CN102688038A

CN102688038A - 用于软场断层摄影数据采集的系统和方法

Info

Publication number: CN102688038A
Application number: CN2012100934074A
Authority: CN
Inventors: K·森达雷桑; N·K·劳; A·S·罗斯
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2011-03-23
Filing date: 2012-03-23
Publication date: 2012-09-26
Anticipated expiration: 2032-03-23
Also published as: US8508240B2; CN102688038B; US20120242350A1; EP2502557A1; EP2502557B1

Abstract

本发明提供用于软场断层摄影数据采集的系统和方法。一个系统包括对应于多个通道的多个换能器和耦合成产生对于这些多个换能器的激励信号的激励驱动器。该系统还包括单个参考激励源(从其中产生激励)和一个或多个导出激励源。该一个或多个导出激励源从该单个参考激励源导出激励，其施加于多个通道的每个。该系统进一步包括多个通道的每个中的响应探测器和降位数字化器，其配置成使在换能器中的一个或多个处测量的响应与该单个参考激励源的激励或从该单个参考激励源或独立参考导出的激励中的至少一个之间的测量的响应差异数字化。

Description

用于软场断层摄影数据采集的系统和方法

技术领域

本文公开的主旨大体上涉及测量装置，并且更具体地涉及软场断层摄影系统。

背景技术

软场断层摄影(例如电阻抗谱(EIS)，也称为电阻抗断层摄影(EIT))用于测量内部特性，特别是例如人体部位等对象的内部结构的物质的电特性。这样的EIS系统基于靠近体积的表面采集的电流和电压数据估计体积内的物质的电导率和/或介电常数。例如，在人体中，对于空气、肌肉、脂肪和其他组织的电特性是不同的。此外，身体部位内的电特性也随时间而变化。因此，电特性时变图可基于体积内的电导率分布而形成。

典型的EIS系统包括多个换能器，其可靠近要研究的对象的表面设置和定位。例如电流等激励可施加于换能器并且测量装置测量响应，例如换能器处的电压等。处理施加的激励和测量的响应来形成该对象的阻抗或电导率分布的二维或三维表示，其代表该对象的内部电特性。

常规的多通道EIS系统需要在几百赫兹(Hz)至几百kHz之间操作的高度准确的激励源，其在系统的每个通道上准确到例如16位阶。这些激励施加于许多换能器并且测量每个换能器处的响应来推断对象内的阻抗分布。基于不同类型分子的色散特性，跨频谱的阻抗分布可以用于识别组织中的分子的类型。然而，在每个通道上使用高度准确的激励源增加了每个通道的整体复杂性。

从而，在这些常规的EIS系统中，对于电子器件需要更高的功率要求和更多的物理空间。这些常规的系统还具有有限的带宽，从而限制系统测量高阶色散的能力。另外，这些常规的系统还受到随时间变化的影响以及受到环境条件(例如，温度)改变的影响。

发明内容

根据一个实施例，提供软场断层摄影测量系统，其包括：多个配置用于靠近对象的表面定位的换能器，其中这些多个换能器对应于多个通道；和激励驱动器，其耦合于这些多个通道并且配置成对于这些多个换能器产生激励信号。该软场断层摄影测量系统还包括单个参考激励源(从其中产生激励)和一个或多个导出激励源，其中这些导出激励源中的一个或多个可从该单个参考激励源导出激励并且导出的激励施加于多个通道的每个。该软场断层摄影测量系统进一步包括：响应探测器，其配置成测量多个换能器的每个处的响应；以及在多个通道的每个中的降位数字化器，其配置成使在换能器的一个或多个处测量的响应与单个参考激励源的激励或从单个参考激励源或独立参考导出的激励中的至少一个之间的测量的响应差异数字化。

根据另一个实施例，提供多通道专用集成电路(ASIC)，其包括：单个参考激励源，其配置成产生至少一个激励用于驱动软场断层摄影系统的多个通道的每个；以及一个或多个导出激励源，其配置成产生从该单个参考激励源导出的激励。该ASIC还包括：响应探测器，其配置成测量多个通道的每个中的多个换能器的每个处的响应；以及降位数字化器，其具有比该单个参考激励源的位数更少的位并且配置成使响应探测器的输出数字化。

