Способы оценки соответствия норме биологической ткани - RU2665189C2

Чертежи

Показать все 18 чертежа(ей)

Описание

ССЫЛКИ НА СВЯЗАННЫЕ ЗАЯВКИ

[0001] Для целей патентной защиты в Соединенных Штатах Америки настоящая заявка представляет собой заявку на постоянный патент на изобретение и на основании 35 U.S.C. § 119(e) является заявлением о притязаниях на приоритет в отношении предварительной патентной заявки номер 61/802,339, поданной 15 марта 2013 г., и настоящая заявка представляет собой продолжающуюся патентную заявку и на основании 35 U.S.C. §120 является заявлением о притязаниях в отношении патентной заявки в США номер 13/894,401, поданной 14 марта 2013 г., каковая заявка (‘401) является заявкой на постоянный патент за изобретение и на основании 35 U.S.C. § 119(e) является заявлением о притязаниях на приоритет в отношении предварительной патентной заявки в США номер 61/802,339, поданной 15 марта 2013 г. Каждая из указанных патентных заявок в США, а также любые их публикации, прямо и в полном объеме включены по ссылке в настоящий документ.

ЗАЯВЛЕНИЕ ОБ АВТОРСКИХ ПРАВАХ

[0002] Все материалы в настоящей патентной заявке охраняются законодательством об авторских и смежных правах Соединенных Штатов Америки и других стран. Владелец авторских прав не возражает против факсимильного воспроизведения патентной заявки любым лицом или раскрытия патентной информации для отражения в государственных регистрационных документах, но в противном случае все прочие авторские и смежные права сохраняются за владельцем.

ИСТОРИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Область, в которой было сделано изобретение

[0003] Настоящее изобретение в целом связано с электромагнитным биозондированием и биовизуализацией и, в частности, с технологией создания электромагнитного поля с использованием ручных зондов, которая позволяет практикующим врачам оценивать функциональное и патологическое состояние биологической ткани в режиме «онлайн» в месте оказания медицинской помощи.

История

[0004] Успех в лечении переломов костей зависит от понимания того, что представляют собой два основных компонента любой части конечности. Этими двумя компонентами являются остеоидный (костный) элемент и мягкие ткани. Мягкие ткани - это кожа, мышцы, нервные волокна и сосуды. Остеоидные элементы – это только кость. Диагностика и оценка состояния костных элементов для лечащего врача не являются проблемой благодаря возможности их радиографического исследования. Однако точные исследования мягких тканей поврежденного участка конечности представляют собой большую сложность при лечении переломов. Ранее были попытки применить ряд способов исследования, таких как лазерная допплерография и чрескожные измерения кислородного потенциала, однако они не показали результаты лучше, чем при постановке диагноза по клиническим показаниям. Ни один из этих способов не показал соотносимости с результатами лечения. Соответственно, существует реальная необходимость разработать простой и надежный способ оценки состояния мягких тканей.

[0005] Степень повреждения мягких тканей подлежит оценке, поскольку от этого часто зависят итоговые результаты лечения. Через мягкие ткани обеспечивается поступление к кости крови, необходимой для ее заживления, мягкие ткани облегают кость и мышечную ткань, тогда как от состояния нервных волокон и сосудов зависит то, как конечность будет функционировать после лечения. Чем выше была энергия, причинившая травму, тем выше важность оценки повреждения мягких тканей. Возникают проблемы с лечением закрытых или открытых переломов, поскольку на настоящий момент не существует способа объективной оценки повреждений мягких тканей до начала хирургического лечения. Хирургическое вмешательство приводит к дальнейшим повреждениям мягких тканей и, как следствие, некрозу, воспалению и инфицированию раны. Соответственно, хирургам необходим способ точной и объективной оценки состояния мягких тканей для минимизации риска осложнений. Кроме того, сочетанные повреждения мышечной ткани, такие как синдром сдавливания и повреждение стенок артерий, требуют оценки состояния мягких тканей для планирования адекватного лечения. Синдром сдавливания возникает после повреждения конечности, когда сопутствующий повреждению отек мышечной ткани становится чрезмерным. Если поврежденная мышца находится в замкнутой фасциальной полости, то возникающий отек ухудшает артериолярное поступление крови в мышцу, что приводит к т.к. «сердечному приступу» у скелетной мышцы. Вопрос ранней диагностики синдрома сдавливания является исключительно важным и не ограничивается только случаями лечения переломов. Часто встречается отек конечности без перелома, требующий немедленной консультации врача-ортопеда. Если синдром сдавливания не будет вовремя диагностирован, то он может привести к некрозу мышечной ткани, контрактуре и необратимым неврологическим расстройствам. Обширные необратимые повреждения мышечной ткани могут в итоге привести к сепсису и последующей ампутации конечности. Вероятность осложнений зависит от скорости диагностики и от сроков проведения фасциотомии. По этой причине задержка в диагностировании и в активном хирургическом вмешательстве приводит к увеличению затрат на лечение и к увеличению числа таких случаев. Для большинства пациентов клинические обследования являются наиболее разумным способом ранней диагностики, однако в случае пациентов с купированным болевым синдромом, пациентов с травмами головы и пациентов в критическом состоянии физические показатели и симптомы не дают точной клинической картины. В таких ситуациях требуются объективные данные. Результаты соответствующих исследований должны быть точными и воспроизводимыми для целей диагностики. В настоящий момент измерения давления являются наилучшим способом определить необходимость фасциотомии, однако практикующие врачи не могут прийти к единому мнению о том, какое давление является критическим. Кроме того, такие исследования являются инвазивными, технически трудоемкими, субъективными и позиционно-чувствительными.

[0006] Лечащие врачи постоянно нуждаются в простых неинвазивных и безболезненных способах тестирования, позволяющих получить точные клинические данные, требующиеся для оперативной постановки диагноза. Что касается мониторинга состояния мягких тканей при оценке повреждений с размозжением тканей, состояния свободных мышечных лоскутов, повреждений артерий и реперфузии, то в настоящий момент отсутствует стабильное и надежное устройство для безопасной и неинвазивной диагностики. В этой связи концепция настоящего изобретения является исключительно интересной для хирургов, занимающихся лечением ортопедических травм, так как представляет собой неинвазивный способ оценки и мониторинга состояния тканей. Данная технология позволяет хирургу оценить состояние мягких тканей в районе перелома. При этом лечащий врач получает возможность корректно запланировать хирургическое вмешательство, исключить наиболее катастрофические осложнения и дать прогноз относительно долгосрочных функциональных результатов лечения для пациента. Изобретенная технология, при использовании вместе с обычными рентгенологическими исследованиями в ситуациях, требующих оперативных медицинских манипуляций, позволяет лечащему врачу провести полную оценку повреждений как твердых, так и мягких тканей. Это кардинально повышает возможности врачей по оказанию качественной и эффективной помощи при лечении травм конечностей.

[0007] Различные технологии диагностирования, построения изображений и лечения различных клинических состояний основаны на использовании свойств электромагнитного поля. Одна из таких технологий, электромагнитная томография (ЭМТ), является относительно новым средством получения изображений и обладает большим потенциалом использования для биолого-медицинских целей, в том числе для неинвазивной оценки функционального и патологического состояния биологических тканей. Способ ЭМТ позволяет дифференцировать биологические ткани и, соответственно, создать их изображение на основании различий в диэлектрических свойствах тканей. Известно, что диэлектрические свойства тканей зависят от их различных функциональных и патологических состояний, таких как наполненность кровью и кислородом, наличие ишемических и инфарктных повреждений. Системы двухмерной (2D), трехмерной (3D) и даже «четырехмерной» (4D) ЭМТ и способы создания изображений разрабатывались в течение последних десяти или более лет. Возможность применения этой технологии для различных биолого-медицинских целей уже доказана, например, в виде построения изображений сердца и конечностей. Указанные технологии входят в состав различных патентов и патентных заявок, в том числе Патентов США №5,715,819, 6,026,173, 6,332,087, 6,490,471, и 7,239,731, Патентной заявки США номер 13/173,078 (подана 30 июня 2011 г. и опубликована 12 января 2012 г. как Публикация патентной заявки США №2012/0010493 A1) и Патентная заявка США номер 61/801,965 (подана 15 марта 2013 г.). Все указанные патенты и патентные заявки (и любые публикации таковых) включаются в настоящий документ по ссылке как минимум в той части, в которой это соответствует раскрываемой в настоящем документе информации.

[0008] К сожалению, традиционные технологии ЭТМ, хотя и дают очень полезные результаты, предусматривают использование не только громоздкого, но и сложного в управлении оборудования. Это касается как технических специалистов, так и врачей-диагностов и любых иных лиц, равно как и проходящих исследования людей и животных. По последнему пункту следует отметить, что дискомфорт от помещения в камеру для сканирования может быть значительным. Размеры и вес оборудования также предполагают его использование по месту установки, разборка и перевозка на новое место проблематичны. И наконец, использование антенных решеток и иного оборудования повышает сложность и издержки. Таким образом, существует потребность в технологии, позволяющей получить сходные результаты, но являющейся более дешевой, более удобной и более комфортной с точки зрения эргономики использования. В частности, существует потребность в более удобных, оснащенных зондами, портативных устройствах, позволяющих лечащим врачам оценивать функциональные и патологические состояния биологических тканей в режиме онлайн непосредственно по месту оказания медицинских услуг.

СУЩЕСТВО ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0009] В целом, настоящее изобретение по одному из аспектов представляет собой портативную систему биозондирования и биовизуализации биологического объекта в электромагнитном поле, включающую: блок управления; ручной зонд, создающий генерируемое блоком управления электромагнитное поле, зонд подключен к блоку управления и его можно перемещать вокруг биологического объекта и помещать внутрь, во время работы зонд измеряет электромагнитное поле, рассеянное и/или отраженное биологическим объектом; и блок слежения, который фиксирует положение ручного зонда.

[0010] В качестве варианта ручной зонд является первым, но не единственным: в систему может быть добавлен второй зонд, подключаемый к блоку управления, и второй зонд тоже будет создавать электромагнитное поле. Еще одной характеристикой является то, что второй зонд может перемещаться вокруг биологического объекта, создавая при этом электромагнитное поле. Измеряемое электромагнитное поле будет анализироваться совместно с прочими данными для создания как минимум двухмерного изображения биологического объекта, вокруг которого перемещается зонд. Второй зонд может находиться неподвижно по отношению к биологическому объекту и к первому зонду; и/или второй зонд также может измерять генерируемое электромагнитное поле, и при этом второе измеряемое электромагнитное поле также будет анализироваться совместно с прочими данными для создания как минимум двухмерного изображения биологического объекта, вокруг которого перемещаются зонды.

