电阻抗装置和方法

专利名称：电阻抗装置和方法
电Wi^置和方法
駄领域
本发明涉及电阻抗(EI)筛査，例如用于 筛査。 背景駄
L^ x线照相术是目前用于检测孚Ll7總的标准成像形式。在输送辐射剂量穿过享碟的 同时，？L^x线照相禾骄通常对于很多女性是不舒服和/或疼痛的。为了获得誠的x射线 图像，其过禾誕常包括将学L^紧贴據肚。同样，孚頃x线照相设备的相对高的经济成 本也使M很多发展中国家不能MT^^用。此外，暴tt x射线电离辐射中可最對员伤 孚浪组织，特别^M31累积5M。另外孚涼x线照相术具有相对高的误诊和错误检测的百 分比，这可以导 检出肿瘤或不必要的游且织检査、夕卜禾样术、化疗和/^J文疗。
棘，电阻抗x线体层照相术(EIT)在无创检测孚L^病S^状包括 LJ7镳方面得到了 发展。EIT程序翻于所用年龄，病人使用舒适，并且樹共解剖学和生理学两种信息。EIT 设备的资金SA^低于X射线设备，使M很多国家可得至伎持和接受。EIT禾骄对于病 人和临床医生不具有任何安全性危险，并且其结果在检测癌症的早期症状、早期的小肿瘤 以及癌症鹏状方面具有确定性。
通常，EIT之后的技术包括方燈于目标部位的电极阵列，和一^离其腿的单个电 极，该单个电极一般放置于病人的手腕。阵列中的电t跌用预设的电频率顺序驱动，同时 湖糧由此弓胞的涼过齡电极的电流。这样可以得到目标区域的电导率等高线图。
从EIT系统得至啲结果图《M如肺等器官表现为相对低电导率区域，而对较硬组纟尸凍 现为较高电导率区域。EIT系统对癌变组织与正常组织相比较在电导率上表现出差异，从 而在由从电极阵歹艘收到的信号所得到的电导率图中衝共一对比度。这样，癌症症状可以 从电导率图中测定。这种方纟规于 L^中与周围正常组织'M差异显著的恶粗中瘤具有特 别的效果。
早期EIT系统的缺点在于图像的低^^率，部分由于分辨率随WV病人体内深度的 增加而显著陶氐，以及图像只能从相邻的电极测量之间的电导率差值得到。因此，为了重 建目标区域的3-D图像，战2维(2-D) EIT电极阵列近彩5常得到补充，g卩将重建软件
4应用到2-D阵列M获取结果。这包括一种重建算法，其主要的得到,的形式是目标区
鹏病人体内不同深度上平行于电极阵歹啲多重剖面图。虽然已经知itifcbf骄在某些情况
下可以提供增强的图像分辨率，但还需要进一步，图像分辨率和/，症早期症状或实体
肿瘤检测，这些由于EIT系统使用的电频率而在图像中不容易被^f,出来。
一个已知的3-D EIT系统公开在英国物理学会出版发行的刊物Physiological measurements 22(2001) 9218，讨论了一个系统结合一个放置于待测组织上的电极阵列， 两个附加电t跑离电极阵列放置， 一个交流(AC)电流源， 一种用于领懂电势差的装置， 以及用于重建显现电导率分布为一组断层分析图像的计算装置。此期刊文章讨论了采用所 公开的系统获得的正常的和癌变的孚浪的电阻抗图像的比较分析。系鄉用频率10kHz的 0.2mA电流驱动。对一给定输入电极， 一铺出多路飾器顺序舰阵列中的所有其他电 极，同时电势差检测测量。输入电极转换，并且输出多路飾器序列重复。此文章讨论了 每一次转换单引线从而降低由多路复用器中的串扰产生的杂散耦合(spurious couplings)，同时可以简^^S并斷氐财。戶脱的电流&\和电压测量电路与相同发明 人(Cher印enin等人1995， Korjenevsky等人1997)的用于静态成像的电阻抗X线体层 照相中的电流注A^电压观糧电路类似，65280个电压测量(256电极X255序列)的四个 测量周期l細来再^ilil重建软件获得图像，只利用了单一的测fi^页率。
已经认识到，图像质ft^f,率和/或癌症劍中瘤早期症状的精确检测，，症或实体 肿瘤早期症状不存在的更确定的测定，可以在J^系统以外达到。
出于J^原因，本发明的一种形式的一个目的就在于ltf共具有增大的图像分辨率的改
进的电P鹏x线体层照相术，或m^角定地检测癌症早期症状或没有癌症存在的增进的可能性。
在电阻抗X线体层照相术使得主体生物组织的电学性质(阻抗或导纳的实部和/自 部，阻抗的纟舰值，阻抗或导纳的相位，电容或电导率，或阻抗或导纳组份的一些函数) 的特定分布育,显现的同时，电导率的局部变化使得可以检出肿瘤、炎症和/繊中等。然 而，为了获得贴切的 ，相当大部分的，如果不是全部，用于应用电流和测量获取信号 的电极必须可靠撤虫主体目标区域的表面。目前用于成像和诊断的电阻抗X线体层照相术 j顿贴附于硬表面的平面电极阵列。必须用足够的力4躬更表面上的电极阵列应用到目标区 域，例如孚L^，以紧贴目标区域，从而^^够的电极接触。尽管这可能《柱〈桐瞎不舒服 或疼痛，但駐体的大的、柔软的区域例如大的孚涼可以达到比舰的撤虫。然而，如果 目标区域是小的、低柔韧性曲线，例如小的享L^，例如典型的东南亚或年纪较小的女性， 或者隆胸的女性，获得可靠的测量或者任何重要测量对于技术人员来说z变得困难，同时主体也很不舒月蜮疼痛。此外，获得的任何M可由于大量的不良或非接触电极而缺乏有效 性。