根据再另一个实施例，提供用于为软场断层摄影系统提供激励和数据采集的方法。该方法包括从至少一个参考激励源导出一个或多个激励，其施加于该软场断层摄影系统的多个通道，以及测量在对应于这些多个通道的一个或多个换能器处施加的激励与参考激励之间的至少一个差异。该方法还包括使用数量减少的数据位来使测量的差异数字化。

附图说明

目前公开的主旨将参照附图从阅读非限制性实施例的下列说明中更好理解，其中：

图1是图示根据各种实施例形成的软场断层摄影系统的简化示意框图。

图2是图示根据各种实施例的一个换能器配置的简化图。

图3是图示根据各种实施例形成的软场断层摄影系统内的数据流的简化图。

图4是图示根据各种实施例形成的激励和测量架构的框图。

图5是图示根据各种实施例形成的激励和测量架构的一个通道的框图。

图6是图示根据其他各种实施例形成的激励和测量架构的框图。

图7是图示根据一个实施例的用于采用图6的架构进行差异测量的示范性波形的曲线图。

图8是图示根据其他各种实施例形成的激励和测量架构的框图。

图9是根据各种实施例用于提供软场断层摄影数据采集的方法的流程图。

具体实施方式

前面的简要描述以及某些实施例的下列详细说明当与附图结合阅读时将更好理解。就附图图示各种实施例的功能框的图来说，功能框不一定指示硬件电路之间的划分。从而，例如，功能框(例如，处理器、控制器、电路或存储器)中的一个或多个可采用单件硬件或多件硬件实现。应该理解各种实施例不限于图中示出的设置和工具。

如本文使用的，以单数列举的并且具有单个词“一”在前的元件或步骤应该理解为不排除复数个所述元件或步骤，除非这样的排除明确地规定。此外，对“一个实施例”的引用不意在解释为排除也包含列举的特征的另外的实施例的存在。此外，除非对相反情况的明确规定，“包括”或“具有”具有特定性质的元件或多个元件的实施例可包括不具有该性质的另外的这样的元件。

各种实施例提供用于软场断层摄影的系统和方法，例如，电阻抗谱(EIS)，也称为电阻抗断层摄影(EIT)。然而，各种实施例可适用于其他软场断层摄影系统，例如漫射光断层摄影(DOT)、近红外光谱(NIRS)、热成像、弹性成像或微波断层摄影以及相关的方式。

应该注意，如本文使用的，“软场断层摄影”大体上指不是“硬场断层摄影”的断层摄影方法的任何断层摄影或多维扩展。

一般地，软场断层摄影系统图示为多通道阻抗测量系统，具体地是EIS系统，其包括单个参考激励源，用于产生参考激励(例如，参考电流)并且从该单个参考激励源导出用于驱动EIS系统的多个换能器(例如，电极)的每个的激励。例如，在一个实施例中，使用单个参考电流源产生参考电流，其中从参考电流导出的不同电流在换能器的每个处施加。然后测量对施加的电流的个体电极响应(例如，电压)并且将其与参考电流源比较，这可以用于调谐或校准施加于多个换能器的每个的激励，以便对电流源中的非无限精度进行校正。通过实践至少一个实施例，每个通道上的测量仪器的复杂性降低，由此导致整个系统的用电和物理尺寸降低。

EIS系统20的一个实施例在图1中图示。该EIS系统20可用于确定对象22内的物质的电特性。例如，可确定对象22或其他体积内部的电导率(σ)和/或介电常数(ε)的空间分布。从而，可确定对象22(例如，患者)的内部特性。在图示的实施例中，系统20包括多个换能器24，其定位在对象22的表面上(例如，电极、热源、超声换能器)、接近对象22的表面定位(例如，线圈、射频天线)或穿透对象22的表面定位(例如，针状电极)。从而，换能器24可采取不同的形式，例如表面接触电极、支起电极、电容性耦合电极、导电电极和天线等。

