CN105163658B - 用于确定组织状况的多频信号处理分类器 - Google Patents

Abstract

提供了一种基于体积电磁相移谱(VEPS)的分析组织的方法。方法的多个方面包括：获得基于VEPS的组织分类器或在单个时间点处的组织的“特征”。这些方法特定应用于非侵入地确定组织的状况，例如，在个体中的脑部组织、肺组织、心脏组织、肌肉组织、皮肤组织、肾脏组织、角膜组织、肝脏组织、腹部组织、头部组织、腿部组织、臂部组织、骨盆组织、胸部组织，躯干组织、前列腺组织、乳房组织、食道组织、胃肠道组织等。还提供了应用于实现本方法的其设备和系统。

Description

用于确定组织状况的多频信号处理分类器

相关申请的交叉引用

依据35 U.S.C.§119(e)，本申请要求2013年3月15日提交的美国临时专利申请S/N61/788,858和2013年4月11日提交的美国临时专利申请S/N 61/810,846的申请日，这两个申请的公开内容通过引用整体结合于此。

发明领域

本发明涉及使用生物电阻抗来确定组织状况。

发明背景

许多不同的医疗状况——水肿、出血、血肿、局部缺血、脱水、肿瘤的存在、感染、脑变性、外渗、内出血、产妇出血等——与异常组织水含量和水含量分布相关联。生物组织包含具有可测量电性质的化合物，诸如细胞内和细胞外的离子溶液、电容细胞膜、带电大分子和极性水。就组成和结构而言，这些化合物的组合影响组织的总体电磁性质。因此，已经开发出通过评估组织的总体电磁性质来检测异常组织水含量的技术，并因此，检测这些医疗状况。

特别感兴趣的一个技术是体积电磁相移谱(VEPS)。在应用VEPS来分析组织时，生物阻抗分析被用来基于组织中的所施加的电流的传导来检测各种医疗状况。具体而言，当一定量的组织置于AC电流所通过的发射和感测线圈或天线之间时，在广泛范围(即，频谱)的频率上检测到在发射和感测感应线圈或天线中的AC电流之间的相位角的变化。该光谱测定方法比用于检测组织的生物阻抗性质的其它方法更简单且更可靠。例如，该方法不要求电极和正经受测量的皮肤或组织之间的电流耦合。相反，VEPS系统是完全非侵入的。此外，可进行对相移的瞬时测量。或者，可随时间进行测量，例如，以及时检测相移的进展来确定医疗状况的进展。在美国专利No.7,638,341、美国专利No.7,910,374、美国专利No.8,101,421、美国专利No.8,361,391中更详细地描述了VEPS和如何记录VEPS测量，这些申请的全部公开内容通过引用结合于此。

通常，执行VEPS以获得在频率范围上相移的频谱，该频谱可与来自相同组织的在若干时间点上获得的频谱相比较以确定医疗状况是否正在发展中。然而，所需要的是用于基于在单个记录会话处获得的组织的电磁性质对组织状态分类的分类系统。本发明解决这些问题。

发明内容

提供了一种基于体积电磁相移谱(VEPS)的分析组织的方法。方法的多个方面包括：获得基于VEPS的组织分类器或在单个时间点处的组织的“特征”。这些方法具体应用于非侵入地确定组织的状况，例如，在个体中的脑组织、肺部组织、心脏组织、肌肉组织、皮肤组织、肾脏组织、角膜组织、肝脏组织、腹部组织、头部组织、腿部组织、臂部组织、骨盆组织、胸部组织，躯干组织、前列腺组织、乳房组织、食道组织、胃肠道组织等。还提供了应用于实现本方法的其设备和系统。

在本发明的一些方面中，提供了获得VEPS组织特征的方法。在一些实施方案中，该方法包括：将组织定位在第一感应线圈和第二感应线圈之间；通过第一感应线圈驱动在频率范围内的交流电流；测量在第二感应线圈中产生的该频率范围内的交流电流；以及确定在第一感应线圈和第二感应线圈之间的在频率范围内的交流电流的相移以获得VEPS组织特征。在一些实施例中，该方法还包括：通过第一感应线圈驱动在第二频率范围内的交流电流；测量在第二感应线圈中产生的在该第二频率范围内的交流电流；确定在第一感应线圈和第二感应线圈之间的在第二频率范围内的交流电流的相移；并获得基于第一频率范围和第二频率范围的VEPS组织特征。在一些实施例中，第一和/或第二频率范围是在1Hz至1THz之间。在一些实施例中，第一和/或第二频率范围是在1KHz至20GHz之间的范围内。在一些实施例中，第一和/或第二频率范围是在0.1MHz至150MHz之间。在一些实施例中，第一和/或第二频率范围是在1KHz至20GHz之间的范围内。在一些实施例中，第一和/或第二频率范围是在100MHz至500MHz之间的范围内。