[0011] Еще одной характеристикой данного аспекта является то, что в состав зонда входит волновод. Дополнительной характеристикой является то, что волновод представлен в керамическом исполнении и имеет прямоугольную форму.

[0012] Еще одной характеристикой данного аспекта является то, что в состав зонда входит определенное количество сенсоров, положение которых контролирует блок слежения. Еще одной характеристикой является то, что в зонде имеется как минимум три сенсора, положение которых контролирует блок слежения.

[0013] Еще одной характеристикой данного аспекта является то, что электромагнитный сигнал генерируется Векторным анализатором сетей, сигнал подается по кабелю на зонд, находящийся на биологическом объекте, где он используется для создания электромагнитного поля, направленного на биологический объект.

[0014] Еще одной характеристикой данного аспекта является то, что биологический объект представляет собой ткани человека. Дополнительной характеристикой является то, что измеряемое электромагнитное поле анализируется вместе с иными данными для целей создания как минимум двухмерного изображения биологического объекта, вокруг которого перемещается зонд.

[0015] Еще одной характеристикой данного аспекта является то, что блок слежения может быть отдельным устройством по отношению к портативному блоку управления.

[0016] Еще одной характеристикой данного аспекта является то, что блок слежения может быть внутренним устройством в портативном блоке управления.

[0017] Еще одной характеристикой данного аспекта является то, что электромагнитный сигнал генерируется Векторным сетевым анализатором, сигнал подается по кабелю на первый зонд, где он используется для создания электромагнитного поля в направлении биологического объекта. Внутри биологического объекта генерируемое электромагнитное поле рассеивается и/или отражается и измеряется вторым зондом. Дополнительной характеристикой является то, что рассеянное и/или отраженное электромагнитное поле улавливается антенным устройством внутри второго зонда и анализируется портативным блоком управления для установления функциональных и/или патологических состояний биологического объекта; и/или рассеянное и/или отраженное указанное выше электромагнитное поле улавливается антенным устройством внутри второго зонда и анализируется портативным блоком управления на предмет определения того, не уменьшен ли кровоток.

[0018] Еще одной характеристикой данного аспекта является то, что измеряемое электромагнитное поле анализируется вместе с иными данными для целей создания как минимум двухмерного изображения биологического объекта, вокруг которого перемещается зонд.

[0019] В целом, еще один аспект настоящего изобретения заключается в способе оценки функционального и/или патологического состояния биологической ткани, и в состав такого способа входят: генерация с помощью портативного блока управления электромагнитного сигнала, при этом данный электромагнитный сигнал будет считаться первым; передача как минимум части первого сигнала от портативного блока управления на ручной зонд по проводному подключению; излучение ручным зондом первого сигнала в биологическую ткань; прием отраженного сигнала, именуемого вторым сигналом, после рассеивания/отражения первого сигнала биологической тканью; объединение как минимум части первого сигнала и как минимум части второго сигнала; и обработка такого комбинированного сигнала, включающего части первого и второго сигналов, для оценки нормальности биологической ткани.

[0020] В качестве варианта этап обработки комбинированного первого и второго сигналов для оценки нормальности биологической ткани осуществляется в портативном блоке управления.

[0021] В качестве еще одного варианта этап комбинирования как минимум части первого сигнала с как минимум частью второго сигнала выполняется при помощи допплеровского суб-блока. В качестве дополнительных вариантов этап комбинирования как минимум части первого сигнала с как минимум частью второго сигнала выполняется при помощи направленного соединителя в составе допплеровского суб-блока; направленный соединитель представляет собой двунаправленный соединитель; направленный соединитель имеет первый порт, второй порт и третий порт, в результате чего первый сигнал приходит на первый порт, как минимум часть первого сигнала передается с первого порта на выход со второго порта, второй сигнал приходит на второй порт после рассеивания/отражения от биологической ткани, и часть второго сигнала, который приходит на второй порт, комбинируется с частью первого сигнала и выходом с третьего порта; и/или направленный соединитель имеет дополнительно четвертый порт, в результате чего часть первого сигнала является первой частью, а вторая часть первого сигнала приходит с четвертого порта.

[0022] В качестве еще одного варианта данный способ также включает в себя этап определения при помощи блока слежения положения ручного зонда, когда ручной зонд излучает первый сигнал в биологическую ткань.

[0023] В качестве еще одного варианта этап измерения излучаемого сигнала после того, как излученный сигнал был рассеян/отражен биологической тканью, выполняется на антенне ручного зонда.

[0024] В качестве еще одного варианта ручной зонд является первым ручным зондом, при этом этап измерения излучаемого сигнала после того, как излученный сигнал был рассеян/отражен биологической тканью, выполняется на втором ручном зонде. В качестве еще одного варианта способ также включает в себя этап определения, при помощи блока слежения, положения второго ручного зонда, когда второй ручной зонд измеряет излученный сигнал после того, как излученный сигнал был рассеян/отражен биологической тканью.

[0025] В качестве еще одного варианта этап комбинирования как минимум части первого сигнала с как минимум частью второго сигнала включает в себя создание, при помощи направленного соединителя, линии прямой связи и линии обратной связи. В качестве дополнительных вариантов этап комбинирования как минимум части первого сигнала с как минимум частью второго сигнала включает в себя усиление каждой линии прямой связи и линии обратной связи; линия прямой связи подключается к первому силовому делителю мощности, а линия обратной связи подключается ко второму силовому делителю мощности; первый выход первого силового делителя мощности подключается к первому микшеру, а второй выход первого силового делителя мощности подключается ко второму микшеру, первый выход второго силового делителя мощности подключается к первому микшеру, а второй выход второго силового делителя мощности подключается ко второму микшеру; выход первого микшера подключен к низкочастотному фильтру, и выход второго микшера подключен к низкочастотному фильтру; выход первого микшера подключен к аналого-цифровому преобразователю, и выход второго микшера подключен к аналого-цифровому преобразователю; и/или обработка комбинированных частей первого и второго сигналов для оценки нормальности биологической ткани включает в себя обработку выходных данных с аналого-цифрового преобразователя.

[0026] В целом, настоящее изобретение по еще одному аспекту представляет собой способ оценки состояния биологической ткани, и в состав такого способа входят: излучение электромагнитного сигнала, через зонд, в биологическую ткань; прием излученного электромагнитного сигнала после того, как сигнал был рассеян/отражен биологической тканью; получение информации о кровотоке в биологической ткани; анализ принятого сигнала на основе как минимум полученной информации о кровотоке и на основе известных данных о различиях электромагнитного сигнала в нормальной, подозрительной и аномальной ткани; использование алгоритма реконструкции диэлектрических свойств, реконструкция диэлектрических свойств биологической ткани на основе как минимум результатов этапа анализа и на основе информации о кровотоке; а также использование алгоритма реконструкции свойств тканей, реконструкция свойств биологической ткани на основе как минимум частично результатов этапа реконструкции и на основе информации о кровотоке.

[0027] В качестве одного из вариантов способ также включает в себя предварительный этап, на котором определяется, находится ли зонд рядом с биологической тканью. В качестве дополнительных вариантов способ также включает в себя этап получения с помощью зонда указания на то, находится ли зонд вблизи биологической ткани; этап определения нахождения зонда вблизи биологической ткани основан как минимум частично на известных данных о различиях электромагнитного сигнала в биологической ткани, воздухе и геле; способ также включает предварительный этап получения данных о различиях электромагнитного сигнала в биологической ткани, воздухе и геле по результатам одного или нескольких физических/биофизических экспериментов; и/или этап определения нахождения зонда вблизи биологической ткани включает в себя определение нахождения зонда в физическом контакте с биологической тканью.

[0028] В качестве еще одного варианта прием излученного электромагнитного сигнала включает в себя прием излученного электромагнитного сигнала на зонде. В качестве дополнительных вариантов зондом, через который излучается электромагнитный сигнал, является тот же зонд, что и зонд, на котором принимается излученный электромагнитный сигнал; зонд, через который излучается электромагнитный сигнал, отличается от зонда, на котором принимается излученный электромагнитный сигнал; способ также включает в себя этап определения нахождения зонда, на котором принимается излученный электромагнитный сигнал, вблизи биологической ткани; этап определения нахождения зонда, на котором принимается излученный электромагнитный сигнал, вблизи биологической ткани, включает определение нахождения такого зонда в физическом контакте с биологической тканью; способ также включает в себя этап определения, при помощи блока слежения, положения зонда, который принимает излученный электромагнитный сигнал, в процессе приема сигнала; этап определения включает в себя определение положения сенсора, расположенного в зонде, который принимает излученный электромагнитный сигнал; этап определения включает в себя определение положения как минимум трех сенсоров, расположенных в зонде, который принимает излученный электромагнитный сигнал; такие три сенсора разнесены в пространстве внутри зонда; этап определения включает в себя определение положения зонда в трех измерениях; этап определения включает в себя определение положения зонда в разные моменты времени; способ также включает в себя этап корреляции определенного положения зонда с известными данными о положении и контурах биологической ткани; способ также включает в себя процесс профилирования, который выполняется до этапа приема излученного электромагнитного сигнала, в ходе которого положение зонда, как минимум в двух измерениях, определяется неоднократно при помещении зонда в различные места на поверхности биологической ткани, в результате чего создается цифровая карта поверхности биологической ткани, которая впоследствии используется на этапе корреляции; реконструированные свойства ткани комбинируются с результатами этапа корреляции для получения информации о состоянии ткани относительно геометрии биологической ткани; способ также включает в себя этап картирования состояния ткани; на этапе картирования состояния ткани используются сопоставимые данные из базы данных; сопоставимые данные в базе данных основаны на предшествующих экспериментах с животными и клинических исследованиях пациентов; и/или способ также включает в себя этап создания изображения ткани на основе этапа картирования.

[0029] В качестве еще одного варианта информация о кровотоке получается как минимум частично на основе этапа синхронизации принятого электромагнитного сигнала с сигналом, представляющим цикл кровообращения в биологической ткани. В качестве дополнительных вариантов информация о кровотоке получается как минимум частично на этапе, следующем за этапом синхронизации, обработки синхронизированных сигналов с использованием когерентного усреднения; и/или этап получения информации о кровотоке включает получение информации об объеме циркулирующей крови.

