1530)。非接触式测量已被考虑用于通过光谱和成像 两者来检测组织中的水含量的移位（Hart, LW?等人"A noninvasive electromagnetic conductivity sensor for biomedical applications (用于生物医学应用的非侵入电磁导 电率传感器），，（1988)，I邸E Trans. Biomed. Eng. 35:1011 - 22 ;Merwa，R?等人"Detection of brain oedema using magnetic induction tomography:a feasability study of Hkely sensitivity and detectability(利用磁感应断层成像的脑水肿检测：可能的 夷敏度和检测能力的可行性研究（2004)，Physiol. Meas. 25:347 - 57 ;Kao，H.P?等人 "Correlation of permittivity and water content during cerebral edema(在脑 水肿期间介电常数和水含量的相关性）"（1999)，IEEE化3〇3.81〇1116(1. Eng. 46:1121 -8 ; Scharfetter, H.等人"Biological tissue characterization by magnetic induction spectroscopy(MIS):requirements and limitations(通过磁感应光谱（MIS)的生物组 织表征：要求和限制），，（2003). IEEE Trans. Biomed. Eng. 50:870 - 80)。我们已经开发的 VEPS技术是基于来自几十年在该领域的研究的丰富的生物物理和生物工程工作。我们 工作的新颖之处在于在相关频率的范围内从组合物体积测量电磁相移的概念（美国专利 No. 7, 638, 341 ;美国专利No. 7, 910, 374 ;美国专利No. 8, 101，421)。运导致非常简单、廉价 和稳健的设备，该设备产生使他们自身采用分类器技术（而不是采用成像）进行分析的频 谱电磁数据。该技术将有助于解决世界各地所面临的健康服务缺乏和对医学成像设备的访 问的问题。
[0119] 通过表3 (下面）最好地理解在该实验中收集的数据的显著性。
[0120] 表3.脑组织、人血清和血液在特定频率处的导电率（S/m)。来自Stoy，R.化等 人(1982)Dielectric properties of mammalian tissues from 0.Ito lOOMHz (从 0. 1至lOOMHz的哺乳动物组织的电介质性质）；a summary of recent data. Phys. Med. Biol. 27(4): 501-513;Duck,F. A 叩 hysical Properties of Tissue(组织的物理 性质）"London:Academic(1990) ;G油riel S 等人（1996)1116 dielectric properties of biological tissues:III. Parametric models for the dielectric spectrum of tissues (生物组织的电介质性质：III.用于组织的电介质谱的参数模型）Phys. Med. Biol. 412271 - 93。
[0121]
[0122]
[0123] VEPS测量反映各种组织的体积组合物的电磁特性。VEPS测量将显然取决于组合 物中各成分的属性及它们的相对体积。表3显示了在25MHz的频率处，脑组织的导电率是 人血清或血液的导电率的约40%。显然，如果在分析的体积的一部分中，脑组织被血清或血 液取代，在25MHz频率范围内的组合物体积阻抗将与纯脑组织的组合物体积阻抗不同。因 此在大约25MHz的范围内的频率处，健康个体的VEPS应该与患有水肿（在所分析的体积中 的增加的人血清）或血肿（在所分析的体积中的增加的人血）的患者的VEPS不同。运确 实是表2和图5中的数据所显示的。
[0124] 图5带来了另一感兴趣的观察。该图显示了健康个体的P值随着与高R2值相关 的年龄而减小。在图5中令人感兴趣的是，在77岁处，健康个体的P值接近患有脑部状况 的患者的P值。运表明，单独在频率的P范围内进行的VEPS测量可在对老年患者的脑部 状况的诊断中失败。还表明，VEPS测量提供对超出特定疾病状况的人脑的更一般的医疗状 况的见解，例如，如此处所概述的。
[01巧]表3显示了在lOOMHz至300MHz的频率处，脑组织的电性质基本更类似于在25MHz 处的血清和血液的电性质而与25MHz处的脑组织的电性质不同（分散现象）。运表明，在 lOOMHz至300MHz的频率处，健康志愿者的VEPS应类似于患有影响大脑中的流体体积的医 疗状况的患者的VEPS。运与在图6中绘制的结果一致，图6显示了因变于年龄的丫值。图 6显示虽然在P频率范围中的患者的VEPS和健康志愿者的VEPS之间存在显著统计学差异 (图5,表2)，但在丫频率范围中不存在显著统计学差异（图6,表2)。
[012引表3也表明在300MHz和lOOMHz处的血清和血液之间的电性质比在25MHz处的 大。运表明在运些较高频率处，VEPS应该能够区分患有水肿的患者和患有血肿的患者。事 实上，如表2所示，尽管相对小的样本尺寸，但是在从153MHz至166MHz的频率范围内存在 水肿和血肿患者的VEPS之间的统计学差异。运在图6中被确认。很明显，在P频率范围 中，在患有水肿和血肿的患者的之间不存在统计学差异。另一方面，图6示出了在丫频率 范围内，患有水肿和血肿的患者之间的VEPS差异是显而易见的。图6还示出了 r值和年 龄之间的相关性具有与图5中的P值和年龄之间的相关性不同符号的斜率。运是关于图 7重要的考虑。
