阻抗差值·细胞内阻抗规范化差值·细胞内阻抗差分·细胞内阻抗规范化差分·细胞内电导率乘积·细胞内电导率差值·细胞内电导率规范化差值·细胞内电导率差分·细胞内电导率规范化差分·细胞内时间常数·细胞内频率常数·细胞外阻抗乘积·细胞外阻抗差值·细胞外阻抗规范化差值·细胞外阻抗差分·细胞外阻抗规范化差分·细胞外电导率乘积·细胞外电导率差值·细胞外电导率规范化差值·细胞外电导率差分·细胞外电导率规范化差分·细胞外时间常数·细胞外频率常数·外-内阻抗乘积·外-内阻抗差值·外-内阻抗规范化差值·外-内差分·外-内规范化差分·外-内电导率乘积·外-内电导率差值·外-内电导率规范化差值·外-内电导率差分·外-内电导率规范化差分任一前述参数由散射梯度α修改。8.根据权利要求1至5中的任一权利要求所述的方法，其中所述电模型假定第一阻抗和串联连接的第二阻抗，所述第一阻抗和串联连接的第二阻抗与第三阻抗并联连接以形成具有松弛频率的模型电路，其中用于成像的所述参数阻抗值是所述第一阻抗、所述松弛频率、所述第二阻抗和所述第三阻抗中的两个或者多个的组合。9.根据权利要求1至5和8中的任一权利要求所述的方法，其中所述电模型假定内含物边界阻抗和串联连接的内含物内阻抗，所述内含物边界阻抗和串联连接的内含物内阻抗与内含物间阻抗并联连接，其中用于成像的所述参数阻抗值包括以下参数阻抗值之一·内含物边界阻抗·内含物边界电导率·内含物内阻抗乘积·内含物内阻抗差值·内含物内阻抗规范化差值·内含物内阻抗差分·内含物内阻抗规范化差分·内含物内电导率乘积·内含物内电导率差值·内含物内电导率规范化差值·内含物内电导率差分·内含物内电导率规范化差分·内含物内时间常数·内含物内频率常数·内含物间阻抗乘积·内含物间阻抗差值·内含物间阻抗规范化差值·内含物间阻抗差分·内含物间阻抗规范化差分·内含物间电导率乘积·内含物间电导率差值·内含物间电导率规范化差值·内含物间电导率差分·内含...

【专利技术属性】
技术研发人员：王伟，
申请(专利权)人：德蒙特福特大学，
类型：发明
国别省市：GB[英国]