以前的实验结构中有将电极定位在机动支架上。然后顺应目标区域例如孚浪的微调
节。然而，这种方式不适用于其中256个测量电极需要最优放置以与学碟撤虫的3-D测量 系统中(IEEE transactions on medical imaging, Col. 21， No. 6， 2002年6月，PP 638-245)。
一个已知装置在美国专利号为6308097中描述。It^fi使用多频率测量获取人体内部 电学f顿的空间分布信息。驢l顿一个电极阵列实现了体表的电导率2-D绘图。M每 个电极的电流IIS接限定了相应图像像素的亮度。此电流取决于电流路纟ii:人体的全电阻。 駄人体的深度^ff率不可能实现，因为灵tt随深度fflil降低。^f顿此系统，只有2D成 像有可能，并且图像质量由电流流动物理'顿严格地限制。收穀啲聽集少，因lt爐一 步的 处理不能实施。i顿lt燥置， 一个电压源同时与所有电极相连，M齡电极的 电流術则量。因此同一个电极既用于施加电压又用于观糧电流，这使得系m于舰电极 接触情况非常敏感。潮湿、iSM喊、痣等可以十分明显地改变结果图像。此外，由雌 置收集的im集包括N个值，其中N是电极数。通过简剩各数据2D绘图在PC屏幕上，信 息的缺少限制了可能的 处理。
出于，原因，需要进一步&a病人扫描规程与技术。
例如，方法学的掛共，从而舰扫描技將B改进的判定，和/或电阻抗X线体层照相术， 其掛共,的成像和/^^Z目标区域的皿。
发明鹏
考虑到上悉内容，本发明的一个方面掛共一种主体的身体区域电阻抗筛査的方法，包 括以下步骤，定j娃少一个多元l糊头至lj身体区域的至少一个相应表面上； 应用至少在两种不同频率下的电流到多元《顿头的元件上； 检测元件上由不同频率得到的信号；和 基于检测信号生赔少—幅阻抗图。
多频率电ffi^像为了鹏图像M测定，有利地使得图像结果增强。 电流可以先在第一频率下应用至哆元^糊头的元件上，随后转换到第二频率下应用到 多元#^头的元件上。因此，取决于第一频率的电阻抗图的数据可被测定并且用于查找在 此频率下的不正常组织区域，然后与第二频率相关的阻抗图数据比较。这样，可以识别出 表现不同的电信号频率相关性或不相关性的不同类型的组织。例如，良'M中和恶鹏中瘤在给定频率下可表现出不同的特性，并且因此可以由阻抗图M的比较分别将它们识别出 来。
M，在第一频率下进行测量，然后将所施加的信号切换到另一频率，tt^iM软
件禾聘界面，以在第二频率下实施后续测量。预计10kHz和50kHz的频率可为优选；然而， 1kHz和1MHz之间足以区分的任意的多个频率均可预计，尽管由于身体软组织电阻抗的6 分布(beta-dispersion)优选10kHz到100kHz的范围。
按照本发明 形式，多频率可同时应用至眵元《顿头的元件上。
因此，可以先应用多频率中的第一个，然后再应用其他的(顺序发生的频率)，或者 同时应用(同时发生的频率)。
尽管最少的两个频率劍共改进的结果，但是本发明不应被认为局限于只有两个频率。 例如，招可个数的多频率可以被应用，两个不同频率是最少的，更多数量的频率(只要它 们在频谱内充分分离)可以被应用。4顿多于两个的多频率可樹共增强的^f,率，并且因 此掛共增强的察觉至啲卩鹏图结果和诊断。
本发明的另一个方面Jlf共对主体的一个区域电阻抗成像的仪器，包括多元{ 头， 包括多个传感元件并适于安装于区域的第—则；第二探头，包括至少一^g离第一多元件 探头安装于主体的元件；电信号驢，用于将至少两个不同频率下的电繊加到多元4糊 头的元件上；以及用于从在不同电频率下施加的电流得到的 得到电阻抗图像图的體。
多元jffi头可包括256个电极。
本发明的一个可选形式为电阻抗X线体层照相术樹共多元f糊头装置，包括柔性材 料和多个排列在材料表面的电极。
这样， 一个令人舒适的多元f條头的电极阵列被衛共出来，其可以使阵列的^US^
主体目标区域的给定 myi!允许撤虫更多数量的电极，即一个令人舒适的阵列。增大的
与目标区域表面具有良好撤虫的电极数目，可以提供较高质量的重建图像(阻抗图像图)，
从而樹共获得w的诊断价值。
tti^地，柔性材料，携带电极的防水的或ifoK的膜，从而防止或至少减小测量过程
中润湿剂的渗透。例如，膜可包括或由涂微的或聚合的织物或塑料薄膜制造。
柔性材料可由基础材料支撑，如纤维或多孑L材料，其可以使得电极挤压向目标区:^ 面，同时允i樣性材料顺魅体目标区域的靴。
至少部分电极可穿，性材料和/或一些电极可布置，性材料的夕卜表面。同样地，覆
，，如防水的/^7乂的膜可包m孔，至少电极中的一个穿过通孔。