激励驱动器26和响应探测器28电耦合于换能器24并且每个连接到处理器30(例如，计算装置)，其中在它们之间可以具有部件。在一个实施例中，激励驱动器26和响应探测器28是在物理上分开的装置。在其他实施例中，激励驱动器26和响应探测器28在物理上集成为一个元件。处理器30通过数模转换器(DAC)元件32发送指令给激励驱动器26并且通过数据采集(DAQ)元件34从响应探测器28接收数据。

在一个实施例中，对象22是例如头、胸部或腿等人体部位，其中血液、空气、肌肉、脂肪和其他组织具有不同的电导率。由EIS系统20导出的电阻抗分布示出该人体部位的内部特性(例如，物质特性)的状况，并且从而可以有助于诊断例如与出血、肿瘤和肺容量等关联的疾病。在其他实施例中，EIS系统20可以在其他多种应用中用于产生电阻抗分布的可视表示，例如用于确定包括油和水的混合流中的物质特性，或用于调查地下区域的土壤特征。

在各种实施例中，换能器24由用于建立软场激励(例如，电流)的任何适合的导电材料形成。例如，换能器24可由一个或多个金属或例如铜、金、铂、钢、银及其合金等合金形成。其他用于形成换能器24的示范性材料包括导电的非金属，例如结合微电路使用的基于硅的材料。在一个实施例中，其中对象22是人体部位，换能器24由氯化银形成。另外，换能器24可采用不同的形状和/或尺寸形成，例如，形成为杆状、平板状或针状结构。应该注意在一些实施例中，换能器24互相隔离。在其他实施例中，换能器24可以与对象22直接欧姆接触或电容性地耦合于对象22而定位。

在操作中，换能器24可用于连续输送激励(例如，电流)或可被调制使得激励可跨瞬时频率范围(例如，1kHz至1MHz)施加于对象22以在对象22内产生场，例如电磁(EM)场。测量所得的激励，例如表面电势(例如换能器24上的电压等)，来使用任何适合的EIS或EIT重构和/或分析方法确定电导率或介电常数分布。例如，可视分布可基于换能器24的几何构型、施加的电流和测量的电压而重构。

在各种实施例中，激励驱动器26施加激励于换能器24的每个。在一个实施例中，还可提供参考激励源36和一到多通道开关(未示出)。单个参考激励源36(例如，电流源)用于产生到多个导出激励源62的输入，该多个导出激励源62在一些实施例中作为电流传输到多个换能器24，如在本文更详细描述的。因此，参考激励的不同导出形式(例如，参考电流的缩放或频率/相位移位形式)施加于换能器24的每个。应该注意在一些实施例中，激励驱动器26可施加直流电或交流电于换能器24的每个。在图示的实施例中，为了对人体部位成像，施加于换能器24的电流足以产生该人体部位的EIS分布。在另一个实施例中，激励驱动器26可包括用于施加电压于换能器24的每个的至少一个电压源。

在一些实施例中，响应探测器28测量响应于施加在换能器24上的激励的换能器24的每个上的响应(其可由复用器复用)。在一个实施例中，响应探测器28包括测量响应于由激励驱动器26施加的电流或电压的换能器24上的响应电压或响应电流的电压传感器或电流传感器。响应探测器28还可包括多通道模拟信号调节电路(未示出)，其放大和/或滤波测量的响应电压或电流。在其他实施例中，处理器30包括用于放大和/或滤波从响应探测器28接收的响应电压或响应电流的信号调节电路。

在一个实施例中，响应探测器28可以将测量的响应数据实时传送给处理器30。从而，在一些实施例中，除用于处理数据的时段外，响应探测器28没有明显延迟地发送响应电压或电流给处理器30。在其他实施例中，响应探测器28以确定的时间间隔与处理器30通信来传送采集的数据。