[0030] В качестве еще одного варианта излучаемый электромагнитный сигнал является первым электромагнитным сигналом, а принимаемый электромагнитный сигнал является вторым электромагнитным сигналом, а способ также включает в себя этап обработки первого и второго электромагнитных сигналов при помощи допплеровского суб-блока. В качестве дополнительных вариантов информация о кровотоке получается как минимум частично на этапе синхронизации данных допплеровского суб-блока, где сигнал представляет цикл кровообращения в биологической ткани; и/или этап получения информации о кровотоке включает получение информации об объеме циркулирующей крови.

[0031] В качестве еще одного варианта этап анализа принятого сигнала включает в себя предварительный этап получения данных о различиях электромагнитного сигнала в нормальной, подозрительной и аномальной ткани в ходе клинических процедур. В качестве дополнительных вариантов этап получения данных о различиях электромагнитного сигнала в нормальной, подозрительной и аномальной ткани в ходе клинических процедур включает в себя корреляцию информации о конкретном электромагнитном сигнале с информацией, полученной в результате одного или нескольких патологоанатомических исследований ткани.

[0032] В качестве еще одного варианта этап реконструкции свойств биологической ткани включает в себя реконструкцию объемной доли клеток (VF_cell).

[0033] В качестве еще одного варианта этап реконструкции свойств биологической ткани включает в себя реконструкцию внутриклеточной проводимости (σ_intracell).

[0034] В качестве еще одного варианта этап реконструкции свойств биологической ткани включает в себя реконструкцию внеклеточной проводимости (σ_extracell).

[0035] В качестве еще одного варианта способ также включает в себя этап, следующий за этапом реконструкции свойств биологической ткани, на котором выполняется визуализация, построение изображения и сопоставительный анализ. В качестве дополнительных вариантов, этап выполнения визуализации, построения изображения и сопоставительного анализа основан как минимум частично на результатах этапа реконструкции диэлектрических свойств биологической ткани; данные о диэлектрических свойствах на основе частоты используются в качестве вводных данных на этапе визуализации, построения изображений и сопоставительного анализа; данные о диэлектрических свойствах на основе времени используются в качестве вводных данных на этапе визуализации, построения изображений и сопоставительного анализа; этап выполнения визуализации, построения изображения и сопоставительного анализа основан как минимум частично на результатах этапа реконструкции свойств биологической ткани; объемная доля клеток (VF_cell) используется в качестве вводных данных на этапе выполнения визуализации, построения изображения и сопоставительного анализа; данные по внутриклеточной проводимости (σ_intracell) используются в качестве вводных данных на этапе выполнения визуализации, построения изображения и сопоставительного анализа; данные по внеклеточной проводимости (σ_extracell) используются в качестве вводных данных на этапе выполнения визуализации, построения изображения и сопоставительного анализа; этап выполнения визуализации, построения изображения и сопоставительного анализа основан как минимум частично на результатах этапа анализа принятого сигнала; этап выполнения визуализации, построения изображения и сопоставительного анализа основан как минимум частично на результатах этапа получения информации о кровотоке; этап получения информации по кровотоку включает в себя получение информации по объему циркулирующей крови; этап получения информации по кровотоку включает в себя получение информации по скорости кровотока; этап получения информации по кровотоку включает в себя получение информации по направлению кровотока; и/или информация о кровотоке получается как минимум частично на основе этапа синхронизации принятого электромагнитного сигнала с сигналом, представляющим цикл кровообращения в биологической ткани.

[0036] В широком смысле слова, данное изобретение по другому аспекту представляет собой способ создания изображений биологических тканей для выявления и локализации аномалий в тканях, и в состав такого способа входят: излучение электромагнитного сигнала вблизи биологической ткани, через зонд, который является передающим зондом; прием излученного электромагнитного сигнала после того, как сигнал был рассеян/отражен биологической тканью, на зонде, который является принимающим зондом; получение информации о кровотоке в биологической ткани; использование алгоритма реконструкции свойств ткани и данных по кровотоку, реконструкция свойств биологической ткани; определение при помощи блока слежения положения как минимум одного передающего зонда и принимающего зонда в процессе приема сигнала, при этом как минимум один зонд является отслеживаемым зондом; и корреляция реконструированных свойств ткани с определенным положением зонда с тем, чтобы можно было выявить и определить пространственное положение аномалий тканей.

[0037] В качестве варианта передающий зонд и принимающий зонд совпадают.

[0038] В качестве еще одного варианта передающий зонд и принимающий зонд не совпадают. В качестве еще одного варианта отслеживаемый зонд включает в себя и передающий зонд, и принимающий зонд в процессе приема сигнала.

[0039] В качестве еще одного варианта способ также включает в себя предварительный этап, на котором определяется, находится ли отслеживаемый зонд рядом с биологической тканью. В качестве дополнительных вариантов способ также включает в себя этап получения с помощью отслеживаемого зонда указания на то, находится ли отслеживаемый зонд вблизи биологической ткани; этап определения нахождения отслеживаемого зонда вблизи биологической ткани основан как минимум частично на известных данных о различиях электромагнитного сигнала в биологической ткани, воздухе и геле; способ также включает предварительный этап получения данных о различиях электромагнитного сигнала в биологической ткани, воздухе и геле по результатам одного или нескольких физических/биофизических экспериментов; и/или этап определения нахождения отслеживаемого зонда вблизи биологической ткани включает в себя определение нахождения отслеживаемого зонда в физическом контакте с биологической тканью.

[0040] В качестве еще одного варианта этап определения включает в себя определение положения сенсора, расположенного в отслеживаемом зонде. В качестве дополнительного варианта этап определения включает в себя определение положения как минимум трех сенсоров, расположенных внутри отслеживаемого зонда; и/или по крайней мере три датчика разнесены в пространстве внутри отслеживаемого зонда.

[0041] В качестве еще одного варианта этап определения включает в себя определение положения отслеживаемого зонда в трех измерениях.

[0042] В качестве еще одного варианта этап определения включает в себя определение положения отслеживаемого зонда в различные моменты времени.

[0043] В качестве еще одного варианта способ также включает в себя этап корреляции определенного положения отслеживаемого зонда с известными данными о положении и контурах биологической ткани. В качестве дополнительного варианта способ также включает в себя процесс профилирования, который выполняется до этапа приема излученного электромагнитного сигнала, на котором положение отслеживаемого зонда, как минимум в двух измерениях, определяется неоднократно при помещении отслеживаемого зонда в различные места на поверхности биологической ткани, в результате чего создается цифровая карта поверхности биологической ткани, которая впоследствии используется на этапе корреляции определенного положения с положением и контурами биологической ткани; кроме того, способ включает в себя картирование состояния ткани; на этапе картирования состояния ткани используются сопоставимые данные из базы данных; сопоставимые данные в базе данных основаны на предшествующих экспериментах с животными и клинических исследованиях пациентов; и/или способ также включает в себя этап создания изображения ткани.

[0044] В качестве еще одного варианта информация о кровотоке получается как минимум частично на основе этапа синхронизации принятого электромагнитного сигнала с сигналом, представляющим цикл кровообращения в биологической ткани. В качестве дополнительных вариантов информация о кровотоке получается как минимум частично на этапе, следующем за этапом синхронизации, обработки синхронизированных сигналов с использованием когерентного усреднения; и/или этап получения информации о кровотоке включает получение информации об объеме циркулирующей крови.

[0045] В качестве еще одного варианта способ также включает в себя этап анализа принятого сигнала на основе как минимум полученных данных о кровотоке и данных о различиях в электромагнитном сигнале в нормальной, подозрительной и аномальной ткани. В качестве дополнительных вариантов способ также включает в себя этап использования алгоритма реконструкции диэлектрических свойств, реконструкции диэлектрических свойств биологической ткани на основе как минимум результатов этапа анализа и на основе информации о кровотоке; этап реконструкции свойств тканей основан как минимум частично на результатах этапа реконструкции диэлектрических свойств ткани и на основе информации о кровотоке; этап анализа полученного сигнала включает в себя предварительный этап получения данных о различиях электромагнитного сигнала в нормальной, подозрительной и аномальной ткани в ходе клинических процедур; и/или этап получения данных о различиях электромагнитного сигнала в нормальной, подозрительной и аномальной ткани в ходе клинических процедур включает в себя корреляцию информации о конкретном электромагнитном сигнале с информацией, полученной в результате одного или нескольких патологоанатомических исследований ткани.

[0046] В качестве еще одного варианта излучаемый электромагнитный сигнал является первым электромагнитным сигналом, а принимаемый электромагнитный сигнал является вторым электромагнитным сигналом, а способ также включает в себя этап обработки первого и второго электромагнитных сигналов при помощи допплеровского суб-блока. В качестве дополнительного варианта информация о кровотоке получается как минимум частично на основе этапа синхронизации данных, полученных на допплеровском суб-блоке, с сигналом, представляющим цикл кровообращения в биологической ткани; этап получения информации по кровотоку включает в себя получение информации по объему циркулирующей крови; этап получения информации по кровотоку включает в себя получение информации по скорости кровотока; и/или этап получения информации о кровотоке включает получение информации о направлении кровотока.

[0047] В качестве еще одного варианта этап реконструкции свойств биологической ткани включает в себя реконструкцию объемной доли клеток (VF_cell).

[0048] В качестве еще одного варианта этап реконструкции свойств биологической ткани включает в себя реконструкцию внутриклеточной проводимости (σ_intracell).

[0049] В качестве еще одного варианта этап реконструкции свойств биологической ткани включает в себя реконструкцию внеклеточной проводимости (σ_extracell).

[0050] В качестве еще одного варианта этап корреляции реконструированных свойств тканей с определенным положением зонда включает в себя выполнение визуализации/построения изображения и сопоставительный анализ. В качестве дополнительных вариантов данные о диэлектрических свойствах на основе частоты используются в качестве вводных данных на этапе визуализации, построения изображений и сопоставительного анализа; данные о диэлектрических свойствах на основе времени используются в качестве вводных данных на этапе визуализации, построения изображений и сопоставительного анализа; данные об объемной доле клеток (VF_cell) используются в качестве вводных данных на этапе выполнения визуализации, построения изображения и сопоставительного анализа; данные по внутриклеточной проводимости (σ_intracell) используются в качестве вводных данных на этапе выполнения визуализации, построения изображения и сопоставительного анализа; данные по внеклеточной проводимости (σ_extracell) используются в качестве вводных данных на этапе выполнения визуализации, построения изображения и сопоставительного анализа; этап выполнения визуализации/построения изображения и сопоставительного анализа основан как минимум частично на результатах этапа анализа принятого сигнала, как минимум на полученной информации о кровотоке и на данных о различиях электромагнитного сигнала в нормальной, подозрительной и аномальной ткани; этап выполнения визуализации/построения изображения и сопоставительного анализа основан как минимум частично на результатах этапа получения информации по кровотоку; этап получения информации по кровотоку включает в себя получение информации по объему циркулирующей крови; этап получения информации по кровотоку включает в себя получение информации по скорости кровотока; этап получения информации о кровотоке включает получение информации о направлении кровотока; и/или информация о кровотоке получается как минимум частично на основе этапа синхронизации полученного электромагнитного сигнала с сигналом, представляющим цикл кровообращения в биологической ткани.