在一些实施例中，第一和第二感应线圈不接触组织。在一些实施例中，组织选自由如下组成的组：脑组织、肺部组织、心脏组织、肌肉组织、皮肤组织、肾脏组织、角膜组织、肝脏组织、腹部组织、头部组织、腿部组织、臂部组织、骨盆组织、胸部组织、前列腺组织、乳房组织、食管组织、GI道组织和躯干组织。

在本发明的一些方面中，提供一种用于提供对象中的组织的状况的确定结果的方法。在一些实施例中，该方法包括：获得VEPS组织特征，并基于组织特征确定对象中的组织的状况。在一些实施例中，状况选自由如下组成的组：水肿、出血、血肿、局部缺血、脱水、肿瘤的存在、感染、脑变性、外渗、内出血、产妇出血、和相对于年龄的组织健康。在一些实施例中，确定步骤包括将VEPS组织特征与参考相比较，并基于该比较提供确定结果。在某些实施例中，比较包括相对于分类器面板图形绘制组织特征。在一些实施例中，该方法进一步包括确定临床参数。在一些实施例中，临床参数是对象的年龄。

在一些实施例中，该确定结果用于提供对对象的诊断，其中该方法进一步包括基于对组织状况的确定结果提供对对象的诊断。在一些实施例中，该确定结果用于提供对对象的诊断，其中该方法进一步包括基于对组织状况的确定结果提供对对象的诊断。在一些实施例中，该确定结果用于监测对象的健康或对治疗处理的响应，其中该方法进一步包括：获得在第二时间点处的第二VEPS特征，并基于第一VEPS特征和第二VEPS特征的确定结果监测对象的健康或对治疗处理的响应。

在本发明的一些方面中，提供了用于获得VEPS组织特征的方法。在一些实施例中，系统包括彼此相对定位的第一感应线圈和第二感应线圈；和测量系统，可操作地连接至第二感应线圈，其中测量系统被配置成测量在第一和第二感应线圈之间的在两个或两个以上频率范围内的一个或多个频率处的一个或多个交流电流的相移。在一些实施例中，两个或两个以上频率范围中的至少一个是在1Hz和1THz之间的范围内。在一些实施例中，两个或两个以上频率范围中的至少一个是在1KHz至20GHz之间的范围内。在一些实施例中，两个或两个以上频率范围中的至少一个是在0.1MHz至150MHz之间的范围内。在一些实施例中，两个或两个以上频率范围中的至少一个是在1KHz至20GHz之间的范围内。在一些实施例中，两个或两个以上频率范围中的至少一个是在100MHz至500MHz之间的范围内。

在一些实施例中，第一和第二感应线圈不接触组织。在一些实施例中，组织选择由如下组成的组：脑组织、肺部组织、心脏组织、肌肉组织、皮肤组织、肾脏组织、角膜组织、肝脏组织、腹部组织、头部组织、腿部组织、臂部组织、骨盆组织、胸部组织、前列腺组织、乳房组织、食管组织、GI道组织和躯干组织。在一些实施例中，该系统进一步包括数据处理器模块，该数据处理器模块配置成从对应于两个或两个以上频率范围的多个频率来计算VEPS值。

附图说明

在结合所附附图阅读时，从以下详细描述最佳地理解本发明。要强调的是，根据通常做法，附图的各种特征不是按比例。相反，为清楚起见，各种特征的尺寸被任意地放大或缩小。以下图形包括在附图中。

图1是VEPS头部/线圈结构的示意图和实验样机的框图。系统由五个模块组成：数字合成器、收发器、相位检测器、数据采集和数据处理。

图2是VEPS临床头部/线圈设备的照片和在加护病房中佩戴该设备的患者的图示。

图3是临床研究的流程图。

图4是在VEPS测量之前，参与该研究的患者的脑部的计算机断层扫描(CT)。根据临床神经病理学评估，CT被分成两组：水肿和血肿。无出血或血肿的中度至重度弥漫性脑水肿、和硬膜下或硬膜外壁血肿区域是显而易见的。在每个CT图像旁边给出特定病理的描述。