应该注意，用于产生对象22的内部结构的分布结果的任何适合的EIS方法可例如与限定对象22的几何构型并且使该几何构型离散成具有多个节点和要素的结构的处理器30一起使用。从而，如在图2中图示的，在一个实施例中，激励驱动器26通过在换能器24(图示为电极)的每个上提供施加电流40而在几何构型上施加激励，其中每个换能器24上的施加电流40从例如参考激励源36等相同的参考电流源导出。应该注意可提供电流和/或电压源，并且其可多于或少于图示的数量。例如，每个换能器24、换能器24组或换能器24的全部可共享电流源或电压源。响应探测器28图示为具有多个电压测量装置，例如伏特计42，用于测量换能器24处的电压。然而，可提供或多或少的伏特计42或可使用不同的测量装置。应该注意激励和测量的响应(由外围附近的值和对象22内的箭头图示)为了说明而简化并且激励和对应的电导率分布可更复杂(或不太复杂)。另外，为了简单性和易于理解，再次提供图示的值。

应该注意激励可施加于换能器24的全部或子集。相似地，可在换能器24的全部或子集处进行任何测量或使用换能器24的全部或子集来进行任何测量。

在各种实施例中，处理器30计算几何构型对施加的激励的响应。几何构型限定为包括但不限于对象的边界的形状、电极的位置和对象内部假定的电导率分布。例如，如在图3中图示的，EIS系统20基于激励(一般示出为EIS激励51)使用正向模型50来预测提供给重构模块52的响应(一个或多个预测的响应)。激励经由软场断层摄影仪器54(其包括换能器24和其他测量部件)施加于对象22(在图1和2中示出)，其中测量的响应(测量的数据，例如一个或多个测量的响应)也提供给重构模块52。使用适合的EIS重构模块并且如本文描述的，然后导出对象22的电导率和/或介电常数的空间分布。例如可通过使响应正向模型化以及使用误差项以收敛到解来使用牛顿一步误差重构器(NOSER)或迭代求解器(高斯-牛顿迭代法)。应该注意，还可从正向模型50可选地提供一个或多个预测的响应给软场断层摄影仪器54。

根据各种实施例，提供在图4中示出的激励和测量架构60，其可例如集成在多通道专用集成电路(ASIC)中并且可用于确定对象的特性。该多通道ASIC集成能够测量例如电导率或介电常数分布。如可以看到的，参考激励源36用于导出例如对于多个换能器24的每个的导出激励源62(例如，幅度缩放、相位或频率移位的激励源，例如电流源)。应该注意，修改成获得高输出阻抗的电流镜架构也可用于产生激励源62。在图示的实施例中，可以是电流激励源的参考激励源36用于导出对应于多个换能器24的每个的每个通道(1至N)的激励源62。来自导出激励源62的导出激励从而是在换能器24处的施加的激励。应该注意，导出激励可使用产生用于多个换能器24的每个的相同或缩放/移位的激励的任何适合的方法而导出。

在该架构60中，测量的响应可以是例如被测量并且传送给DAQ元件34的电流和电压。例如，一个或多个响应探测器64(例如电流测量装置等)可测量在换能器24的每个处接收的电流。应该注意，导出激励可选地可提供给响应探测器64。电流测量装置可以是连接到换能器24的每个的独立电路或仪器，或可组合使得一个电流测量装置测量超出一个换能器24处的电流。电流测量装置是能够测量电流(例如换能器24的每个处的瞬时电流)的任何装置或电路。作为另一个示例，可提供对应的电压测量装置来测量换能器24的每个处的输出电压，其可基于对于多个换能器24的每个的阻抗。电压测量装置可以是连接到换能器24的每个的独立电路或仪器，或可组合使得一个电压测量装置测量超出一个换能器24处的电压。电压测量装置是能够测量换能器24的每个处的电压或阻抗的任何装置或电路。

对于EIS系统20使用架构60，单个参考激励源用于基于参考激励源36的激励产生到对于换能器24的每个的导出激励源62的输入。在一个实施例中，其中可包括施加于换能器24的每个的电流的校准或调谐(或电流校正)，使用小于参考激励源36的精度或准确度水平所需要的总位数的位数来测量多个换能器24的每个处的个体测量响应(例如，测量的电压)与缩放/移位的参考之间的差异。例如，为了对于多个通道的每个提供准确到16位阶的EIS系统20，使用来自多个换能器24的每个的小于16位的测量数据。在一些实施例中，采用16位系统准确度，在每通道基础上使用4-6位或6-10位分辨率测量。