[0051] Прочие области возможного применения данного изобретения станут очевидными после ознакомления с подробным описанием, приведенным ниже. Мы подчеркиваем, что подробное описание и конкретные примеры дают понимание наиболее предпочтительных областей использования изобретения, но приводятся исключительно в качестве иллюстрации и не призваны ограничивать объем изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0052] Прочие аспекты, возможности применения и преимущества данного изобретения станут очевидными из следующего подробного описания со ссылкой на следующие чертежи, на которых:

Фиг. 1 представляет собой схематичное изображение портативной системы биозондирования и биовизуализации в электромагнитном поле (EMFBioSI) в приоритетном техническом исполнении настоящего изобретения;

Фиг. 2 представляет собой вид в перспективе одного из возможных вариантов реализации портативного блока управления и зонда системы из Фиг. 1;

Фиг. 3 представляет собой схематичное изображение портативного блока управления системы из Фиг. 1;

ФИГ. 4 представляет собой схематическое изображение допплеровского суб-блока, используемого в системе из Фиг. 1;

Фиг. 5 представляет собой вид в перспективе зонда из Фиг. 2, помещенного на руку человека;

Фиг. 6A представляет собой вид в перспективе зонда из Фиг. 2;

Фиг. 6B представляет собой развернутый в перспективе вид зонда из Фиг. 2, с изображением трех сенсоров контроля положения и прямоугольного волновода;

Фиг. 7 представляет собой блок-схему рабочего процесса системы EMFBioSI из Фиг. 1, соответствующую одному или нескольким приоритетным вариантам реализации настоящего изобретения;

Фиг. 8 представляет собой схематичное изображение системы EMFBioSI с внутренним блоком слежения;

Фиг. 9 представляет собой схематичное изображение портативного блока управления системы из Фиг. 13;

Фиг. 10 представляет собой схематичное изображение системы EMFBioSI, соответствующее еще одному приоритетному варианту реализации настоящего изобретения;

Фиг. 11 представляет собой общий вид одного из возможных вариантов реализации портативного блока управления и зондов системы из Фиг. 6;

Фиг. 12 представляет собой схематичное изображение портативного блока управления системы из Фиг. 10;

Фиг. 13 представляет собой вид в перспективе двух зондов из Фиг. 11, помещенных на руку человека;

Фиг. 14 представляет собой блок-схему рабочего процесса системы EMFBioSI из Фиг. 10, соответствующую одному или нескольким приоритетным вариантам реализации настоящего изобретения;

Фиг. 15 представляет собой вид в перспективе комбинации зондов, соответствующей еще одному приоритетному варианту реализации настоящего изобретения;

Фиг. 16 представляет собой вид в перспективе зонда из Фиг. 15, помещенного на руку человека;

Фиг. 17A представляет собой график изменения амплитуды электромагнитных сигналов после прохождения через конечность свиньи по причине уменьшения тока крови в бедре;

Фиг. 17B представляет собой график изменения фазировки электромагнитных сигналов после прохождения через конечность свиньи по причине уменьшения тока крови в бедре;

Фиг. 18A представляет собой график изменения амплитуды и фазы электромагнитных сигналов после прохождения через конечность свиньи по причине роста давления в межфасциальном пространстве; и

Фиг. 18B представляет собой график уменьшения тока крови через бедро по причине роста давления в межфасциальном пространстве, показанного на Фиг. 18A.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

[0053] Мы хотим начать со слов о том, что любой человек, имеющий общее представление о предмете вопроса, легко поймет то, что данное изобретение имеет большой спектр применения и потенциал. Кроме того, любое рассмотренное практическое воплощение, которые было признано "приоритетным", считается частью наиболее оптимального способа использования, предусмотренного как инструмент для применения настоящего изобретения. Также в качестве дополнительных иллюстраций могут рассматриваться и другие практические воплощения, что позволит предоставить полную и полезную с практической точки зрения характеристику изобретения. Следует понимать, что при той или иной реализации может быть использован как один, так и несколько описанных выше аспектов изобретения, а также могут задействоваться как одна, так и несколько из описанных выше характеристик. Кроме того, многие воплощения, такие как адаптации, вариации, модификации и аналогичные им изменения, будут косвенно раскрыты в составе рассмотренных в настоящем документе практических воплощений, и они также входят в рамки настоящего изобретения.

[0054] Соответственно, хотя настоящее изобретение подробного описывается в данном документе в виде одного или нескольких воплощений, понимается, что данная информация является иллюстративной, представляет собой примеры использования изобретения и приводится только для того, чтобы предоставить полное и полезное с практической точки зрения описание изобретения. Подробная раскрытая в настоящем документе информация в отношении одного или нескольких практических воплощений не призвана и не может толковаться как ограничивающая объем патентной защиты данного изобретения, и объем такой защиты должен определяться патентными формулами и их эквивалентами. Мы не рассчитываем на то, что объем патентной защиты данного изобретения будет определяться с ограничением какой-либо формулы положениями настоящего документа, которые не вошли непосредственно в саму патентную формулу.

[0055] Таким образом, например, любая очередность и/или временная последовательность действий в составе различных процессов или способов, которые описаны в настоящем документе, является иллюстративной и не носит характер ограничения. Соответственно, следует исходить из того, что хотя действия в рамках различных процессов или способов могут быть показаны и описаны в качестве некоей последовательности или временного порядка, действия в рамках такого процесса или способов не ограничиваются совершением их в какой-либо конкретной последовательности или порядке, если не указано иное. На самом деле, действия в составе таких процессов или способов могут в целом осуществляться в различной очередности или последовательности, но все равно являться частью настоящего изобретения. Соответственно предполагается, что объем патентной защиты данного изобретения определяется по прилагаемым патентным формулам, а не по описанию, приведенному в настоящем документе.

[0056] Кроме того, важно отметить, что каждый термин, используемый в настоящем документе, ссылается на то, что будет понято Лицом, разбирающемся в предмете вопроса, как значение такого термина в контексте его использования. Если значение какого-либо термина, используемого в настоящем документе (и понятого Лицом, разбирающемся в предмете вопроса, с учетом его контекста), отличается каким-либо образом от конкретного словарного определения такого термина, то мы исходим из того, что приоритетный характер должно иметь значение, в котором этот термин поняло Лицо, разбирающееся в предмете вопроса.

[0057] Что касается применимости 35 U.S.C. §112, ¶6, никакие компоненты патентной заявки не предполагают их толкование в соответствии с настоящим положением законодательства, если в отношении такого компонента заявки не указано непосредственно, что он “означает для целей» или «предусматривает применение», и в таком случае указанное положение законодательства должно применяться при толковании данного компонента заявки.

[0058] Кроме того, важно отметить, что при использовании в настоящем документе "какой-либо" и "какая-либо" в целом означают "как минимум один/одна", и не исключают наличия множества таких объектов, если контекстом не продиктовано иное. Соответственно, ссылка на "корзину для пикника с яблоком внутри" является описанием "корзины для пикника с как минимум одним яблоком внутри", а также "корзины для пикника с яблоками внутри". И наоборот, ссылка на "корзину для пикника с одним яблоком внутри" является описанием "корзины для пикника с только одним яблоком внутри".

[0059] При использовании в настоящем документе в качестве союзного слова для объединения перечисляемых позиций "или" означает "как минимум один из предметов", но не исключает допустимости наличия нескольких предметов из списка. Таким образом, ссылка на "корзину для пикника с сыром или крекерами внутри" является описанием "корзины для пикника с сыром, но без крекеров внутри", "корзины для пикника с крекерами, но без сыра внутри", и "корзины для пикника и с сыром, и с крекерами внутри". И наконец, при использования для объединения перечисляемых позиций "и" означает "все предметы из списка". Таким образом, ссылка на "корзину для пикника с сыром и крекерами внутри" является описанием "корзины для пикника с сыром внутри, а также корзины для пикника, внутри которой есть еще и крекеры", и описанием "корзины для пикника с крекерами внутри, а также корзины для пикника, внутри которой есть еще и сыр".

[0060] Ниже мы рассматриваем схемы, в которых одинаковыми номерами обозначены одни и те же компоненты на различных изображениях, и описываем приоритетные практические воплощения данного изобретения. Приводимое далее описание одного или нескольких приоритетных воплощений является только примером по своему характеру и ни при каких обстоятельствах не должно ограничивать характер данного изобретения, его применение или формы использования.

[0061] Фиг. 1 представляет собой схематичное изображение портативной системы биозондирования и биовизуализации в электромагнитном поле (EMFBioSI) 110 в приоритетном техническом исполнении настоящего изобретения. Система 110 включает в себя портативный блок управления 150, ручной зонд 164, внешний генератор электромагнитного поля 112 и внешний блок слежения 118. Для использования вместе с блоком слежения 118 может использоваться источник питания 122, в состав которого могут входит преобразователь AC/DC и один или несколько аккумуляторов.

[0062] На Фиг. 2 показан вид в перспективе портативного блока управления 150 и зонда 164 системы EMFBioSI 110, а Фиг. 3 представляет собой схематичное изображение блока управления 150 из Фиг. 1. Примечательно, что в отличие от разработанных ранее инновационных систем в данном изобретении блок управления 150 имеет достаточно компактные габариты. Блок управления 150 состоит из допплеровского суб-блока 170, портативного Векторного анализатора сетей (ВАС) (например, двухпортового портативного ВАС Agilent FieldFox) 156, планшетного компьютера 162 и суб-блока питания 160. Планшетный компьютер 162 обеспечивает основные функции пользователя по управлению системой, в том числе создает основной пользовательский интерфейс. Планшетный компьютер 162 подключен к ВАС 156, который генерирует электромагнитные сигналы с заданными параметрами, через первый канал связи 169, и аналогичным образом подключен к допплеровскому суб-блоку 170, который обрабатывает принятые сигналы после того, как они прошли через исследуемую область, через второй канал связи 171. Планшетный компьютер 162 также подключен к внешнему блоку слежения 118 через третий канал связи 173.