[0127]图5和6 W及表2表明，脑部的医疗状况是在从26MHz至39MHz的频率范围和 从153MHz至166MHz的频率范围中的至少两个VEPS参数的函数。运提示我们，因变于对 象的P和丫值的每个对象的数据点的显示可提供对对象脑部状况的见解。运是设计分 类器的典型方法（Xaufer.S.和 Rubinsky,B. (2009) "Tissue characterization with a multimodality classifier:electrical spectroscopy and medical imaging(义 用多模态分类器的组织标准：电子光谱和医学成像）"，I邸E化ans Biomed Eng.Feb; 56 (2): 525-8, 2009 ;Laufe;r,S, Rubinsky B (2009) Cellular Phone 化油led Non-Invasive Tissue Classifier (启用蜂窝电话的非侵入组织分类器）.化oS ONE 4(4):e5178)并且图 7是典型的两参数标量分类器显示。图7中的显示清楚地区分脑部的不同状况。它表明，在 单独的P和丫值域中发现健康个体、患有水肿的个体和患有血肿的个体的数据点。图7 中的显示对于图5特别重要。图5示出了健康个体的P值随着年龄下降，并接近77岁的 脑受损个体的P值。运表明，在年老对象中的对P参数典型的频率的范围中的脑损伤的 检测可能没有年轻对象中有效。然而，图7示出了由健康、水肿和血肿患者占据的P和丫 值域是不同的，并且如在图5和6中的不存在随着年龄的渐进变化。运可能是偶然发现的 并且是P和丫曲线中的与年龄的相关性曲线具有不同的标志斜坡的事实的结果。因此， 就P和丫值而言，年龄的影响在显示中被取消，并且仅保留医疗状况的影响。图7示出了 构建用于疾病的非接触诊断的VEPS多频分类器的可能（promise)。
[012引从临床研究已知，患病的脑部中的变化是复杂的并且在一段时间内发生。根据数 据，我们预期在患有医疗状况的患者的大脑中的VEPS将遵循此处观察到的模式随时间改 变。因此，测量被怀疑具有脑部中的医疗状况的患者的VEPS还可用于确定患者是否应该被 发送到中央设施处进行医疗成像。
[0129] 总之，对脑部患有水肿和血肿的患者和健康志愿者的VEPS多频测量的该临床研 究表明，脑部患有水肿和血肿的医疗状况的患者的VEPS在统计上与健康志愿者的VEPS不 同，并且将可能使用简单的设备和分类器显示来诊断组织中（例如，脑部）的医疗状况。区 分脑部中的水肿和血肿的能力是重要发现。首先，它指向VEPS的灵敏度。更重要的是，在 早期阶段和甚至在患者被带至中屯、医院处的医学成像设施之前，区分水肿和血肿的能力具 有重要的临床意义，因为它可能会影响急性治疗形式。
[0130] 前述仅仅描述了本发明的原理。将理解，本领域的技术人员将能够设计各种布置， 虽然本文中没有明确描述或示出，但运些布置体现了本发明的原理并被包括在其精神和范 围内。此外，本文中所列举的所有示例和条件语言主要旨在帮助读者理解本发明的原理和 由发明人贡献至本领域的概念，并且将被解释为不限于运种具体列举的示例和条件。而且， 列举本发明的原理、方面和实施例及其具体示例的本文中的所有表述旨在包含其结构和功 能等效方案两者。此外，此类等效方案旨在包括当前已知的等效方案和将来开发的等效方 案，即，开发成执行相同功能的任何元件，而与结构无关。因此，本发明的范围内不旨在限于 本文所示和所描述的示例性实施例。相反，本发明的范围和精神由所附的权利要求书所体 现。
【主权项】
1. 一种获得VEPS组织特征的方法，包括： 将组织定位在第一感应线圈和第二感应线圈之间； 通过第一感应线圈驱动在频率范围内的交流电流； 测量在第二感应线圈中产生的在所述频率范围内的交流电流；以及 确定在第一感应线圈和第二感应线圈之间的在频率范围内的交流电流的相移以获得 VEPS组织特征。2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述频率范围在IHz和ITHz之间。3. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述频率范围在IKHz和20GHz之间。4. 如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述频率范围在0.1 MHz和150MHz之间。5. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述频率范围在IKHz至20GHz之间。6. 如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述频率范围在IOOMHz和500MHz之间。7. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括： 通过第一感应线圈驱动在第二频率范围内的交流电流； 测量在第二感应线圈中产生的在所述第二频率范围内的交流电流； 确定在第一感应线圈和第二感应线圈之间的在第二频率范围内的交流电流的相移；以 及 获得基于第一频率范围和第二频率范围的VEPS组织特征。8. 如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第二频率范围在IHz至ITHz之间的范 围中。9. 如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第二频率范围在IKHz至20GHz之间的 范围中。10. 如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述第二频率范围在0.1 MHz至150MHz之 间的范围中。