可以预计电极阵列可覆盖在一种导电材料下，此材料优选的具有与目标区^面电导斜目匹配的电导率，如匹配生物组织例如舰的电导率。这样，电极可贴附于覆盖材料例 如膜的内表面，从而保機歡卜表面的清洁和无损。
多频率电阻抗技术的一个觀优点在 脂X线照相术中特别有用，益处多于已知的单
一频率技术，其不仅可诊断孚L腺病，还可以帮助在相应年^ta的月经周期的任何阶段电导
率均值指数不存在差异的条件下精确测定囊肿形式。根据形态学，伴随发育异常的增生和 异型的发生率高于具有劇中形式的，这样可确诊高危群体，从而进行特殊医疗护理以防止 ,发展。
本发明的一种或多种形式实现在准静态近似下解Maxwell方程的附胃的逆问题。此方 法在3D分布的重建和图像质量上没有理论限制，但题当需要充足的计算和观糧的精确 性。电极的数目、测量的精确性、重建算法的复杂性题常柳蹄晒素。收集的M餅 于给定的电极阵列的几何体是足够的。实施例肯辦从人体内部重建3D静态电导率。 一个大 的 集可被收集然后重建为平行的断层图像平面。本发明可以当电压读数没有在注入电 流的电&h执行时，实现四电极测量。这样的测亂乎不随劍**面上的激虫情况而变化。 本发明各实施例中利用的软件可Jli共非常决的不具有深度上^P率的"预"成像，主要用 于纟雜U接触不正常的电极图。
本发明的一个或多个实施例可获得1含N (N-1)个值的收集数据集。对^^产生电流 的 iA电极，测量可在乘除N-l个电feJJl,进行。此周期可重复N遍，例如，由此齡 电极均用作^A电极。结果M集可包含可能的最大信息，并JiAlt匕可作用于3D逆问题的 解。 一个决速并且加强的反投影算法可用于重建穿过学頃组织的一些断层图像平面。来自 同一繊集的3D断层图像重建可 细节图像，示出与正常组织相比较存在或者不存在问 题组织。
本发明的另一个方面^f共一种筛查病人的方法，包括以下步骤
a) 获得病人的电阻抗(EI)测量 ;
b) 对测Mig应用一种算法，从而产生图像 ;
c) 荆古图像繊，从而做出问離且织存在或者不存在的第一次测定。
mt也，测1 可作为来自穿遗且织的多个 平面的深度 值获得。例如，测 量值可作为穿过病人组织例如 L^组织的多(水平)平面或"片层"中的深度 值得到。
初^m古可樹共第一次意见，湖啶问雕且织是否清楚的出现。如果什么都没有检测到， 夷，么病人可在未来一个时期例如12个月之后i啊古。如果检观接鹏定的异常，)l艘求病AiS 行进一步的、更加详细的筛査。因此樹共了一个^/否筛査规程。这种初女煞啊古可以由低资 格的例如偏远地区或贫困地区的人来操作，那里进行细节和昂贵的评估很困难，没有成本效率或者无^f顿。在小的异常被初始检测到的情况下，4艘求病Ai^彌一步的刑古， 或者要求在给定时期如6个月后进行进一步的初$煞平估。图像数据和/或测lM可远程存 储和/或(进一步)远程i糊。
方法可优选地包括测定恶性在扫描组织中出现的概率P。可包括利用方程 尸-l/(l + exp(-fl)，其中，/tt^itt
a = 6。 + 6,;c+ 62x2 + 63x3 + 64x4 + 65x5
A为病人年龄，
x2为原始测量值的均值，
A为原始测量值的中值，
&为图像M的均值， A为图像M的标准偏差，
这里给出了一个在o和i之间的值，o指示不存在恶性而if际存在恶性。因此，o值 可导致病人不需要建i爐一iH平估，l需要病人被再iff古。落入0禾B l之间的值可用于测 定病人是否 (clear)，是否需要进一與啊古皿回在给定短期框架内进行另一个扫描。
本发明的另一个方面提供一种利用电阻抗筛查病人是否存在异常组织的方法，包括以 下步骤
a) 连接电极阵列到病人，电极中的一个作为接收器，并且多个剩余电极中的每一个作 为鄉器；
b) ffi31旨ait器电极向病人传入一个电流信号；
c) 在接收器电极接il^M电流信号；
d) 转换一个鄉器电极为接收器电极，并转鹏收器电极为一个鄉器电极；
e) 对于旨mf器和接收器电极重复步骤b)到d);
f) 由多个接收到的信号生成图像数据；
g) 禾佣图像娜iff古不正常组织存在或者不存在。
术语"转换"指的是操作性地(电学上地)变换相关电极。图像数据可用于从其中构 建多幅深度层图像。示出组织各层的多幅深度"图"为下面的组织,增强的可见性，并 允许相邻层之间的比^/人而帮助更精确的荆古是否有不正常组织存在。
初^Wf古给出阳性-阴性评估，如果是阳性或甚至评估为临界，贝勝二次，一步的评 估可用于获得更确定的领啶结果，此测定结果是关于任何不正常组织存4/不存在和tt3fe的 范围和毒性。
4皿地，方法可包括由测量tt生成多个深度图像层，^图像层是深入人体的遊卖200810188746 深度图像。这样使得病人的多个EI图像，例如片层，可以依据彼此iff古，例如，肿瘤是否 出现在3D中，如果是这样的话，另卩么肿瘤扩駄病人的范围，糊中瘤的类型可以由3D形 状可见性测定。