对于激励和测量架构60的通道72的一个实施例在图5中示出。应该注意多个通道72可提供成每个具有相似的架构。在该实施例中，提供差分操作装置，其图示为差分放大器78。应该注意，可使用用于进行差分操作的任何适合的装置，并且各种实施例不限于差分放大器78。差分放大器78从施加于对象22的激励接收测量的响应作为输入。差分放大器78还接收激励源62的导出输出、参考激励源36的输出和/或来自独立的参考源74(例如，另一个参考激励源，其可提供与参考激励源相同或不同类型的激励)的输出中的至少一个作为输入。例如，参考激励源36和独立参考74可每个提供参考电流源，或参考激励源36或独立参考74中的一个可提供参考电压源而另一个提供参考电流源。

差分放大器78的输出提供给降位数字化器84。例如，降位数字化器84可以是能够接收差分放大器78的模拟输出并且将模拟信号数字化为数字信号的任何装置。在各种实施例中，单个参考激励源36包括N位激励源，导出激励源62包括X位激励源，并且降位数字化器84包括M位数字化器，其中M小于N，M小于X并且X小于或等于N。从而，在一些实施例中，尽管导出激励源和参考激励源可描述为具有不同的精度水平，导出激励源和参考激励源可具有相同的精度水平。应该注意，差分放大器78和降位数字化器84可以是独立或集成的元件。另外，对于每个激励源的位数可以是不同的。

如在图6中示出的，可以是例如16位参考电流源的单个参考激励源36用于产生导出激励，例如对于多个通道72的每个的导出电流。应该注意，只示出通道72中的一个的特定部件。然而，其他通道72可具有相同的部件和配置的复制。激励和测量架构74可实现为例如电流测量装置和/或电压测量装置。在一些实施例中，导出电流源的产生以及比较和数字化采用电流模式(vs电压模式设计)操作，这允许在相同的功耗以更高的频率操作。

如图示的，可以是差分放大器的激励差异测量电路73(例如适合的电流差分电路等)接收来自单个参考激励源36的对于通道72的激励以及从参考激励源36导出的导出激励62作为输入。从而，激励差异测量电路73比较来自单个参考激励源36的激励与导出激励62之间的差异。激励差异测量电路73的输出被数字化为准确度例如是4-6位的预定位数。因此，降位数字化器76(例如，降位模数转换器(ADC))连接到激励差异测量电路73的输出来产生具有基于预定位数的准确度或分辨率的数字激励差异输出(ΔI₁)，其可以是来自电流差异测量电路73的输出。从而，因为对于通道72的每个的个体施加激励不同于由参考激励源36导出的施加激励，不同在于其小于总位数(例如，几位，例如4-6、6-10等)，每个通道72的分辨率小于整个系统分辨率。

应该注意降位数字化器76可具有固定的分辨率(例如，位数)或能调整的分辨率，其中位数可根据期望或需要修改。从而，来自激励差异测量电路73的测量可数字化为需要的或期望的数量减少的位。

在架构74中，由具有来自导出激励62的响应和参考电压信号(V_ref)作为输入的差分放大器78导出电压输出(V₁)，并且电压输出(V₁)提供差分输出，其中参考电压信号(V_ref)是预测响应的电压表示并且可由独立参考74(在图5中示出)产生。应该注意，差分放大器处的施加激励施加于寄生阻抗部件(Z_PAR)80和来自对象22的负载阻抗(Z_L)82。差分放大器78的输出连接到降位数字化器84，例如4-6位ADC，从而具有比参考激励源36更低的准确度(即，位数)。