图5是该研究的因变于对象年龄的所有对象的β值。采用不同的符号来标记健康志愿者、患有水肿和血肿的脑部状况的患者。

图6是该研究的因变于年龄的所有对象的γ值。采用不同的符号来标记健康志愿者、患有水肿和血肿的脑部状况的患者。

图7是就对象的两个值(β和γ)而言每个实验对象的标量分类器标绘图。每个数据点表示一个对象。采用不同的符号来标记健康志愿者、患有水肿和血肿的脑部状况的患者。

发明详细描述

提供了一种基于体积电磁相移谱(VEPS)的分析组织的方法。方法的多个方面包括：获得基于VEPS的组织分类器或组织的“特征”。这些方法具体应用于非侵入地确定组织的状况，例如，在个体中的脑组织、肺部组织、心脏组织、肌肉组织、皮肤组织、肾脏组织、角膜组织、肝脏组织、腹部组织、头部组织、腿部组织、臂部组织、骨盆组织、胸部组织，躯干组织、前列腺组织、乳房组织、食道组织、胃肠道组织等。还提供了应用于实现本方法的其设备和系统。在阅读以下更充分地描述的组合物(compositions)和方法的细节之后，本发明的这些和其它目的、优点、及特征将变得对本领域技术人员显而易见。

在描述本方法和组合物之前，将理解，本发明并不限于所描述的特定方法或组合物，当然，同样可变化。还应当理解，本文中所使用的术语仅是为了描述特定实施例的目的，而不旨在限制，因为本发明的范围将仅通过所附权利要求来限制。

在提供数值范围的情况下，将理解，除非上下文另有明确说明，还具体公开了在该范围的上限和下限之间的每个中间值，到下限的单位的十分之一。在任何所述值或在所述范围中的介于中间的值和在该所述范围中的任何其它所述的或介于中间的值之间的每个较小范围包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括在该范围内或排除在该范围外，并且其中任一、两者都不或两者限值被包括在较小的范围中的每个范围也包括在本发明内、服从于所述范围中的任何明确排除的限值。在所述范围包括限值中的一个或两者的情况下，排除这些所包括的限值中的任一或两者之外的范围也包括在本发明中。

除非另外限定，此处所使用的所有技术和科学术语具有如本发明所属领域的普通技术人员所普遍理解的相同含义。虽然与本文所描述的方法和材料相似或等价的方法和材料可用于本发明的实施或测试，但现在描述一些潜在和优选的方法和材料。本文所提及的所有公开通过引用结合于此以结合所引用的出版物来公开和描述这些方法和/材料。可以理解，本公开内容取代所并入的出版物的任何公开内容到存在矛盾的程度。

如在阅读本公开内容之后将对本领域技术人员显而易见的是，本文所描述和示出的单独的实施例的每一个具有分立部件和特征可与其他若干实施例中的任何实施例的特征容易地分离或结合，而不脱离从本发明的范围或精神。任何列举的方法可以所列举的事件的顺序或者以逻辑上可能的任何其它顺序执行。

必须注意的是，除非上下文另外明确地指出，如本文中以及所附权利要求书中所使用的，单数形式的“一”、“一个”以及“该”包括复数引用。因此，例如，如本领域技术人员所公知的，对“细胞”的引用包括多个此类细胞以及对“该细胞”的引用包括对一个或多个细胞及其等价物的引用等等。

所讨论的出版物仅为了它们在本申请的申请日之前的公开内容被提供。本文中没有什么被解释为承认本发明没有资格借助在先发明而先于这些出版物。而且，所提供的出版物的日期可与可需要独立确认的实际出版日期不同。

方法

在本发明的一些方面中，提供了用于确定组织的状况的方法、设备及其系统。本发明的实施例致力于测量组织的电磁性质。在这些实施例中特别感兴趣的是，测量组织相对于外部施加的电流的生物电阻抗、或“生物阻抗”，例如，相移、幅移、波长移位等。在本发明的进一步描述的方面中，以下描述集中在通过利用体积电磁相移谱(VEPS)测量相移来确定组织的状况。然而，本领域普通技术人员将容易地理解，本方法、设备及系统还包含通过测量作为生物电阻抗的结果的其他波特性(例如，如本文所描述的或本领域所公知的)的变化确定组织的状况。

在本发明的一些方面中，提供了用于确定组织的状况的方法，该方法依赖于体积电磁相移谱(VEPS)的使用。对于“体积电磁相移谱”或“VEPS”，意味着检测在块状(bulk)组织上的所施加的和测量的电流之间的相移的电测量系统。VEPS可通过从身体外部的非接触电磁测量来检测身体内的组织性质，从而提供有关器官或组织性质的批量(bulk)信息。用于检测组织性质的VEPS和VEPS的通用应用是本领域公知的。例如，参见美国专利No.7,638,341、美国专利No.7,910,374、美国专利No.8,101,421和美国专利No.8,361,391，这些专利的全部公开内容通过引用结合于此。在实施本方法时，使用一个或多个范围的频率的基于VEPS的测量来获得基于VEPS的分类器、或组织的“特征”。对于“基于VEPS的组织分类器”或“基于VEPS的组织特征”，意味着VEPS单个值或值的组合，该VEPS单个值或多个值的组合是组织状况的特性(例如，特征)和可用于对由于具有该状况而在研究中的组织进行分类的，例如，表示在α、β、γ等和相关频率的其他范围内的读数(多个)的VEPS值；在一些实例中，表示在相关频率的两个范围的每一个内的读数(多个)的两个或两个以上VEPS值的组合，例如，(α,β),(β,γ),(α,γ)等，在某些实例中，表示频率的三个相关范围中的每一个内的读数(多个)的三个或三个以上的VEPS值。