本发明的另一个方面劍共一种为病人电阻抗筛查的装置，包括输出具有不同频率的多
个电信号给病人的装置；至少一^^入端，从病人接收由输入电信号产生的电阻抗信号; 和处理装置，由接收到的电阻抗信号生成图象数据。
装置可移齢 接于一个元件阵列，其中^元件布置为传导至少一个电信号至病人。 处理装置可包括基于接收到的信号生成病人的多层(片层)图像 的装置。


图i示出根据本发明一个实施例的一个遵照的电极阵列装置的W!面。 图2示出应用至iJ孚L^上的本发明的一个实施例。
图3示出本发明的一个可选实施例，具有外部导电膜和内部电极。 图4是根据本发明一个实施例的iff古方案的流程图。
具鹏施例
本发明中的驢和相关4柳方法的至少一个实施例将在下文中进行描述。然而，这不 意瞎限帝拨明的一般性，并且本说明书中所舰的任怖见有技术，不论是本部分的还是
其他部分的，均不意^^承iAiit技^其他现有技术属于公知常识。
本发明的至少一个实施例的装置和方法对每次学L^扫描禾佣了 256电极阵列。电极中 的一个舰多路飾器(转换)连接到伏^i十(接收器)的输入端。乘除的255个电牛腿 过另一个多路复用器依次分别连接到一个电流源。接收 预选定的电极为每一个對寸电 极观糧电压(255次测量)。接收器连接至阵歹啲下一个电极，并且再 爐ftil^l程。 因此，具有256种接收器连接的^M，并且每种这样的连接具有255种魏器连接的变型。 在一个M釆ftil程中总共将获取256*255=65280个^^虫的M值。这是使用给出的256 电极阵列所能收穀啲最大可能繊集。
此大量的M集使得3D逆问鹏于预定的电势方程得以解决，并且由此以无创的方式 重建病人身体内部电导率3D分布。这种成像除了本发明的装置和方法外，均不可能实现， 原因在于缺少测SM并且没有M处理的重建平台。
利用本发明一个或多个实施例，可以获得基本上旨乳房的图象深度 。由获得的 ,鋭行3D重建的最大深度被由电场几何结构决定的电极阵列半，舒;f限制。因此，为了
10获得合理的成像深度，阵歹啲尺寸可优化以鹏孚L^尺寸。艮P， 256电极阵列覆盖基本上
齡孚臓面。
本发明的实施例利用滤波(filtered)、加权(weighted)、沿电场等势面反投影 (back-projection)解逆问题，艮卩，由从其表面进行的电测量的结果计算成像的介质的空 间分布。
因此，本发明的实施例可以在阵列(空间绘图)SM的区域内实现任何空间点(体素) 的电导率或阻抗值的重建，例如，由置于阵列后的孚涼形成的"半球"，此乳房的半径与 电极阵列4^劲目同。为了将此3D信息呈现在显示器上，如计^l服幕，本发明可^f共呈现 孚頃组织内部不同深度层(深度 )的纖面2D图像系列離。这些层可以以几就为 间隔，例如，5-10mm间隔已被发现是有效的， 的为7咖左右间隔。病人的表面^^和 紧挨表面以下的区i超现出最大的电阻抗，因此显著地影响测量结果，而不倉树孕L^本身 组织的情况JIMif可有用信I。现有技术中的装置和方纟纖少深度翻导致鹏M在获 得的图象数据中显现，并且出现图像缺陷和伪像，而不是下面的学碟组织。本发明可以通 过随乳房组织深度增加所获得的图象 的多个横截面或"片层"的形式，利用孚L^组织 feM的真实3D分布。
已发现电阻抗(Z)或电导率(阻抗的倒数，S卩，1/Z)与被成像的组织的生理状态相 关联。例如，已经发现，癌变组织可示出2-20倍于同种正常组织的电导率。因此，获得体 内电导率分布 掛共了一个有利的并且有效的(并且重要的是无创的)方法诊断各种疾 病。
利用本发明，可以在被成像组织内实现任何选定空间点(体素)的电导率或阻抗相关 值的重建，例如，在半径与电极阵列半径基本相同的孚L^半球内。为了将此3D信息呈现在 显示器上，已经发现，4顿从不同组织深度获得的一组麟面2D图像是有利的。因此可以 不仅在7K平面而且在深度上估计任何不正常组织(肿瘤，劐中等)的范围。不同纖面的 图像比较使倉嫩4鄉像和ltiMM真实目标中^f,出来。
已经认识到，开业医生以及其它人，特别是低水平人员或者偏超也区或者"战场"的 操作人员，执行筛查检查需要一个筛查工具，至少肖^^乍出初女煞fi古，将需要进一步注意 的图像结果和那，于正常组织的图像数据结果相分离。
一种或多种形式的本发明可劍共一种算法，此算激吏倉,由给出的观糧结果集估计疾 病或"非正常"组织出现的概率。算法可与训练M结合利用，和/或结果可以ffiil与可选 检查相比较St行确认。
一组统计学参数由测量结果和重建图像翻计算得到。这對割顿一组系数线性结合，这些系数预先M31使用训练数据和/或最小平;^法获得。获得的线性结合用于logistic 公式，使得所有M^于o-i (即，概率)区间内。