11. 如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第二频率范围在IKHz至20GHz之间的 范围中。12. 如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述第二频率范围在IOOMHz至500MHz之 间的范围中。13. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一和第二感应线圈不接触组织。14. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述组织选自由如下组成的组：脑部组织、 肺部组织、心脏组织、肌肉组织、皮肤组织、肾脏组织、角膜组织、肝脏组织、腹部组织、头部 组织、腿部组织、臂部组织、骨盆组织、胸部组织、前列腺组织、乳房组织、食管组织、GI道组 织和躯干组织。15. -种用于提供对象中的组织状况的确定结果的方法，所述方法包括： 获得VEPS组织特征，以及 基于组织特征确定对象中的组织状况。16. 如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述状况选自由如下组成的组：水肿、出 血、血肿、局部缺血、脱水、肿瘤的存在、感染、脑变性、外渗、内出血、产妇出血、和相对于年 龄的组织健康。17. 如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述确定步骤包括： 将VEPS组织特征与参考相比较， 基于所述比较提供确定结果。18. 如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述比较包括：相对于分类器面板图形绘 制组织特征。19. 如权利要求15所述的方法，其特征在于，进一步包括确定临床参数。20. 如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述临床参数是对象的年龄。21. 如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述确定结果用于提供对对象的诊断，其 中所述方法进一步包括： 基于对组织状况的确定结果提供对对象的诊断。22. 如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述确定结果用于提供对对象的诊断，其 中所述方法进一步包括： 基于对组织状况的确定结果提供对对象的预后。23. 如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述确定结果用于监测对象的健康或对 治疗处理的响应，其中所述方法进一步包括： 获得在第二时间点处的第二VEPS特征，以及 并基于第一 VEPS特征和第二VEPS特征的确定结果监测对象的健康或对治疗处理的响 应。24. -种获得VEPS组织特征的系统，包括： 第一感应线圈和第二感应线圈，所述第一感应线圈和第二感应线圈彼此相对定位；以 及 测量系统，可操作地连接至第二感应线圈，其中所述测量系统被配置成测量在第一和 第二感应线圈之间的在两个或两个以上频率范围内的一个或多个频率处的一个或多个交 流电流的相移。25. 如权利要求24所述的方法，其特征在于，两个或两个以上频率范围中的至少一个 是在IHz和ITHz之间的范围内。26. 如权利要求25所述的方法，其特征在于，两个或两个以上频率范围中的至少一个 是在IKHz至20GHz之间的范围内。27. 如权利要求26所述的方法，其特征在于，两个或两个以上频率范围中的至少一个 是在0.1 MHz至150MHz之间的范围内。28. 如权利要求25所述的方法，其特征在于，两个或两个以上频率范围中的至少一个 是在IKHz至20GHz之间的范围内。29. 如权利要求28所述的方法，其特征在于，两个或两个以上频率范围中的至少一个 是在IOOMHz至500MHz之间的范围内。30. 如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述第一和第二感应线圈不接触组织。31. 如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述组织选自由如下组成的组：脑部组 织、肺部组织、心脏组织、肌肉组织、皮肤组织、肾脏组织、角膜组织、肝脏组织、腹部组织、头 部组织、腿部组织、臂部组织、骨盆组织、胸部组织、前列腺组织、乳房组织、食管组织、GI道 组织和躯干组织。32. 如权利要求24所述的系统，其特征在于，进一步包括数据处理器模块，所述数据处 理器模块被配置成从对应于两个或两个以上频率范围的多个频率计算VEPS值。
【专利摘要】提供了一种基于体积电磁相移谱(VEPS)的分析组织的方法。方法的多个方面包括：获得基于VEPS的组织分类器或在单个时间点处的组织的“特征”。这些方法特定应用于非侵入地确定组织的状况，例如，在个体中的脑部组织、肺组织、心脏组织、肌肉组织、皮肤组织、肾脏组织、角膜组织、肝脏组织、腹部组织、头部组织、腿部组织、臂部组织、骨盆组织、胸部组织，躯干组织、前列腺组织、乳房组织、食道组织、胃肠道组织等。还提供了应用于实现本方法的其设备和系统。
【IPC分类】A61B5/053
【公开号】CN105163658
【申请号】CN201480025147
【发明人】C·A·冈萨雷斯, B·鲁宾斯基
【申请人】加利福尼亚大学董事会
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2014年3月14日
【公告号】CA2903482A1, WO2014152374A1