所公开的用于确定组织的状况的方法部分地基于发明人对用于分析VEPS的多频数据的新技术的发现。发明人已发现某些频率，在单独或组合分析时，可产生组织的直接表征，并因此产生医疗状况的直接表征。换言之，来自一个相关频率(或一个频率范围)、或两个或两个以上相关频率(或两个或两个相关频率范围)组合的VEPS数据可用作组织分类器、或特征，以直接标识器官或组织中的病理状况。同样，本发明的多个方面提供用于在单个时间点处分析组织以获得VEPS组织特征、并利用VEPS组织特征以确定组织的状况的方法，组织的状况又可用于诊断医疗状况、提供医疗状况的预后、预测组织对医学治疗的响应等等。

在实施本方法时，通过检测至少一个相关频率范围中的相移获得基于VEPS的组织特征以得出至少一个VEPS值，并利用因此获得的至少一个VEPS值来获得VEPS特征。在一些实例中，在多个频率范围处检测相移(即，2个范围中的频率、3个范围中的频率、4个范围中的频率等)－以得出多个对应的VEPS值，并且组合使用因此获得的多个VEPS值以获得VEPS特征。

例如，将组织定位在第一感应线圈和第二感应线圈之间；通过第一感应线圈驱动第一频率范围内的交流电流；以及测量在第二感应线圈中产生的交流电流。然后可确定在第一感应线圈和第二感应线圈之间的在第一频率范围内交流电流的相移以得出第一VEPS值，其中相移由位于第一和第二感应线圈之间的组织的存在而引起。该VEPS值可用作基于VEPS特征。在一些实施例中，还可确定在第二频率范围内的相移，例如，通过第一感应线圈驱动第二频率范围内的交流电流；测量在第二感应线圈中产生的交流电流；以及确定在第一感应线圈和第二感应线圈之间的在第二频率范围内的交流电流的相移以得出第二VEPS值；其中两个VEPS值(即，一起成对)组合组成VEPS特征。在一些实施例中，还可确定在第三频率范围内的相移，即，通过第一感应线圈驱动第三频率范围内的交流电流；测量在第二感应线圈中产生的交流电流；以及确定在第一感应线圈和第二感应线圈之间的在第三频率范围内的交流电流的相移以得出第三VEPS值；其中三个VEPS值组合组成VEPS特征。

在一些实施例中，使用天线来代替感应线圈。因此，例如，可将组织置于第一天线和第二天线之间，通过第一天线驱动第一频率范围内的电压，以及测量在第二天线中产生的电压。然后可确定第一天线和第二天线之间的在第一频率范围内的电压的相移以得出第一VEPS值，该VEPS值组成基于VEPS的特征。在一些实施例中，还可确定在第二频率范围内的相移，例如，通过第一天线驱动第二频率范围内的电压；测量在第二天线中产生的电压；以及确定在第一天线和第二天线之间的在第二频率范围内的电压的相移以得出第二VEPS值；其中两个VEPS值(即，一起成对)组合组成VEPS特征。在一些实施例中，还可确定在第三频率范围内的相移，即，通过第一天线驱动第三频率范围内的电压；测量在第二天线中产生的电压；以及确定在第一天线和第二天线之间的在第三频率范围内的电压的相移以得出第三VEPS值；其中三个VEPS值组合组成VEPS特征。

如以上所指出的，在一些实例中，通过第一感应线圈(或天线)驱动在指定频率范围内的多个频率处的交流电流(或电压)，并且测量在第二感应线圈(或天线)中产生的在指定范围内的多个频率处的交流电流(或电压)。在此类实例中，例如通过对这些值求和计算多个频率处的相移并对其进行积分以获得单个VEPS值，即，表示该频率范围的VEPS值。例如，对于20MHz至40MHz的频率范围，可为选自例如20MHz、21MHz、22MHz、23MHz、24MHz、25MHz、26MHz、27MHz、28MHz、29MHz、20MHz、31MHz、32MHz、33MHz、34MHz、35MHz、36MHz、37MHz、38MHz、39MHz、和40MHz的多个频率确定相移，并且对测量值积分以得出表示20MHz至40MHz范围的单个VEPS值。作为另一个示例，对于150MHz至170MHz的频率范围，可为选自例如150MHz、151MHz、152MHz、153MHz、154MHz、155MHz、156MHz、157MHz、158MHz、159MHz、160MHz、161MHz、162MHz、163MHz、164MHz、165MHz、166MHz、167MHz、168MHz、169MHz、和170MHz的多个频率确定相移，并且对测量值积分以得出表示150MHz至170MHz范围的单个VEPS值。在一些实例中，检测该范围内的2个或2个以上频率处的相移并对相移进行积分成为单个VEPS值；在一些实例中，测量在3、4或5或5个以上频率处的相移并对相移进行积分；在一些实例中，测量在6、7、8、9、或10个频率或10个以上频率处的相移并对相移进行积分，例如，测量11、12、13、14、15、16、17、18、19、或20或20个以上频率处的相移并对相移进行积分，成为单个VEPS值。在一些实例中，测量在该范围内的所有频率的相移，并且对相移进行积分成为表示该范围的单个VEPS值。