获得的图像和图像M可用于由此信息测定具体值，例如感兴趣区域内的平均电导率、 焦域的峰值电导率，等。
由获得的图象M得到的结果允许获得(？涼)组织的至少一个初^i平估，例如好一
不好(0K-not 0K)，或者麟一不健康(clear~not clear)，涉舰一與糊。
结果可以形成为书面形式，包括图像，如果必要的话，和对进一步评估的建议，如果 有的话。
本发明的3D成像,嘴置使用户育,根据增强的深度数据图像即多个横截面处的 外观将伪像与真实的目标区分开。另一个过滤伪像的工具是在图上寻找不良的电接触。任 何在不良的电接触Pf逝可见的目标均可认定为可能的伪像，并且测量可重复。
本发明的一种或多种形式涉及使用多频率电阻抗X线体层照相术诊断内分泌障碍的乳 房疾病。
已经认识到，每年多于约34， 000个新的乳腺癌病例在俄罗斯對己，^f半随着病人年龄 的统计值日趋年轻。25%的三十岁以下女性和60%四十岁以上的女性被诊断为内分泌障碍的 孚L^ ( L腺病)病例。虽然 L腺病不被认定为一种确定性的癌症前兆，但 L腺癌在患有弥 散性内分泌障碍非肿瘤性清况的患者中发生率为3-5倍，而在患有由学U泉上皮细胞增生而 劉七的瘤^式的孚U泉病患者中发生率为30-40倍。此证据提高了对非恶性生长的普遍关 注度，开启了M乳腺病的有效治疗陶氏乳腺癌发生率的邀各。现有的孚U泉病诊断方法存 在兼具客观和主观'顿的翻性限制。对166名女性(92名没有学涼病状，74名有乳&彌) 进fi^检査采用了四种方法多频率电卩鹏X线体层照相，超声检査，孚L^X线照相术 和随后的穿刺活检。获得 的分析是基于电阻抗图像的视觉估计，多频,査下享L^电 导率分布的指数和直方图的估计，根据Student标准(criterion)比较了不同组的测量， 并且与超声和X射线M进行比较。本文公开了〗顿多频率电阻抗X线体层照相术诊断各 种形式的乳腺病的标准。
I. 引言
出于±3^原因，本发明的一种或多种形式提供多频率电阻抗X线体层照相术诊断疾病， 例如内分泌障碍的孚L^疾病和乳月7彌。
II. 主体
下面展示了对166名女性(第一组中92名没有学L^病状，第二组中74名有享LI泉病) 进fi^检査的主要结果K^数据。每组中按照享浪组织年龄变化等级分为小组35岁以下~"^有孚頃组织的一般稳定状况； 35-40岁^^有腺体结构的逐渐丧失；
41-45岁——^有显著的导管圆1iJl皮(duct cylindrical印ithelium)增厚，基膜 (basal membrane)增厚和结缔组织纤维性改变；
46-50岁~~^有被纤维组织围绕的输乳管扩张和偶发的劐衬广大； 50岁以上^ 乳管和小血管的缓漫闭合，伴随着脂肪组织形成。
m.方法
应用下面的诊断方法
学L房组织的超声检査在其月经周期的第5-9天应用至U所有病人；使用的仪器是超声 Combison530 ，具有电子线性7. 5MHz探头；
35岁以上的女性在其月经周期的第5-9 ，行享L^ X线照相;{顿，Mammodiagnost DC X射线仪器和在Kodak min-R盒中的ACF A m細oray HDR胶巻；
i纖主W^进行多频率电阻抗X线体层照相；使用的仪器是一个256电极电阻抗X线 体层照相仪，由俄罗斯科学院无线电工程与电子学会(Institute of Radio-Engineering and Electronics of the Russian Academy of Science)研发；{￡^的频率为10kHz到 50kHz;选择的时间是月经周期的第3-10和第17-28天；
在超声和X射线检查之后，穿刺活检^Sil标凝骄用穿刺针实现。
对所有检査结mM31可选择的各种方法进行统计学处理，以获得均值和标准差。为核 X寸翻可靠性，激门采取Student标准(criterion)和相应的表格。此外，所谓的"最小 二乘法"(LSM或Gauss法)M3lMATLAB 7.0应用软fH顿。
IV.结果
乳腺中的所有内分泌障碍性增生过程均被称为术语"乳腺病"。乳腺病定义为纤维性 的 月中的疾病，具有增生性的或退化性的很宽范围的孚浪改变，伴随着混合为各种结合 的上皮细胞(印itelic)和连接组份的不正常率。
为了找出多频率电阻抗X线体层照相术在内分泌障碍的孚L^疾病的诊断中的潜力，鉴 定M声检查和学涼X线照相(35岁以上的女性)的普通禾辨后进行。
具有超声结果数据的92名女性构成第一临床组[2]:
涼的超声类型和她们的年龄一致(青少年的，對鼓月的，绝经前期的)；
超声蹄与她们的生理时期相对应(月经周期的第一鄉二阶段)；
学涼组织的明显差别；
月7鄉胞组织(parenchyma)厚度不超过14mm;不存在病灶总症状(focal symptomatology)、导管扩张、管壁纤维化；
不存在淋巴流出物部位区域的变化。