从而，因为在如在图7中示出的波形98和100的小的区域96中只需要幅度和相位移位确定，响应可在小于参考激励源36的位数的位级来数字化。

预期变化和修改。在一些实施例中，可提供如在图8中示出的激励和测量架构102。在该实施例中，两个参考激励源36a和36b用于导出两个导出激励源62a和62b(例如，两个导出电流)，其可使用连接到这两个参考激励源36a和36b的开关75a和75b选择性地连接到通道72。从而，该实施例可包括两个校准电流源来代替如在其他实施例中提供的一个。参考激励源36a和36b可校准到不同的负载并且可对于这两者测量负载和主电流之间的差异。因此，在EIS应用中，提供两个测量，其都用于求解阻抗的有功分量和无功分量而不使用任何电压测量。应该注意，可选地可提供电流镜设计，其可以是任何适合的晶体管镜配置并且，其中不管加载如何，输出电流可维持恒定。

从而，根据各种实施例，软场断层摄影系统(例如阻抗测量系统)允许使用单个激励源(用于产生导出激励源)和降位分辨率测量来控制施加的激励，以便校准或调谐施加的电流同时仍提供需要的位阶准确度(例如，16位)。例如，使用关系V＝IZ，其中V是电压，I是电流并且Z是阻抗，各种实施例基于测量提供电流和/或电压矩阵来允许校准或调谐电流源(或对误差进行校正)，其然后允许采集临床相关的阻抗数据。因为在各种实施例中去除了共模信号，使用更少的位来测量差异。

用于软场断层摄影(例如，EIS)数据采集的方法110在图9中示出。该方法110包括在112使用单个参考激励源(例如单个参考电流源(或电压源))来产生参考激励。这可包括使用单个参考激励源或两个参考激励源。之后在113，在一个或多个导出激励源中从参考激励并且对于通道的每个导出导出激励。例如，在EIS系统中，可导出幅度缩放或相位或频率移位的电流。

之后在114，该一个或多个导出激励施加于一个或多个换能器。然后，在115，(i)在对象的一个或多个换能器上以及(ii)在换能器上测量对一个或多个施加的导出激励的一个或多个响应。例如，在一些实施例中，确定基于参考电流源的电流和电压差异以及参考电流/电压与在换能器的每个处施加的导出电流/电压之间的差异两者，其包括使用数量减少的数字化位。在其他实施例中，参考电流/电压源还可用于预加载该差异，使得数量减少的位用于测量电流差和电压差两者。在再其他实施例中，可使用两个参考电流源并且只测量(对于每个通道是两次)换能器处的施加电流与参考源之间的电流差而没有电压测量。应该注意，源差异可用于误差项或误差电流来调整通道的每个处的施加电流。还应该注意，可提供独立的控制器例如来控制参考激励源或独立参考的产生。

之后，如本文更详细描述的，使用数量减少的位来使测量的差异数字化。另外，可基于至少一个施加的激励或施加的激励差异以及至少一个测量的响应或响应差异确定一个或多个物质特性，其中确定的物质特性是基于α模式色散、β模式色散、γ模式色散和δ模式色散中的一个或多个。

另外，尽管各种实施例连同电激励描述，可提供其他的激励源。例如，光、热或超声激励等可与各种实施例结合使用。

各种实施例和/或部件，例如模块或其中的部件和控制器，还可实现为一个或多个计算机或处理器的一部分。计算机或处理器可包括例如用于访问互联网的计算装置、输入装置、显示单元和接口。计算机或处理器可包括微处理器。该微处理器可连接到通信总线。计算机或处理器还可包括存储器。该存储器可包括随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。计算机或处理器可进一步包括存储装置，其可以是硬盘驱动器或可移动存储驱动器，例如光盘驱动器、固态盘驱动器(例如闪存RAM)等。该存储装置还可以是用于装载计算机程序或其他指令进入计算机或处理器的其他相似装置。

如本文使用的，术语“计算机”或“模块”可包括任何基于处理器或基于微处理器的系统，其包括使用微控制器、精简指令集计算机(RISC)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、图形处理单元(GPU)、逻辑电路和能够执行本文描述的功能的任何其它电路或处理器的系统。上文的示例只是示范性的，并且从而不意在采用任何方式限制术语“计算机”的定义和/或含义。

为了处理输入数据，计算机或处理器执行存储在一个或多个存储元件中的指令集。这些存储元件还可根据期望或需要存储数据或其它信息。存储元件可采用在处理机内的信息源或实体存储器元件的形式。