在其他实例中，通过第一感应线圈(或天线)驱动指定频率范围内的单个频率处的交流电流(或电压)，测量在第二感应线圈(或天线)中产生的在该频率处的交流电流(或电压)，计算该频率的相移，以及将计算出的相移用作VEPS值，即，表示该频率范围的VEPS值。例如，对于20MHz至40MHz的频率范围，可为选自例如20MHz、21MHz、22MHz、23MHz、24MHz、25MHz、26MHz、27MHz、28MHz、29MHz、30MHz、31MHz、32MHz、33MHz、34MHz、35MHz、36MHz、37MHz、38MHz、39MHz、和40MHz的单个频率确定相移，并且将相移用作表示20MHz至40MHz范围的VEPS值。作为另一示例，对于150MHz至170MHz的频率范围，可为选自例如150MHz、151MHz、152MHz、153MHz、154MHz、155MHz、156MHz、157MHz、158MHz、159MHz、160MHz、161MHz、162MHz、163MHz、164MHz、165MHz、166MHz、167MHz、168MHz、169MHz、和170MHz的单个频率确定相移，并且将相移用作表示150MHz至170MHz范围的VEPS值。

任何频率或频率的范围的相移可用于确定VEPS值以获得VEPS特征。在一些实例中，频率在1Hz至1THz之间的范围内。在一些此类实例中，频率在1KHz至20GHz之间的范围内。在一些此类实例中，频率在10KHz至10GHz之间的范围内。在某些实例中，频率在1MHz和10GHz之间的范围内。用于采样以获得VEPS值的特别感兴趣的频率是在0.1MHz和150MHz之间、在0.5和100MHz之间、在1MHz和70MHz之间、在10MHz和60MHz之间、在20MHz和50MHz之间、在25MHz和40MHz之间、在25MHz和40MHz之间、在30MHz和35MHz之间的范围内的交流电流的频率，即，约33MHz。对采样也特别感兴趣的是在100MHz和500MHz之间(例如，在120MHz和200MHz之间、在130MHz和190MHz之间；在140MHz和180MHz之间；在130MHz和190MHz之间；在140MHz和180MHz之间；在150MHz和170MHz之间；在155MHz和165MHz之间)的范围内的交流电流的频率，即，约160MHz。通常，第一频率范围和第二频率范围不重叠。

例如，如本文所公开的工作示例所证明的(参见，例如，图5-7)，即使在患者被带到医疗成像设备之前，包括约20MHz–40MHz的β频率范围内的VEPS值(例如，约33MHz)、和/或约150MHz-170MHz的γ频率范围内的VEPS值(例如，约160MHz)的VEPS特征可用于标识病理状况，诸如，水肿、血肿、或过早衰老的组织。因此，通过对对象的脑组织中的在从约26MHz至约39MHz的β频率范围中的频率处的相移求和以得出该对象的βVEPS值，和/或对对象的从约153MHz至约166MHz的γ频率范围内的频率处的相移求和以得出该对象的γVEPS值，可得出应用于确定脑组织的健康的VEPS特征。

例如，图5(描绘了因变于年龄和医疗状况的β值VEPS特征)证实了，通过在个体的年龄的情境下单独分析β值，在多数年龄处标识健康脑部相对于患病脑部是可能的(例外的是超过75岁的健康脑部，其中从数据推断表明约77岁的健康脑部β值与任何年龄的患病脑部的β值可比拟)。因此，单个值VEPS特征可用于确定脑组织是否健康(例如，在15-35岁，通过对26MHz至39MHz的β频率范围内的β值求和得出的约2.5或2.5以上的β值；在35-60岁，通过对26MHz至39MHz的β频率范围内的β值求和得出的约1.5或1.5以上的β值)或是否可能过早衰老(例如，在15-35岁，通过对26MHz至39MHz的β频率范围内的β值求和得出的小于约2.5的β值；在35-55岁，通过对26MHz至39MHz的β频率范围内的β值求和得出的小于约1.5的β值)。图6证实了单独测得的γ值的类似效用。可以看到，正常脑部的γ读数随着年龄变化，但是具有与β读数不同的斜率。因此，单个频率或单个窄频率范围内的VEPS值可用作许多对象的健康组织相对于患病组织的VEPS特征。