第二临床组包括74名女性，揭示下，声信息[2]:
孚涼组织的超声类型和她们的年龄不一致；
在各种弥漫性乳腺病中腺组织sM厚度大于14mra;
管壁纤维性变化；
腺组织指数的回波密度变^X寸于病人年龄并不是典型的； 导管扩张，壁增厚，内腔增大， 管路不规则，沿主管扩张； 出现多个劉中。
组2中的学L腺病女性根据孚LI;彌类型进一步分为2小组 第一类乳腺病小组~"S有劐中组份(41个病人)； 第二类乳月7彌小组^有一个微，中(33个病人)。
35岁以上女性接受X线检查以确认诊断。乳腺病病人接受抗癌和抗异型穿刺细针活检。 多频率电阻抗X线体层照相的分析开始于电导率指数的考虑，在常规单元中给出。 身体纵向或横向位置和左或右学涼的电导率指数在统计上没WW效差异。来自第二扫 描级的平均指数被使用。获得的结果在表1和2中示出。 结果分析记录如下
电导對旨数随病人的年龄成比例增长，而与她们的分组和月经阶段无关；
根据获得的统计量，已经认识到，在50kHz和10kHz频率下，两种类型的乳腺病可使 有月经的年龄组的女性(一直到50岁)在月经周期的两个阶段电导率低于正常值(在所有 病例中p〈0.05)。
对于纟傻圣后女性(年龄51-55岁)，孚L腺病不影响电导率或仅仅略M过正常值(差 异是统计上不充分的pX).05)。
在第二类乳腺病小组中，50kHz频率下，所有在月经阶段和绝经后的电导率均高于第 一类乳腺病；
在正常和第二类乳腺病中，謝门可以看出，10kHz频率下，不论在月经周期阶段还是 绝经后，电导軸相应的年S^且中存在明显的、统计学上有效的降低(在所有病例中p< 0.05)。
在第一类 L腺病小组中，电导率指数在所有频率和所有组中都是相同的。 比较电阻抗图像结果如下(图l):图像糊N正常结构是由与孚L^组织成比例的变化导致的，这导致电阻抗类型(青少年 的，生殖期的，绝经后的)与年龄的不一致；
低阻抗(hypo-impendance)区域的增加源于脂肪组织的纤维性变化，纤维化管壁和 Kuper韧带；
出现在第二类乳月7彌孚浪X线照片中的具有清晰轮廓的高P鹏包涵物相应于孚L^,中 或导管的明显扩张。
学頃结构的断层图象的变化，MM声检査的结果确认。 V.结论
由研究得出下述结论
乳房组织电导 决于女性的年龄，而与腺体组织的结构变化存在或者不存在无关。
为了避免伴随电导率与年龄相关产生的异常或反常，采用"最小二乘法"(LSM或Gauss 法)处理。寻求此相关的参iW导至鹏!)定。所有临床组在50kHz下的回归线用同一个三阶多 项式魏
(f (x) =pl. x3+p2. x2+p3. x+p4),
并皿多项式的系数(pl， p2, p3， p4)由线性方程组系统求得。 正常
50kHz (pl=0.0025， p2二-0.01893， p3=0. 06857, p4=0. 38); 10kHz (pl二0.005， p2=—0.04357， p3=0.1414, p4=0. 272)。 乳月;彌1类
50kHz (pl=0. 009167, p2=—0. 06464， p3=0.1662， p4=0.184); 10kHz (pl=0.0075， p2=—0.05179， p3=0.1407, p4=0.188)。 乳腺病2类
50kHz (pl=0. 01167， p2=-0.095, p3=0. 2733， p4=0.136); 10kHz (p 1=0. 01167， p2=-0.1007， p3=0. 2876， p4=0. 088)。
尽管正常和年龄发育异常过程中的电导率变化的规律相同，本发明的电阻抗X线体层 照相方法ilil在不同频率下月经阶段的相应年龄组的女性的电导對旨数的下降确保了可靠 的 U泉病诊断。正常和乳腺病的绝经后女性的电导率没有差异，证实了发育异常是由荷尔 蒙系统"卵巢—孚涼"的功能紊乱导致的，而不是一种3蚊的疾病。
多频率电阻抗X线体层照相^ffi比单频率的主要优点在于，它不仅可以诊断乳腺病， 而且可以在所有月经周期阶段相应年龄组的平均电导率指数不存在差异的情况下，帮助测 定戴中形式。根据形态学，伴随着发育异常的增生和异型的发生率高于伴随囊肿形式的，这使得可以査出高危组群以进fi^医疗护理，从而防止享LI泉癌的发展。
乳腺病的断层图像中的视觉变化的确认^fflii电导率的定翬^寺性进行的，这样可以排
除飽诊断失误。
电卩鹏x线体层照相术的安全性使其可以用作倒可年龄包,轻女性的 L^筛查检查方法。
表1:示出不同年龄组的处于月经周期第一阶段的和绝经后的女性的，处于正常和乳
月7彌症状的学涼组织的电导對旨TO值(10kHz， 50kHz)。数值和偏差一起给出: 表l
19-34岁35-39岁40~44岁45-50岁51-55岁 绝会琉
50kHz10kHz50kHz鹏z50kHz10kHz50kHz細z50kHz應z