[0063] Электромагнитные сигналы, которые генерирует ВАС 156, передаются по кабелю на излучающий их зонд 164 и проходят через ткани. Электромагнитный сигнал, отраженный или прошедший через ткани, возвращается на ВАС 156 через зонд и коаксиальный кабель на тот же самый порт (или на второй порт, как описывается ниже), и комбинированный отраженный или прошедший через ткани электромагнитный сигнал замеряется на ВАС, например, по параметру амплитуды или фазировки, или же по величине реальной и мнимой частей сигнала. Обычно электромагнитный сигнал, который излучается первым портом, отражается исследуемым образцом и замеряется на том же самом первом порту, именуется S₁₁. (Аналогично этому, если используется второй зонд, как описывается ниже, электромагнитный сигнал, который излучается вторым портом, отражается образцом и замеряется на первом порту, именуется S₂₁.) Общий сигнал, который был сгенерирован портом i и измерен на порту j после контакта с образцом, именуется S_ij. Все это дополнительно рассматривается ниже в других разделах настоящего документа.

[0064] Как подробнее описывается далее, замеряемые электромагнитные сигналы, которые генерирует ВАС 156, также поступают на допплеровский суб-блок 170 по четвертому каналу связи 152. Электромагнитный сигнал подается на зонд 164 через гнездо подключения зонда 168. Как минимум в нескольких вариантах реализации для подключения зонда 168 используется высококачественный коаксиальный кабель 168. Как описывается далее, зонд 164 как излучает электромагнитные сигналы, так и принимает их после прохождения или отражения от исследуемой области. После поступления на ВАС сигналы обрабатываются на допплеровском суб-блоке 170, результат далее обрабатывается приложением, установленном на планшетном компьютере 162.

[0065] ФИГ. 4 – схематическое изображение допплеровского суб-блока 170, используемого в системе 110. Допплеровский суб-блок 170 включает в себя двунаправленный соединитель 172, имеющий линию прямой связи 174 и линию обратной связи 175. Выход с линии прямой связи 174 подключен к первому усилителю 176, выход с которого подключен к двустороннему силовому делителю мощности 90° 178. Выход с линии обратной связи 175 подключен ко второму усилителю 196, а затем к третьему усилителю 197, выход с которого подключен к двустороннему силовому делителю мощности 0° 198. Выходы 179, 180, 199, 200 силовых делителей мощности 178, 198 подключены к микшерам 181, 182, выходы которых (183, 184) подключены к низкочастотным фильтрам 185, 186. Одним из устройств, которые можно использовать в качестве микшеров 181, 182, является Mini-Circuits ZFM. Выход каждого низкочастотного фильтра 185, 186 подключен к соответствующему усилителю, и затем к аналого-цифровому преобразователю (АЦП) 210, а выходы 212, 214 АЦП 210 подключены к цифровому устройству обработки сигналов 220.

[0066] Во время работы электромагнитный сигнал с ВАС 156 подается на зонд 164 через двунаправленный соединитель 172. Тот же самый электромагнитный сигнал проходит по линии прямой связи 174, проходит через усилитель 176 и затем проходит через двусторонний силовой делитель мощности 90⁰ 178 для получения на одном выводе 179 синфазного сигнала, а на другом выводе 180 квадратурного сигнала. Как минимум в одном варианте реализации электромагнитный сигнал с ВАС 156 подается на уровне 0дБм (0,001Вт), электромагнитный сигнал, проходящий по линии прямой связи 174, имеет мощность -20 дБм (0,01 мВт), а результирующий сигнал усиливается на 30 дБ до +10 дБм (10 мВт).

[0067] При этом основной электромагнитный сигнал с ВАС 156 подается на зонд 164 для исследования биологического объекта 163 в зоне исследования. На Фиг. 5 показан вид в перспективе зонда 164 из Фиг. 1, используемого в составе системы EMFBioSI 110, который помещен на руку человека 163. Электромагнитный сигнал 152 с ВАС 156 принимается непосредственно зондом 164 по коаксиальному кабелю 168. Зонд 164 направляет сигнал в ткани руки 163. Результирующий сигнал отражается и рассеивается тканями руки 163 обратно в направлении зонда 164, где он принимается и направляется обратно на блок управления 150 по коаксиальному кабелю 168.

[0068] Хотя в описанном выше варианте реализации используется только один зонд, предусматривается возможность использования одного или нескольких дополнительных зондов. При таком варианте реализации сигнал, принимаемый одним зондом, мог исходить как от того же самого зонда, так и от другого зонда. Таким образом, каждый принятый сигнал периодически далее именуется S_jk, где j – указание на порт j на ВАС 156, когда к такому порту подключен зонд. Порт j генерирует первичный электромагнитный сигнал и подает его на зонд в направлении исследуемого участка. Индекс k означает порт k на ВАС 156, к которому в определенных вариантах реализации подключается зонд. Порт k через антенну в зонде принимает или собирает отраженный/рассеянный электромагнитный сигнал. В системе EMFBioSI 110, описанной выше, используется только один зонд 164, соответственно, j=1, k=1, а полученный обратно на блоке управления 150 сигнал обозначается как S₁₁. В прочих вариантах реализации может использоваться более одного зонда. Например, в одном из описываемых далее вариантов предполагается использование двух зондов. В различных вариантах реализации с двумя зондами другие принятые сигналы могут обозначаться, например, как S₂₂, S₂₁ и S₁₂.

[0069] Возвращаясь к Фиг. 4, часть отраженного электромагнитного сигнала или поля проходит через зонд 164 и кабель на двунаправленный соединитель 172, где направляется на линию обратной связи 175. Сигнал с выхода проходит через два усилителя 196, 197 и затем через двусторонний силовой делитель мощности 0° 198 для получения на одном выходе 199 синфазного сигнала, а на другом выходе 200 - квадратурного сигнала. Как минимум в одном из возможных вариантов реализации отраженный электромагнитный сигнал принимается на двунаправленном соединителе 172 с мощностью -50 дБм, а затем усиливается на 60 дБ и потом доводится до уровня +10 дБм с использованием двух усилителей 196, 197.

[0070] Таким образом, четыре сигнала, полученные на соответствующих выходах 179, 180, 199, 200 с силовых делителей мощности 178, 198, объединяются для целей анализа. Синфазный сигнал с первого выхода 179 двустороннего силового делителя мощности 90° 178, первоначальным источником которого был ВАС 156, и сигнал с первого выхода 199 двустороннего силового делителя мощности 0° 198, первоначальным источником которого был электромагнитный сигнал, отраженный или рассеянный тканями, направляются на первый микшер 181 (Mini-Circuits ZFM-2000) для получения синфазного сигнала I_out на его выходе 183. Одновременно с этим квадратурный сигнал со второго выхода 180 двустороннего силового делителя мощности 90⁰ 178, первоначальным источником которого был ВАС 156, и сигнал со второго выхода 200 двустороннего силового делителя мощности 0⁰ 198, первоначальным источником которого был электромагнитный сигнал, отраженный или рассеянный тканями, направляются на второй микшер 182 для получения квадратурного сигнала Q_out на его выходе 184. Затем как I-Out, так и Q-Out проходят через соответствующие низкочастотные фильтры 185,186 и подаются на АЦП 210, а оцифрованные сигналы с выходов АЦП 212,214 подаются на цифровой процессор сигналов (ЦПС) 220 или напрямую на компьютер 162 для дальнейшего анализа и обработки сигналов.

[0071] На Фиг. 6A показан вид в перспективе зонда 164 из Фиг. 1. На Фиг. 6B показан развернутый в перспективе вид зонда из Фиг. 6A, с изображением трех сенсоров контроля положения 166 и волновода 167. Как минимум в одном варианте реализации волновод имеет прямоугольную форму. Пространственные положения (x(t), y(t), z(t)) каждого из сенсоров контроля положения 166 на постоянной основе контролируются блоком слежения 118. Удачным примером такого блока может быть система Aurora от компании NDI (дополнительная информация по адресу http://www.ndigital.com/medical). Следует отметить, что хотя зонд 164, показанный на рисунке и описанный в настоящем документе, имеет три сенсора 166, предполагается, что в других вариантах реализации сенсоров может быть более трех штук. Три сенсора контроля положения 166 разнесены в пространстве внутри зонда 164, чтобы обеспечить контроль положения (x(t), y(t), z(t)) головки зонда 165 во время клинических исследований с поверхности биологической ткани 163. Сенсоры контроля положения 166 также используются для контроля за углом, под которым зонд 164 излучает электромагнитный сигнал, которым проводится исследование тканей. Информация, поступающая с указанных сенсоров 166, требуется для профилирования/получения двухмерных изображений поверхностей тканей, так как место и угол, под которым подается сигнал, должны быть известны как для профилирования, так и для создания правильного изображения.

[0072] Центральной частью зонда 164 является волновод 167. В некоторых вариантах реализации волновод может иметь прямоугольную форму. В некоторых вариантах реализации волновод прямоугольной формы 167 заполняется подходящим материалом, подбираемым или разрабатываемым так, чтобы его диэлектрические свойства совпадали с диэлектрическими свойствами биологических тканей, и чтобы при этом обеспечивался минимальный размер зонда 164. Для этих целей диэлектрические свойства биологических тканей хорошо известны и классифицированы. Например, при 1ГГц они изменяются с ε=55+j23 у тканей с высоким содержанием воды (мышцы, кожа) до ε=5+j1.5 у тканей с низким содержанием воды (жир, костная ткань). Одним из примеров подходящего материала является керамика с ε~60 и малым затуханием, и подходящий керамический волновод 167 может, соответственно, иметь размеры 21×7,5×53 мм. При этом размеры соответствующего зонда будут находиться в пределах клинически допустимых параметров. Полезная информация о диэлектрических свойствах приведена в публикации «Диэлектрические свойства биологических тканей: II. Измерения в частотном диапазоне 10Гц – 20ГГц», авторы - С. Гэбриэл, Р.У. Лау и Дж. Гэбриэл (Gabriel S, Lau RW and Gabriel G 1996, “The dielectric properties of biological tissues: II. Measurements in the frequency range 10Hz to 20 GHz,”) журнал «Физика в медицине и биологии» (Phys. Med. Biol.) 41 2251-69 (далее – «публикация Gabriel»), которая в полном объеме включена в настоящий документ по ссылке.