指令集可包括各种命令，其指示作为处理机的计算机或处理器进行特定的操作，例如本发明的各种实施例的方法和过程。指令集可采用软件程序的形式，该软件程序可形成有形的非暂时性计算机可读介质或媒介的一部分。该软件可采用例如系统软件或应用软件等各种形式。此外，该软件可采用单独程序或模块的集合、在更大程序内的程序模块或程序模块的一部分的形式。该软件还可包括采用面向对象编程的形式的模块化编程。输入数据由处理机的处理可响应于操作者命令，或响应于先前的处理结果，或响应于由另外一个处理机做出的请求。

如本文使用的，术语“软件”和“固件”是可互换的，并且包括存储在存储器中供计算机执行的任何计算机程序，该存储器包括RAM存储器、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器以及非易失性RAM(NVRAM)存储器。上文的存储器类型只是示范性的，并且从而关于能用于存储计算机程序的存储器类型不是限制性的。

要理解上文的说明意在说明性而非限制性。例如，上文描述的实施例(和/或其的方面)可互相结合使用。另外，可做出许多修改以使特定情况或材料适应本发明的各种实施例的教导而没有偏离它们的范围。尽管本文描述的材料的尺寸和类型意在限定本发明的各种实施例的参数，实施例绝不是限制性的而是示范性的实施例。当回顾上文的说明时，许多其他的实施例对于本领域内技术人员将是明显的。本发明的各种实施例的范围因此应该参照附上的权利要求连同这样的权利要求所拥有的等同物的全范围而确定。在附上的权利要求中，术语“包含”和“在...中”用作相应术语“包括”和“其中”的易懂语的等同物。此外，在下列权利要求中，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅仅用作标签，并且不意在对它们的对象施加数值要求。此外，下列权利要求的限制没有采用部件加功能格式书写并且不意在基于35U.S.C§112的第六段解释，除非并且直到这样的权利要求限定明确地使用后跟功能描述而无其他结构的短语“用于...的部件”。

该书面说明使用示例以公开本发明的各种实施例，其包括最佳模式，并且还使本领域内任何技术人员能够实践本发明的各种实施例，包括制作和使用任何装置或系统和进行任何包含的方法。本发明的各种实施例的专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域内技术人员想到的其他示例。这样的其他示例如果其具有不与权利要求的书面语言不同的结构元件，或者如果其包括与权利要求的书面语言无实质区别的等同结构元件则规定在权利要求的范围内。

Claims

1.一种软场断层摄影测量系统，包括：

多个换能器，配置成靠近对象的表面定位，其中所述多个换能器对应于多个通道；

激励驱动器，耦合于所述多个通道并且配置成对于所述多个换能器产生激励信号；

单个参考激励源，从所述单个参考激励源产生激励；

一个或多个导出激励源，其中所述导出激励源中的一个或多个从所述单个参考激励源导出激励并且导出的激励施加于所述多个通道的每个；

响应探测器，配置成测量所述多个换能器的每个处的响应；以及

在所述多个通道的每个中的降位数字化器，配置成使在所述换能器中的一个或多个处测量的响应与所述单个参考激励源的激励或从所述单个参考激励源或独立参考导出的激励中的至少一个之间的测量的响应差异数字化。

2.如权利要求1所述的软场断层摄影系统，其中所述单个参考激励源包括N位激励源，所述导出激励源包括X位激励源并且所述降位数字化器包括M位数字化器，其中M小于N，并且其中M小于X。

3.如权利要求2所述的软场断层摄影系统，其中N和X每个是至少12并且M不大于10。

4.如权利要求1所述的软场断层摄影系统，其进一步包括第二降位数字化器，所述第二降位数字化器配置成使施加在所述换能器上的所述单个参考激励源的导出激励与参考激励之间的测量的激励差异数字化。

5.如权利要求1所述的软场断层摄影系统，其中所述换能器中的一个或多个处的测量的响应和所述单个参考激励源的激励或从所述单个参考激励源或独立参考导出的激励中的至少一个是到差分放大器的输入，所述差分放大器连接到所述降位数字化器，并且其中所述降位数字化器使一个或多个测量的响应差异数字化。