正 常0. 43 ± 0.090. 39± 0. 080.48± 0. 030. 43± 0.040. 48 ± 0.030. 43 ± 0.030. 53 ± 0. 050.48± 0.050. 56 ± 0.060.51± 0. 07
乳 腺 病 1 类0. 2肚 0.050. 27± 0.070. 30± 0.070. 29± 0. 070. 35 ± 0.050. 36± 0.060. 38± 0.090. 37± 0.090. 55± 0.030. 54± 0.05:
乳 腺 病 2 类0. 33± 0.070. 29± 0.040.36± 0.060.31± 0. 050.4± 0.090. 34 ± 0.060.46± 0.040. 37 ± 0.050. 59± 0.020. 47 ± 0.03
表2:示出不同年龄组的处于月经周期第二阶段的和绝经后的女性的，处于正常和乳 腺病症状的孚L^组织的电导率指TO值的结果(10kHz， 50kHz)。数值和偏差一起给出
表2
19-34岁35-39岁40~44岁45-50岁51-55岁 继银
50kHz10kHz50kHz細z50kHz10kHz50kHz10 kHz50kHz10kHz
正 常0.43± 0. 090.39± 0. 080.48± 0. 030.43± 0.040.48± 0.030.43± 0.030. 53± 0.050.4吐 0.050. 56 ± 0.060.51± 0. 07
乳 腺 病 1 类0. 28 ± 0. 050. 27 ± 0.070.30± 0. 070.29± 0. 070.35 ± 0.050.36± 0.060. 3肚 0.090. 37± 0.090. 55± 0.030.54± 0.05
乳 腺 病 2 类0. 33 ± 0. 070. 29 ± 0.040, 36 ± 0.060.31± 0.050.4± 0.090. 34± 0. 060.46± 0.040. 37± 0.050. 59 ± 0. 020.47± 0.03
16本发明的一种或多种形式^t共或结合一种3D EIT孚涼X线照片分析方法-
1. 包括拐角的不良擬虫和对角(diagonal)元件(S卩，当皿器电极与接收器一致时) 可以从原始测量结果中移除。如果所有的接触都是良好的，256电极P车歹啲256*255=65280 个值可以获得。均值和中值将从获得的值中计算。
2. 重建图象娜(例如7个横断面，針具有36X36像素)可以结合为一斜邮车列。
平均和标准偏差值可由这^ 计算。后者使用下式计算 -j " 、1/2
~7》少'一力2
其中、是l宗!t偏差，^是值(像素)的总数，义是阵列中的值，；是阵列的均值。
3.恶性概率P可以依据下面的方程计算 P = l/(l + exp(—a)，
其中
a = 6。 + + 62x2 + 63x3 + 64x4 + 65jc5 ，
x,是病人年龄(取至u小数点后三位)， x2是根据段落i得到的原始测量值的均值， a是根据段落i得到的原始测量值的中值，
x4是根据段落2得到的图像的均值， x5是根据段落2得到的图像的标准偏差，
系数^ Mii将训练M集带入最小二乘法计算。下面是由有限的训练数据集获得的系
数的示例，并，每一个樹共高于75%的灵 和特异度。 60=-10. 6011 h =0. 213103
62 =-0. 0056579
63 =0. 0055994
64 =10. 5179
65 =-12. 2619
本发明的进一步形式参考附图进行描述。图1示出根据本发明一个实施例的一4^S 的横截面，电极阵列3位于柔性材料5的外表面上。柔性材料用一种逾左性的基础材料2 支撑，例如纤维或多 L材料如海绵。还Jii乓了鹏性的部分的硬支撑l。
图2示出装置的一个实施例!鹏用至U孚涼4，柔性材料和基础材料与孚L^ 4的微大 致相鹏。尽管在此实施例中学L房发生了一些压平，但病人所承受的压力和不适已经由于 體的ffi性赚。另外，更多数量的电极增加了接触。在图3中，示出一个可选实施例，电极阵列3被一种导iiiM物劍Mf覆盖。
在i柳中，驢应用到目标区域，并且施加一些压力使得鹏性阵列与目标区域的形 状相适应。可以预计目标区域的一定'跡，但是与现有设计中所知的硬的平坦阵列相比， 已经是最小的。实施例的,性阵歹lj樹共了多电极与主体表面增大的接触。 一种导电液体 可应用到装置和主体表面之间，可以帮助匹配电极阵列和主体外表面之间的阻抗特性。在 此瞎况下，或其它液f碎在时，阵列可包括外部防水的或JfeK的导电膜，从而防止电极的 接触部分潮湿、不清洁或损坏。此外，平滑的膜可以使得装置的清理和消毒相比外部多电
极更加容易。基础材料2可以是海绵材料，例如开 成闭孔海绵，使得装置具有对目标区
域的鹏性。