[0073] Для волноводов прямоугольной формы, где A>B (например, где грань A=21 мм, а B=7,5 мм), т.е. параметры A и B задают размеры граней волновода, нижняя граница критической частоты (частоты среза) находится в основной моде H₁₀. Частота определяется по следующей формуле:

где:

A - размер [м] наибольшей стенки волновода по сечению B x C;

f - частота [Гц];

где:

c – скорость света в вакууме=2,9979*10⁸ [м/сек]

то мы получаем:

где

Полная информация об указанных выше уравнениях (1) – (4) приведена в книге «Классическая электродинамика» Дж.Д. Джексона, 3-е издание, изд-во John Wiley & Sons, Inc, 1999 г. (J.D. Jackson “Classical Electrodynamics”, 3^rd edition, John Wiley & Sons, Inc, 1999), которая в полном объеме включена в настоящий документ по ссылке.

[0074] Поскольку проницаемость большинства биологических тканей равна 1, при использовании «специального материала» с диэлектрической проницаемостью порядка 30-60 и проницаемостью, превышающей единицу, появляется возможность сохранить хорошее совпадение электромагнитных параметров и уменьшить размер зонда 164, в результате чего в приоритетном варианте реализации будет использоваться зонд с несколькими головками (с несколькими волноводами). Подходящие керамические волноводы могут производиться посредством обычного трехэтапного процесса. На первом этапе изготавливается керамическая пластина (в нашем примере с размерами 53×21×7,5 мм с отверстием в необходимой точке). Для этого может использоваться соответствующая печь или ее аналог для спекания порошкообразных исходных компонентов. В качестве примера, исходным компонентом может быть титанат бария (BaTi₄O₉или Ba₂Ti₉O₂₀). Вторым шагом является металлизация всей поверхности керамической пластины, за исключением той части, которая будет излучать электромагнитный сигнал, и отверстия в пластине, в котором будет осуществляться возбуждение поля. Это может быть обеспечено путем нанесения пасты с высокой проводимостью (обычно используется серебро) и последующего нагревания. Третий шаг – подключение внешнего проводника (из коаксиального кабеля) к одной металлизированной поверхности, и внутреннего проводника к противоположной металлизированной поверхности через отверстие, в котором будет осуществляться возбуждение поля. Повышенная проницаемость электромагнитного волновода достигается на первом этапе при производстве из смеси обычного исходного компонента (например, титаната бария (BaTi₄O₉ или Ba₂Ti₉O₂₀)) в виде порошка с порошком магнитного вещества, обладающего высокой проницаемостью и малыми потерями на микроволновых частотах. Обычные ферриты (например, NiZn или MnZn) обладают высокой проницаемостью для низких (кГц) частот, но на высоких частотах (МГц и ГГц) они показывают значительное снижение проницаемости и увеличение потерь. Интересующие нас частоты составляют порядка 1ГГц. Данные частоты представляют большой интерес для целей различного промышленного использования материалов с высокой магнитной проницаемостью, например, для нужд беспроводной связи и хранения данных. В нашем случае к потенциально полезным магнитным материалам могут относиться (1) нанокристаллические материалы на основе Fe-Co-Ni-B с эффективной магнитной проницаемостью порядка 500-600 в диапазоне 1ГГц [4], Co-Fe-Zr-B или Co-Fe-Si-B; и/или (2) новые гексаферриты (с формулой M(Fe₁₂O₁₉), в которых веществом M обычно является барий (Ba), стронций, кальций (Ca) или свинец (Pb), у которых проницаемость и диэлектрическая проницаемость могут изменяться в зависимости от состава материала и частоты.

Технологические алгоритмы и рабочий процесс

[0075] Фиг. 7 представляет собой блок-схему рабочего процесса 300 системы EMFBioSI 110 из Фиг. 1, соответствующую одному или нескольким приоритетным вариантам реализации настоящего изобретения. Как показано на этом рисунке, в рамках этого процесса 300 задействуется ряд входных сигналов, в том числе S₁₁, который показан на Фиг. 4; внутренний таймер 314; выход с допплеровского суб-блока 170, который показан на Фиг. 4; сигналы с сенсоров 318, а также электрокардиографический (ЭКГ) или плетизмографический сигнал 116. В процессе 300 также используются дополнительные данные и иная информация, полученная или созданная до начала работы и хранящаяся в базе данных или иных компонентах системы 110. Такая информация, выступающая в качестве контрольных данных, включает материальные сведения (контрольные данные) 310, т.е. данные о том, как меняются параметры S₁₁ в зависимости от того, проходит ли S₁₁ через ткани, воздух или гель, а также информацию о тканях (контрольные данные) 312, касающуюся «нормальных», «подозрительных» и «аномальных» характеристик S₁₁. Такая материальная информация или контрольные данные 310 могут быть получены в ходе физических/биофизических экспериментов, тогда как данные о параметрах тканей или контрольные данные 312 могут быть получены в ходе предыдущих клинических процедур, когда конкретный электромагнитный сигнал S₁₁ коррелируется с данными патологоанатомических исследований тканей.

[0076] Контрольные материальные данные 310 используются в блоке принятия решений 316, где происходит определение того, находится ли зонд 164 на биологической ткани 163 или нет. Для упрощения работы оператора выводится информация о том, действительно ли зонд 164 находится на ткани 163. Вывод такой информации может осуществляться в виде светового сигнала зеленого цвета, короткого звукового сигнала или иным образом. Также можно предусмотреть указание на то, что зонд 164 не находится на ткани, в виде красного светового сигнала, срабатывания зуммера или иным образом. Контрольные материальные данные 310 также являются вводной информацией для фильтра 320. Когда система определяет, что зонд находится на ткани 163, и сигнал находится в приемлемом диапазоне для прохождения через фильтр 320, сигнал готов к тому, чтобы блок 326 проводил анализ комбинированного сигнала S₁₁.

[0077] Данному блоку 326 также требуются вводные данные из числа контрольных данных о состоянии тканей 312 и данные от анализатора тока крови 350. Контрольные данные о состоянии тканей, которые соответствуют различиям в значениях S₁₁ в случае нормальной, подозрительной или аномальной ткани, хранятся в компьютерной базе данных и в режиме «онлайн» сопоставляются с принятым электромагнитным сигналом S₁₁. Может применяться корреляционный и взаимно-корреляционный анализ, а также способ определения зависимостей в данных.

[0078] Анализатор тока крови 350 основан на использовании допплеровского сигнала, обработанного с синхронизацией по зубцу R на блоке 340 и подвергнутого когерентному усреднению на блоке 342. Ниже приводится объяснение этого процесса. Сигнал на допплеровской частоте является слабым и сравним с шумовым сигналом. На блоке 342 с помощью когерентного усреднения выявляется сигнал с амплитудой, которая сравнима или меньше, чем амплитуда шумового сигнала. Рассмотрим случай с N итерациями сходных сигналов x(t) с его реализацией j в форме:

где x(t) – сигнал, noise(t) – случайный шум, и тогда в случае N итераций мы получаем:

Амплитуда случайного шума уменьшается на порядок, величина которого равна N. Результат в виде получения когерентного сигнала достигается как минимум в некоторых вариантах реализации системы 110 посредством синхронизации 340, которая иногда далее именуется синхронизацией по зубцу R (используется зубец «R» из «набора» зубцов QRS на обычной электрокардиограмме) итераций допплеровского сигнала 171 и оценки циклов кровообращений, которые представлены электрокардиографическим (ЭКГ) или плетизмографическим входящим сигналом 116. Принятые допплеровские сигналы 171, подвергнутые когерентному усреднению в расчете на цикл кровообращения, представляют собой сигналы x(t) в приведенном выше уравнении. Когерентное усреднение является возможным в результате синхронизации с циклами кровообращения (синхронизация по зубцу R), информация о которых поступает при отдельной оценке ЭКГ, R-импульсов или плетизмографии, или же в результате иных способов синхронизации с кровообращением.

[0079] Возвращаясь к Фиг. 7, анализ комбинированного сигнала S₁₁ сейчас осуществляется на блоке 326 с использованием контрольных данных о состоянии тканей 312, фильтра 320 и анализатора тока крови 350. При изменении частоты возбуждения (выше доминантной моды) происходит возбуждение поперечной электрической (TE) моды и поперечной магнитной (TM) моды. При этом также меняется поляризация создаваемого электромагнитного поля. Изучение различных мультимодальных сигналов S₁₁ позволяет оценивать типы тканей и функциональные состояния конкретных изучаемых тканей. Информация об объеме кровотока, полученная от "анализатора тока крови" (блок 350), используется для "анализа комбинированного сигнала S₁₁» 326 для оценки изменений в сигнале S₁₁, вызываемых параметрами тканей. В частности, частотный сдвиг в принятом допплеровском сигнале 171 пропорционально зависим от скорости/направления артериального тока крови, а сила (или амплитуда) сигнала пропорционально зависима от объема тока артериальной крови.

[0080] После завершения анализа комбинированного сигнала S₁₁ 326 происходит реконструкция диэлектрических свойств тканей на блоке 330. В ходе такой реконструкции используется информация об измеренном электромагнитном сигнале S₁₁ и результаты анализа комбинированного сигнала S₁₁ 326, выходные данные блока 326; информация об объеме крови, полученная от анализатора тока крови 350; а также алгоритм реконструкции диэлектрических свойств 332. Данные об объеме крови со сведенным в таблицу диэлектрическими параметрами, которые упоминались в связи с публикацией Gabriel, принимаются в расчет при определении объема ткани и ее диэлектрических свойств с использованием теории многокомпонентной смеси диэлектриков. См. Л.Д. Ландау и Е.М. Лифшиц, «Электродинамика сплошных сред», 2-е издание (Landau L.D. and E.M. Lifshitz, Electrodynamics of Continuous Media, 2^nd edition), Pergamon Press, Oxford, 1984 («книга Ландау»), в которой описывается теория многокомпонентной смеси диэлектриков. Один из примеров подходящего алгоритма реконструкции диэлектрических свойств приведен в публикации К.Дж. Бойса, А.Д. Беналли и Р. Зуги «Мультимодальное решение для отражающих свойств открытого прямоугольного волновода с излучением в диэлектрическое полупространство: вопросы прямого и инверсного сигнала» (Bois KJ, Benally AD and R Zoughi “Multimode solution for the reflection properties of an open-ended rectangular waveguide radiating into a dielectric half-space: the forward and inverse problems”), IEEE Trans IM, 1999, 48,6, 1131-1140.