作为另一示例，图7描绘了包括在β和γ曲线图上标绘的成对的β和γ值的VEPS特征，证实了使用两值VEPS特征来标识健康脑部相对于一般患病脑部，而且标识疾病的类型。图7示出了约1.5或1.5以上的β值和任何γ值指示健康的脑部，然而小于约1.5的β值和任何γ值指示患病脑部。图7还示出了对γ值的进一步的考虑可用于加强诊断，其中小于约1.5的β值和小于约1.2的γ值指示疾病是水肿，而小于约1.5的β值和约1.2或1.2以上的γ值指示疾病是血肿。图7中的该分析是称为分类器分析的计算机学习算法的示例；参见，例如，(B.Scholkopf和A.J.Smola，学习内核：支持向量机，规范化，优化和超越.剑桥，麻省，麻省理工学院出版社出版，2002)。

可由本领域普通技术人员容易地确定其他相关频率和频率范围，例如，从1Hz到1THz、从1Hz到20GHz、从10KHz到10GHz等等，例如，本领域所公知的或本文所描述的。例如，非参数统计曼――惠特尼U测试可用于将来自健康志愿者的数据与患有不同医疗状况的患者的数据相比较以标识哪一频率或频率范围与某些使用和医疗状况相关。

在一些实例中，例如，作为相移的替代或附加，可测量两个线圈或天线之间的电流的幅度的变化、或“幅移”，以得出组织特征。换言之，确定组织的状况可包括获得“幅度特征”。例如，将组织定位在第一感应线圈和第二感应线圈之间；通过第一感应线圈驱动第一频率范围内的交流电流；以及测量在第二感应线圈中产生的交流电流的幅度。然后可确定在第一感应线圈和第二感应线圈之间的在第一频率范围内交流电流的幅移以得出第一幅度值，其中幅移由位于第一和第二感应线圈之间的组织的存在而产生。该值可用作幅度特征。在一些实施例中，还可确定在第二频率范围内的幅移，例如，通过第一感应线圈驱动第二频率范围内的交流电流；测量在第二感应线圈中产生的交流电流；以及确定在第一感应线圈和第二感应线圈之间的在第二频率范围内的交流电流的幅移以得出第二幅度值；其中两个幅度值(即，一起成对)组成幅度特征。在一些实施例中，还可确定在第三频率范围内的幅移，即，通过第一感应线圈驱动第三频率范围内的交流电流；测量在第二感应线圈中产生的交流电流；以及确定在第一感应线圈和第二感应线圈之间的在第三频率范围内的交流电流的幅移以得出第三幅度值；其中三个幅度值组合组成幅度特征。同样，在一些实施例中，该方法包括：确定在第一感应线圈和第二感应线圈之间的在频率范围内的交流电流的幅移以获得幅度特征，例如，如以上所述的。

在一些实例中，该方法包括利用VEPS特征和幅度特征两者来确定组织的状况。换言之，该方法包括：确定在第一感应线圈和第二感应线圈之间的在频率范围内的交流电流的相移以获得VEPS特征；确定在第一感应线圈和第二感应线圈之间的在频率范围内的交流电流的幅移以获得幅度特征；以及基于VEPS特征和幅度特征确定组织的状况。

在一些实施例中，该方法包括：利用幅移来确定相移，并利用该相移来确定组织的状况。换言之，该方法包括：确定在第一感应线圈和第二感应线圈之间的在频率范围内的交流电流的幅移，将幅移转换成相移，基于相移获得VEPS特征；以及基于VEPS特征确定组织的状况。可使用用于根据幅度计算相移的任何方便的方法或算法。

在一些实例中，分析组织并获得对象的VEPS组织特征的本方法进一步包括提供VEPS组织特征作为报告。换言之，本方法包括：确定第一频率(或频率的范围)处的VEPS值，确定第二频率(或频率的范围)处的VEPS值，以及提供(即，生成)包括VEPS组织特征的报告。因此，本方法可进一步包括：生成或输出提供该采样的VEPS评估的结果的报告的步骤，该报告可以电子介质(例如，计算机监视器上的电子显示器)的形式提供，或以有形介质的形式(例如，印刷在纸或其它有形介质上的报告)提供。可提供任何形式的报告，例如，本领域所公知的或如以下更详细地描述的。