在4顿中，如参考图4的设置，电极阵歹咖于病人100上，电极中的一个作为接收器 而多个剩余电极中的每一个作为划寸器。电流施加到阵列102的齡刻寸电极，并且阵列 中的一个接收器电极接收旨电流信号104。重fiitk步骤106， Mil使接收器成为，器电 极，并且依次使鄉器电极成为接收器电极，从而粒一个n电极Xn-1电极例如256电 极阵列的256X255的接收信号模式。这样生成的测量M用于导出图像。图像可建立为深 度"片层"108，其穿过病人延伸，宽展近似于阵歹啲宽度。 一种算法用来由该翻计算每 个体素的值，并且由此深度上的图像可以建立。不正常组织出现的概率的进一步测定可以 计算108。
对于不正常组织存在或不存在进行初始评估UO。如果检测到没有不正常组织112，可 建议病人在一定时期例如12个月、l年、2年等之后返回进行例行筛査。临界病例可建议 在一较短时间间隔如3-6个月或仅几^/周后返回116筛查。如果检测到不正常组织114， 可建i，行进一步的测定。
因此，针对不正常组织的症状或出现，例如乳腺癌或其它肿瘤，对病人的筛査可以在 农村或低技术区fe货口/或由最低资格的人员进行，以给出至少初始筛查。
权利要求
1、一种利用电阻抗(EI)在一位置筛查病人是否存在不正常组织的方法，包括以下步骤a)获得病人的EI测量数据；b)由测量数据产生图像数据；以及c)评估图像数据，从而做出不正常组织存在或者不存在的第一次测定。
2、 根据权利要求1所述的方法，包括以下步骤d) 连接电极阵列到病人，电极中的一个作为接收器，并且多个剩余电极中的每 —个作为激寸器；e) ita旨mf器电极向病人传入一个电流信号；f) 在接收器电极接斷腿电流信号；g) 转换一个aM器电极为接收器电极，并转織收器电极为一个鎌器电极；h) 对于旨對寸器和接收器电极重复步骤b)到d);以及i) 由多个接收至啲信号生成图像M。
3、 根据权利要求1或2戶皿的方法，^#征在于，包括对测量 应用一种算法， 从而产生图像 。
4、 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，包皿一步的步骤在算法中利用公 式/> = 1 /(1 + exp(-")测定不正常组织存在或不存在的概率。
5、 根据权利要求4臓的方法，其特征在于其中X,是病人年龄，x2是原始测量值的均值，A是原始测量值的中值， x4是图像数据的均值， &是图像 的标准偏差。
6、 根据前述任一权利要求戶诚的方法，其特征在于，包括步骤 由测 生成多个深度图像层，針图像层是深入人体的连^魏度图像。
7、 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，包括步骤比较深度图象层从而指示 相邻层之间不正常组织存在或者不存在。
8、 一种对主体的身体区域阻皿像的方法，包括以下步骤 定^S少一个多元"ffi头到身体区域的至少一个相应表面上； 以两种或多种不同频率施加电流到多元#^头的元件上； 检测元件上由不同频率得至啲信号；以及 基于检测信号生成至少一幅鹏图。
9、 一种电阻抗(EI)系统，包括一种驢，其具鄉出装置，用于施加遊卖的电信号至哆个划才器电禾肚，戶;M^置还包括输A^置，用于接收多个接收到的戶腿电信号作为测量数据；处理器，用于由戶皿测SW生成图象数据；以及显示器，用于由所述图像 数据显示图像。
10、 根据权利要求9戶腿的系统，其特征在于，戶; ^置包括由戶;M测量娜M多个深度图象的装置。
11、 根据权利要求9或10戶服的系统，其特征在于，包括处理装置，用于由测量数 据生i^正常组织存在或不存在的概率。
12、 一种用于病人电卩鹏筛查的驢，包括输出多个不同频率电信号给病人的装置； 至少一，入端，从病人接收由输入电信号产生的电阻抗信号；以及处理装置，由接收到 的电阻抗信号生成图象 。
13、 根据权利要求12戶舰的體，期寺征在于，包括可移齢鹏接的元件阵列，其 中^元件布置为传导至少一个电信号至病人。
14、 根据权利要求12或13所述的装置，其特征在于，所述处理装置包括基于接收的 信号生成病人的多层图象数据的装置。
15、 一种基本上如前戶;Mffi于电pm筛査的，。
16、 一种基本上如前臓用于病人筛査的方法。
全文摘要
本发明涉及一种电阻抗装置和方法，其中一种利用电阻抗(EI)在一位置筛查病人是否存在不正常组织的方法，包括以下步骤a)获得病人的EI测量数据；b)由测量数据产生图像数据；以及c)评估图像数据，从而做出不正常组织存在或者不存在的第一次测定。
文档编号A61B5/053GK101444422SQ20081018874
公开日2009年6月3日 申请日期2008年10月17日 优先权日2007年10月17日
发明者A·V·科捷涅夫斯基, J·斐斯, V·A·车列潘宁 申请人:健康筛选技术股份有限公司