[0081] После того, как диэлектрические свойства тканей реконструированы на блоке 330, такие свойства ткани, как относительный клеточный объем (VF_cell), внутриклеточная проводимость (σ_intracell) и внеклеточная проводимость (σ_extracell), реконструируются в анализаторе диэлектрических свойств 336. Реконструкция свойств ткани, осуществляемая анализатором диэлектрических свойств 336, происходит с использованием блока данных о базовых диэлектрических свойствах ткани при изменении частоты и времени (такие данные предоставляются блоком 330, на котором осуществляется реконструкция диэлектрических свойств ткани), информации от анализатора тока крови 350 об объеме кровотока, и алгоритма реконструкции свойств тканей 338. Необходимо еще раз указать, что данные об объеме крови со сведенным в таблицу диэлектрическими параметрами принимаются в расчет при определении объема ткани и ее диэлектрических свойств с использованием теории многокомпонентной смеси диэлектриков. Примеры подходящих алгоритмов реконструкции диэлектрических свойств приведены в публикации «Моделирование диэлектрических свойств клеточных структур в радиочастотном и микроволновом спектрах. Электрически взаимодействующие и невзаимодействующие клетки» С.Ю. Семенова, Г.И. Симоновой, А.Н. Старостина, М.Г. Таран, А.Е. Суворова А.Е. Булышева, Р.Х. Свенсона, А.Г. Назарова, Ю.Е. Сизова, В.Г. Посуха, А. Павловского и Г.П. Татсиса (Examples of suitable tissue properties reconstruction algorithms are found in Semenov S.Y., Simonova G.I., Starostin A.N., Taran M.G., Souvorov A.E., Bulyshev A.E., Svenson R.H., Nazarov A.G., Sizov Y.E., Posukh V.G., Pavlovsky A., Tatsis G.P., “Modeling of dielectrical properties of cellular structures in the radiofrequency and microwave spectrum/Electrically interacting vs non-interacting cells”) в журнале Annals of Biomedical Engineering, 2001, 29, 5, 427-435, и в публикации «Микроволновая спектроскопия ишемии миокарда и инфаркта. (2) Биофизическая реконструкция» С.Ю. Семенова, Р.Х. Свенсона, А.Е. Булышева, А.Е. Суворова, А.Г. Назарова, Ю.Е. Сизова, В.Г. Посуха, А. Павловского и Г.П. Татсиса (Semenov S.Y., Svenson R.H., Bulyshev A.E., Souvorov A.E., Nazarov A.G., Sizov Y.E., Posukh V.G., Pavlovsky A., Tatsis G.P., “Microwave spectroscopy of myocardial ischemia and infarction/2. Biophysical reconstruction”) в журнале Annals of Biomedical Engineering, 2000, 28, 1, 55-60. Все указанные выше публикации включены в настоящий документ в полном объеме по ссылке.

[0082] В ходе использования системы 110 может оказаться необходимым или полезным обозначить интересующую биологическую область как трехмерную поверхность для того, чтобы осуществить пространственно-временные корреляции между фактическим положением диагностического зонда в конкретный момент проведения исследования и конкретными участками изучаемого биологического образца. Как минимум в некоторых вариантах реализации это будет достигаться за счет процедуры «профилирования» 346, осуществляемой на начальном этапе клинического исследования интересующей биологической области. Оператор может перемещать зонд 164 в различных направлениях по предположительно интересующей с клинической точки зрения области, при этом будет записываться информация о положении зонда. Например, оператор может сначала провести зонд по границе предположительно интересующей с клинической точки зрения области, а затем провести зонд по двум непараллельным линиям внутри границ такой области. Также возможны и другие схемы перемещения зонда, такие как ведение непрерывных линий или точечные касания зондом в различных точках.

[0083] В определенных ситуациях, например, если перемещение зонда в области, представляющей интерес с клинической точки зрения, предполагается в ходе диагностических процедур, то целесообразно будет проводить профилирование 346 одновременно с диагностикой. В этом случае сенсоры контроля положения 166 могут быть физически прикреплены к биологической ткани, аналогично тому, как при проведении ЭКГ прикрепляются электроды.

[0084] В ходе процедуры профилирования 346 положение сенсоров 166 отслеживается или устанавливается по трем измерениям в блоке слежения за сенсорами 354 и анализируется для определения расположения и контура поверхности биологической ткани, представляющей клинический интерес, так, чтобы в результате стали известны два, а предпочтительно три, измерения, и чтобы они были направлены в цифровом виде в блок «слежения за зондом на ткани» 352. В этом блоке 352 продолжается отслеживание положения сенсоров 166; данные сопоставляются с уже известной информацией о поверхности самой ткани 163 для определения положения зонда 164 на ткани 163.

[0085] Рабочий процесс 300 завершается на блоке 370 визуализацией положения зонда на исследуемом объекте, созданием изображения диэлектрических и иных свойств ткани (таких как описанные ниже и/или в иных разделах документа), а также сопоставительным анализом. В данном случае характеристики мультимодального сигнала S₁₁ (такие как частота, амплитуда и фазировка сигнала S₁₁, а также поляризация электрического поля каждой моды) по результатам анализа комбинированного сигнала S₁₁на блоке 326, информация о диэлектрических свойствах, основанная на сведениях о частоте и времени из результатов реконструкции диэлектрических свойств тканей на блоке 330, информация о свойствах тканей (такая как VF_cell, σ_intracell и σ_extracell) от анализатора диэлектрических свойств 336, информация о токе крове, как-то об объеме, скорости и направлении кровотока, полученная от анализатора тока крови 350, информация о положении зонда от блока контроля положения зонда/ткани 352, и данные для сопоставления из базы сопоставимых данных 360 используются для визуализации положения зонда на исследуемом объекте и создания изображения диэлектрических свойств ткани 163, а также для сопоставления характеристик электромагнитного сигнала S₁₁ с данными о свойствах ткани для того, чтобы информировать оператора 380 о состоянии тканей. База данных сопоставимой информации 360 содержит данные от предыдущих экспериментов над животными и данные клинических исследований пациентов.

[0086] Фиг. 8 представляет собой схематичное изображение системы биозондирования и биовизуализации в электромагнитном поле (EMFBioSI) 210 в другом приоритетном техническом исполнении настоящего изобретения. Система 210 аналогична показанной на Фиг. 1, но укомплектована встроенным блоком слежения 218.

[0087] Фиг. 9 представляет собой схематичное изображение портативного блока управления 250 из Фиг. 8. На схеме показан внутренний блок слежения 218 и его подключения к Преобразователям AC/DC, к Аккумулятору в Блоке питания 260 и к Планшетному компьютеру 162.

[0088] Фиг. 10 представляет собой схематичное изображение системы биозондирования и биовизуализации в электромагнитном поле (EMFBioSI) 410 в другом приоритетном техническом исполнении настоящего изобретения. Система 410 аналогична показанной на Фиг. 1, но укомплектована двумя зондами 164.

[0089] На Фиг. 11 показан вид в перспективе портативного блока управления 450 и двух зондов 164 системы EMFBioSI 410, а Фиг. 12 представляет собой схематичное изображение блока управления 450 из Фиг. 10. Блок управления 450 аналогичен показанному на Фиг. 3, но имеет подключение второго зонда 468 ко второму порту ВАС 156 для второго зонда 464. Как минимум в нескольких вариантах реализации для подключения 468 зонда используется высококачественный коаксиальный кабель 468. Как описывается ниже, как зонд 1164, так и зонд 2 464, излучают и принимают электромагнитные сигналы после прохождения ими исследуемой области. После того, как сигналы приняты, они обрабатываются на допплеровском суб-блоке 170, результат далее обрабатывается приложением, установленным на планшетном компьютере 162.

[0090] В данной системе EMFBioSI 410 из-за использования нескольких зондов необходимо осуществить индексирование сигнала, как описано выше. Электромагнитный сигнал, принимаемый одним зондом, мог исходить как от того же самого зонда, так и от другого зонда. Таким образом, каждый полученный сигнал периодически далее именуется S_jk, где j - указание на порт j на ВАС, который передает изначальный электромагнитный сигнал с ВАС 156 по кабелю и антенне в зонде 164 в направлении исследуемой области, а k - указание на порт k на ВАС 156, который принимает отраженный/рассеянный сигнал. В системе 410 зонд 1 164 излучает электромагнитный сигнал, который рассеивается тканью и затем принимается зондом 1164. Как и в системе 110, сигнал, принятый зондом 1, именуется S₁₁. Электромагнитный сигнал, который излучает зонд 1164, также может быть принят зондом 2464. Если используется второй зонд, то сигнал именуется S₁₂. Кроме того, в системе 410 на Фиг. 10 зонд 2464 также может излучать электромагнитный сигнал, который рассеивается тканями и затем принимается зондом 1164, зондом 2464 или обоими зондами. Сигнал, излучаемый зондом 2464 и принятый зондом 1164, может именоваться S₂₁; а сигнал, который и излучался, и был принят зондом 2464, может именоваться S₂₂.

[0091] Возвращаясь к Фиг. 12, зонд 1164 принимает отраженные и рассеянные сигналы S₁₁ и S₂₁ от тканей руки и возвращает сигнал на доппелровский суб-блок 170, где обработка сигнала продолжается точно таким же образом, как и в системе 110, а затем оцифрованные сигналы с выходов АЦП 212, 214 подаются на ЦПС 220 или напрямую на компьютер 162 для дальнейшего анализа и обработки сигналов. S₁₂ принимается ВАС 156 и через подключение попадает на планшетный компьютер 162 для дальнейшего анализа и обработки.

[0092] На Фиг. 13 показан вид в перспективе двух зондов 164, 464, используемых в системе EMFBioSI 410, которые помещены на руку человека.