因此获得的VEPS组织特征然后可被用于临床，例如，用于确定组织状况和用于诊断、预后、或治疗医疗状况的方法。例如，VEPS组织特征可用于诊断水肿、出血、血肿、局部缺血、脱水、肿瘤的存在、感染、组织变性(例如，神经变性)、外渗、内出血、产妇出血等；可用于表征诊断出的水肿、出血、血肿、局部缺血、脱水、肿瘤的存在、感染、脑变性、外渗、内出血、产妇出血等；用于确定对水肿、出血、血肿、局部缺血、脱水、肿瘤的存在、感染、脑变性、外渗、内出血、产妇出血等的治疗；用于监测受影响的组织的响应以治疗水肿、出血、血肿、局部缺血、脱水、肿瘤的存在、感染、脑变性、外渗、内出血、产妇出血等，如本文所描述的。换言之，医疗从业者将能够提供对组织状况的诊断、预后、或治疗或基于所获得的VEPS组织特征监测组织状况。

在一些实施例中，通过将VEPS组织特征与参考相比较来使用VEPS组织特征，以标识与参考的相似性或差异，其中所标识的相似性或差异然后被用于诊断个体的组织状况，以表征诊断出的组织状况，以监测组织状况对状况的治疗的响应。例如，参考可以是表示组织状况(即，正控制)或表示健康状况(即，负参考)的VEPS组织特征，该VEPS组织特征可用作，例如，对给定患者的VEPS特征的评估中的参考/控制。如上所指示的，参考可以是正参考/控制，例如，是组织状况(例如，水肿、出血、血肿、局部缺血、脱水、肿瘤的存在、感染、脑变性、外渗、内出血、产妇出血等)的特性的VEPS组织特征。替代地，参考可以是负参考/控制，例如，来自健康组织的VEPS特征。优选从与被分析的样本相同类型的样本获得参考。例如，如果正评估个体的脑部，则参考/控制将优选是来自脑部的VEPS组织分类器。

在某些实施例中，将所获得的VEPS组织特征与两个或两个以上参考相比较。例如，可将所获得的VEPS组织特征与负参考和正参考相比较以获得关于组织状况的确认的信息。作为另一示例，可将所获得的VEPS组织特征与表示一个状况(例如，水肿)的参考、和表示第二状况(例如，血肿)的参考相比较。

可利用任何方便的方法执行所获得的VEPS组织特征和一个或多个参考的比较，其中各种方法是对本领域的技术人员已知的。例如，分类器领域的技术人员将知道，分类器可与例如点图图形地比较，在该点图中沿着第一轴标绘分类器的第一参数的值(例如，第一频率范围的VEPS值)，沿着第二轴标绘分类器的第二参数的值(例如，第二频率范围的VEPS值)、以及通过对VESP组织特征的面板的参考将标绘图的特定区域/象限标识为与具体组织状况相关联。例如，参见图5，其中包括β频率的低VEPS值和γ频率的低VEPS值的VEPS组织特征指示水肿，而包括β频率的低VEPS值和γ频率的高VEPS值的VEPS组织特征指示血肿。

取决于所获得的VEPS组织特征所比较的参考/控制分布(profile)的类型和性质，上述比较步骤产生有关被化验的组织的各种不同类型的信息。同样，这种比较步骤可产生对组织状况的正/负诊断。替代地，这种比较步骤可提供对组织状况的表征、组织状况的预后、或监测组织状况。

在一些实施例中，其他分析可与上述VEPS组织特征结合使用以提供对个体的组织诊断。这种分析是本领域公知的，并且包括，例如，检测一个或多个临床参数(例如，年龄、体重、与疾病或失调的相关的危险因素等)，和基于VEPS和这些一个或多个临床参数提供对例如治疗的响应的诊断/预后/预测。

在一些实施例中，表征组织，诊断医疗状况等的本方法包括：提供组织的表征、医疗状况的诊断等。在一些此类实施例中，可通过提供(即，生成书面报告)来提供表征或诊断，书面报告包括：从业者的监测评估，例如，从业者对对象组织的表征(“组织表征”)、从业者对对象的医疗状况的诊断(“医疗状况的诊断”)等等。因此，本方法可进一步包括：生成或输出提供监测评估的结果的报告的步骤，该报告可以电子介质(例如，计算机监视器上的电子显示器)的形式提供，或以有形介质的形式(例如，印刷在纸或其它有形介质上的报告)提供。可提供任何形式的报告，例如，本领域所公知的或如以下更详细地描述的。