6.如权利要求1所述的软场断层摄影系统，其中所述单个参考激励源包括N位激励源，所述一个或多个导出激励源包括一个或多个X位激励源并且测量所述响应差异的所述降位数字化器包括M位数字化器，其中M小于N，并且其中M小于X。

7.如权利要求6所述的软场断层摄影系统，其进一步包括多个X位激励源，其中X的值对于所述X位激励源中的至少两个是不同的，并且对于所有所述多个X位激励源，M小于X。

8.如权利要求6所述的软场断层摄影系统，其中N和X每个是至少12并且M不大于10。

9.如权利要求1所述的软场断层摄影系统，其进一步包括第二参考激励源，其中从所述参考激励源的每个对于所述多个通道的每个独立地导出激励。

10.如权利要求9所述的软场断层摄影系统，其进一步包括所述多个通道的每个中的两个数字化器，所述数字化器配置成使所述两个参考激励源的每个中的至少一个的参考激励与在所述换能器处施加的对应的导出激励之间的一个或多个测量的激励差异数字化。

11.如权利要求10所述的软场断层摄影系统，其进一步包括至少一个开关，用于在所述导出激励之间选择性地切换。

12.如权利要求1所述的软场断层摄影系统，其中所述多个换能器配置成采集对象的测量的响应数据以得到用于计算电阻抗数据的电阻抗谱。

13.如权利要求1所述的软场断层摄影系统，其中所述激励驱动器配置成启用电阻抗谱(EIS)、电阻抗断层摄影(EIT)、漫射光断层摄影(DOT)、近红外光谱(NIRS)、热成像、弹性成像或微波断层摄影中的一个。

14.如权利要求1所述的软场断层摄影系统，其中测量的响应用于计算电导率、介电常数、磁导率、吸光度、光散射、光反射率、弹性或热导率中的一个或多个的分布。

15.如权利要求1所述的软场断层摄影系统，其进一步包括处理器，所述处理器配置成基于至少一个施加的激励或施加的激励差异以及至少一个测量的响应或响应差异确定一个或多个物质特性，并且其中确定的物质特性基于α模式色散、β模式色散、γ模式色散和δ模式色散中的一个或多个。

16.一种多通道专用集成电路(ASIC)，包括：

单个参考激励源，配置成产生至少一个激励以用于驱动软场断层摄影系统的多个通道的每个；

一个或多个导出激励源，配置成产生从所述单个参考激励源导出的激励；

响应探测器，配置成测量多个换能器的每个处的所述多个通道的每个中的响应；以及

降位数字化器，具有比所述单个参考激励源的位数更少的位并且配置成使响应探测器的输出数字化。

17.如权利要求16所述的多通道ASIC，其不具有正反馈电路。

18.如权利要求16所述的多通道阻抗测量ASIC，其进一步包括处理器，所述处理器配置成基于至少一个施加的激励或施加的激励差异以及至少一个测量的响应或响应差异确定对象的特性。

19.如权利要求18所述的多通道ASIC，其中确定的特性基于测量的α模式色散、β模式色散、γ模式色散和δ模式色散中的一个。

20.如权利要求16所述的多通道ASIC，其进一步包括处理器，所述处理器配置成基于至少一个施加的激励或施加的激励差异以及至少一个测量的响应或响应差异确定电阻抗。

21.一种用于为软场断层摄影系统提供激励和数据采集的方法，所述方法包括：

从至少一个参考激励源导出一个或多个激励，其施加于所述软场断层摄影系统的多个通道；

测量在对应于所述多个通道的一个或多个换能器处施加的激励与参考激励之间的至少一个差异；以及

使用数量减少的数据位来使测量的差异数字化。

22.如权利要求21所述方法，其进一步包括基于测量的差异来校准对所述多个换能器的激励。

23.如权利要求21所述方法，其中导出所述导出激励包括幅度缩放、频率移位或相位移位中的一个或多个。