[0093] Фиг. 14 представляет собой блок-схему рабочего процесса 500 системы EMFBioSI 410 из Фиг. 10, соответствующую одному или нескольким приоритетным вариантам реализации настоящего изобретения. Данная блок-схема сходна с блок-схемой рабочего процесса 300, но имеет ряд описываемых далее отличий. Как показано на этом рисунке, в рамках этого процесса 500 задействуется ряд входных сигналов, в том числе S_jk (где j=1, 2 и k=1, 2); внутренний таймер 314; выход с допплеровского суб-блока 170, который показан на Фиг. 4; сигналы с сенсоров 318, а также электрокардиографический (ЭКГ) или плетизмографический сигнал 116. В процессе 500 также используются дополнительные данные и иная информация, полученная или созданная до начала работы и хранящаяся в базе данных или иных компонентах системы 410. Такая информация, выступающая в качестве контрольных данных, включает материальные сведения (контрольные данные) 510, т.е. данные о том, как меняются параметры S_jk в зависимости от того, проходит ли S_jkчерез ткани, воздух или гель, а также информацию о тканях (контрольные данные) 512, касающуюся «нормальных», «подозрительных» и «аномальных» характеристик S_jk. Такая материальная информация или контрольные данные 510 могут быть получены в ходе физических/биофизических экспериментов, тогда как данные о параметрах тканей или контрольные данные 512 могут быть получены в ходе предыдущих клинических процедур, когда конкретный электромагнитный сигнал S_jk коррелируется с данными патологоанатомических исследований тканей.

[0094] Контрольные материальные данные 510 используются в блоке принятия решений 516, где происходит определение того, находятся ли оба зонда 164, 464 на биологической ткани 163 или нет. Для упрощения работы оператора выводится информация о том, действительно ли зонды 164, 464 расположены на ткани 163. Вывод такой информации может осуществляться в виде светового сигнала зеленого цвета, короткого звукового сигнала или иным образом. Также можно предусмотреть указание на то, что зонды 164, 464 не находятся на ткани, в виде красного светового сигнала, срабатывания зуммера или иным образом. Контрольные материальные данные 510 также являются вводной информацией для фильтра 320. Когда система определяет, что зонды находятся на ткани 163, и сигнал находится в приемлемом диапазоне для прохождения через фильтр 320, сигнал готов к тому, чтобы блок 526 проводил анализ комбинированного сигнала S_jk.

[0095] Данному блоку 526 также требуются вводные данные из числа контрольных данных о состоянии тканей 512 и данные от анализатора тока крови 350. Контрольные данные о состоянии тканей, которые соответствуют различиям в значениях S_jk в случае нормальной, подозрительной или аномальной ткани, хранятся в компьютерной базе данных и в режиме «онлайн» сопоставляются с принятым электромагнитным сигналом S_jk. Может применяться корреляционный и взаимно-корреляционный анализ, а также способ определения зависимостей в данных.

[0096] В ходе рабочего процесса 500 системы EMFBioSI 410 на Фиг. 10 входные данные поступают с сенсоров контроля положения 166, находящихся в зонде 1 164 и в зонде 2 464. Информация, поступающая с указанных сенсоров 166, требуется для профилирования/получения двухмерных и трехмерных изображений поверхностей тканей, так как место и угол, под которым подается сигнал, должны быть известны для создания правильного изображения.

[0097] Рабочий процесс 300 завершается на блоке 370 визуализацией, созданием изображения и сопоставительным анализом. В данном случае характеристики мультимодального сигнала S_jk по результатам анализа комбинированного сигнала S_jk на блоке 326, информация о диэлектрических свойствах, основанная на сведениях о частоте и времени из результатов реконструкции диэлектрических свойств тканей на блоке 330, информация о свойствах тканей (такая как VF_cell, σ_intracell и σ_extracell) от анализатора диэлектрических свойств 336, информация о токе крове, как-то об объеме, скорости и направлении кровотока, полученная от анализатора потока крови 350, информация о положении зонда от блока контроля положения зонда/ткани 352, и сопоставимые данные из базы сопоставимых данных 360 используются для визуализации и создания изображения ткани 163, а также для сопоставления характеристик электромагнитных сигналов S_jk с данными о свойствах ткани для того, чтобы информировать оператора 380 о состоянии тканей.

[0098] На Фиг. 15 показан вид в перспективе комбинации зондов в рамках другого приоритетного варианта реализации настоящего изобретения, а на Фиг. 16 показан вид в перспективе зонда из Фиг. 15, помещенного на руку человека. В данной схеме стационарный зонд, встроенный в устойчивую опорную поверхность, например, крышку стола, выступает в качестве второго зонда. Таким образом, у оператора остается свободной рука, которой он может держать первый зонд и управлять им. В таком случае положение стационарного зонда по отношению к устойчивой опорной поверхности будет точно установленным. Как минимум по основной части других деталей использование такой системы будет аналогично использованию описанного выше решения с двумя зондами.

Подтверждение результатами экспериментов

[0099] На Фиг. 17A показан график изменения амплитуды электромагнитных сигналов после прохождения через конечность свиньи по причине уменьшения тока крови в бедре. На Фиг. 17B показан график изменения фазировки электромагнитных сигналов после прохождения через конечность свиньи по причине уменьшения тока крови в бедре. На данных графиках показаны результаты трех последовательных уменьшений тока крови (продолжительностью 2-3 минуты) через бедро свиньи с 10-ти минутными паузами. Изменения как в амплитуде, так и в фазировке электромагнитного сигнала наблюдались незамедлительно после уменьшения тока крови. Также наблюдалась линейная зависимость по амплитуде и фазировке (r²>0.94, p>0.001). Данная технология демонстрирует крайне высокую чувствительность, которая позволила идентифицировать интервальные уменьшения тока крови всего на 2 [мл/мин]. См. публикацию «Микроволновая томография для построения функциональных изображений мягких тканей конечностей. Оценка применимости» С.Ю. Семенова, Дж.Ф. Келлама, П. Альтхаузена, Т.К. Уильямса, А. Абубакара, А. Булышева и Ю. Сизова (Semenov S Y, Kellam JF, Althausen P, Williams TC, Abubakar A, Bulyshev A and Y Sizov, 2007 Microwave tomography for functional imaging of extremity soft tissues, Feasibility assessment) в журнале Phys. Med. Biol., 52, 5705-19.

[00100] На Фиг. 18A показан график изменения амплитуды и фазировки электромагнитных сигналов после прохождения свиной конечности по причине роста давления в межфасциальном пространстве. На Фиг. 18B показан график уменьшения тока крови через бедро по причине роста давления в межфасциальном пространстве, показанного на Фиг. 18A. Избыток жидкости в межфасциальном пространстве, в зависимости от степени давления извне, ухудшает артериальный ток крови вплоть до полной закупорки, приводящей к ишемическому повреждению тканей/инфаркту. Исследования проводились частотой 2,5ГГц.

[00101] Исходя из изложенной выше информации, лицам, которые являются профессионалами в данной области, будет без труда понятно, что данное изобретение может широко применяться. Многочисленные практические воплощения и адаптации данного изобретения, помимо тех, которые описаны в настоящей заявке, а также многочисленные вариации, модификации и эквивалентные действия, будут очевидны или разумно понятны на основе данного изобретения и приведенных выше его описаний, без отклонения от существа и объема данного изобретения.

[00102] Соответственно, несмотря на то, что данное изобретение было детально описано в настоящей заявке применительно к одному или нескольким предпочтительным воплощениям, следует понимать, что предоставленная информация носит исключительно иллюстративный характер и призвана дать представление о данном изобретении и приведена исключительно с целью предоставления полной и полезной с практической точки зрения информации об изобретении. Приведенная выше информация не должна толковаться как ограничивающая данное изобретение или иным образом исключающая любые другие воплощения, адаптации, вариации, модификации или эквивалентные действия; данное изобретение ограничивается только патентными формулами, описанными в приложении к настоящей заявке, и их эквивалентами.

Реферат

Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к средствам электромагнитного биозондирования и биовизуализации. Портативная система содержит портативный блок управления, подключенный к блоку управления ручной зонд, распространяющий генерируемое блоком управления электромагнитное поле, при этом зонд можно перемещать вокруг биологического объекта и помещать внутрь объекта, во время работы зонд измеряет создаваемое электромагнитное поле, рассеянное и/или отраженное биологическим объектом, и блок слежения, который фиксирует положение ручного зонда, причем блок слежения является внутренним устройством в портативном блоке управления. Способ оценки функционального и/или патологического состояния биологической ткани содержит генерацию электромагнитного сигнала, при этом данный электромагнитный сигнал является первым сигналом, передачу по меньшей мере части первого сигнала от портативного блока управления на ручной зонд с проводным подключением, излучение посредством ручного зонда первого сигнала в биологическую ткань, получение излученного сигнала после того, как он был рассеян/отражен биологической тканью, при этом принятый излученный сигнал является вторым сигналом, этап приема излученного сигнала после того, как он был рассеян/отражен биологической тканью, выполняется на антенне ручного зонда, объединение по меньшей мере части первого сигнала и по меньшей мере части второго сигнала, и обработку объединенных частей первого и второго сигналов для оценки соответствия норме биологической ткани. Способ оценки состояния биологической ткани содержит излучение электромагнитного сигнала через зонд в биологическую ткань, прием излученного электромагнитного сигнала после того, как он был рассеян/отражен биологической тканью, причем прием излученного электромагнитного сигнала включает в себя прием излученного электромагнитного сигнала на зонде, получение информации о токе крови в биологической ткани, анализ принятого сигнала на основании как минимум полученной информации о токе крови и данных о различиях в прохождении электромагнитных сигналов через нормальную, подозрительную и аномальную ткань, использование алгоритма реконструкции диэлектрических свойств, реконструкцию диэлектрических свойств биологической ткани как минимум на основании результатов, полученных на этапе анализа, и данных о токе крови, и использование алгоритма реконструкции свойств ткани для реконструкции свойств ткани биологического объекта по меньшей мере на основании результатов, полученных на этапе реконструкции, и данных о токе крови. Способ создания изображений биологических тканей для выявления и локализации аномалий в тканях содержит излучение электромагнитного сигнала вблизи биологической ткани, через зонд, который является передающим зондом, прием зондом излученного электромагнитного сигнала, при этом передающий зонд отличается от принимающего зонда, получение информации о токе крови в биологической ткани, использование алгоритма реконструкции свойств ткани и данных по кровотоку для реконструкции свойств биологической ткани, определение при помощи блока слежения положения по меньшей мере одного передающего зонда и принимающего зонда на этапе приема, при этом по меньшей мере один зонд является отслеживаемым зондом, и корреляцию реконструированных свойств ткани с определенным положением зонда с тем, чтобы можно было выявить и определить пространственное положение аномалий тканей. Использование изобретений позволяет повысить удобство и комфортность использования средств биозондирования с точки зрения эргономики. 4 н. и 123 з.п. ф-лы, 18 ил.

Формула