报告

本文所描述的“报告”是电子或有形文档，包括提供关于对象监测评估及其结果的感兴趣的信息的报告要素。在一些实施例中，对象报告包括至少VEPS特征，例如，作为以上更详细地讨论的致力于获得VEPS组织特征的本方法的一个方面。在一些实施例中，对象报告包括至少组织状况的表征(即，作为水肿、患有血肿、局部缺血、包括癌症等的分类)、医疗状况的诊断(例如，以上更详细地讨论的，致力于表征组织或提供对个体的医疗诊断的本方法的一个方面)。可完全或部分电子地生成对象报告。对象包括可进一步包括以下的一个或多个：1)关于测试设备的信息；2)服务提供者信息；3)患者数据；4)样本数据；5)评估报告，评估报告可包括以下各种信息：a)所使用的参数值，并且b)测试数据，其中测试数据可包括，例如，所分析的组织的VEPS组织特征；6)其他特征。

报告可包括有关测试设施的信息，该信息与其中进行数据生成的医院、诊所、或实验室相关。数据生成可包括在指定频率范围内的相移的测量。该信息可包括一个或多个细节，一个或多个细节是涉及例如测试设备的名称和位置、进行化验和/或输入输入数据的实验室技术员的身份、进行和/或分析化验的日期和时间、样本和/或结果数据所存储的位置、用于分析的试剂(例如，工具包等等)的批号等等。通常可利用由用户提供的信息来填充(populated)具有该信息的报告字段。

该报告可包括有关服务提供者的信息，服务提供者可位于用户所在的医疗保健设施的外部、或在医疗保健设施内。此类信息的示例可包括：服务提供者的名称和位置、评审者的名称，和进行样本收集和/或数据生成的个人的姓名(在必要或期望时)。通常可利用由用户输入的数据填充具有该信息的报告字段，数据可选自规定的选项(例如，利用下拉菜单)之中。报告中的其他服务提供者信息可包括：有关结果和/或有关的解释报告的技术信息的联系信息。

该报告可包括患者数据段，患者数据段包括患者病史(其可以包括，例如，年龄、种族、血清型、相似组织状况的在先发作、以及组织的任何其他特征)，以及患者管理数据，诸如，用于标识患者的信息(例如，姓名、患者出生日期(DOB、性别、邮箱和/或居住地址、病历号(MRN)、在医疗设施中的房间和/或床号、保险信息等等)、患者的医师或安排监测评估的其他保健专业人员的姓名，和对患者的护理负责的医护工作人员(如，初级保健医生)的姓名(如果与安排的医师不同)。该报告可包括样本数据段，样本数据段可提供有关在监测评估中分析的组织的信息。通常可利用用户输入的数据填充具有该信息的报告字段，数据中的一些可作为规定的选项提供(例如，利用下拉菜单)。

该报告可包括评估报告段，评估报告段可包括在本文所描述的数据的处理之后生成的信息。解释报告可包括与一个或多个参考样本相关联的VEPS值。解释报告可包括组织状况的表征。解释报告可包括医疗状况的诊断。解释报告可包括，例如，在定义的范围内(参见，例如，表2)的每个频率处的相移、VEPS组织特征(例如，“β：1.2；γ：0.4”、或更简单地“1.2；0.4”)和解释，即，表征和诊断。报告的评估部分可任选地包括治疗的建议。

还将容易地理解，报告可包括附加要素或经修改的要素。例如，在电子的情况下，报告可包含超链接，超链接指向提供有关报告的所选要素的更详细的信息的内部或外部数据库。例如，报告的患者数据要素可包括到电子病历的超链接、或用于访问此病历的站点，其中病历被保持在机密数据库中。该后者实施例可对住院系统或临床设置感兴趣。当以电子格式时，报告被记录在合适的物理介质上，诸如，计算机可读介质(例如，在计算机存储器、压缩驱动器、CD、DVD等中)。将容易地理解，报告可包括以上要素中的所有或一些，并且附加条件是，该报告通常至少包括足以提供用户所请求的分析(例如，组织表征、医疗诊断)的元素。

设备和系统

还提供了用于实施以上描述的方法中的一个或多个的设备和系统。其设备和系统可显著不同，并且可包括数字合成器、收发器、相位检测器、数据采集模块、数据处理模块等中的一个或多个。

例如，感兴趣的设备可包括：收发器，例如感应线圈阵列(例如，第一感应线圈和第二感应线圈，第一感应线圈和第二感应线圈彼此相对地定位并且配置成使得置于它们之间的组织将不接触第一感应线圈或第二感应线圈)；或天线阵列(即，第一天线和第二天线，第一天线和第二天线彼此相对定位并且配置成使得置于它们之间的组织不接触第一天线或第二天线)。

作为另一示例，感兴趣的设备可包括可操作地链接－或能够可操作地链接至感应线圈阵列的第二感应线圈(例如，如以上所描述的)的测量系统或相位检测器，其中测量系统被配置成测量阵列的感应线圈之间的在两个或两个以上频率范围(例如，第一频率范围和第二频率范围)内的一个或多个交流电流的相移；或可操作地链接－或能够可操作地链接至天线阵列的第二天线(例如，如以上所描述的)的测量系统，其中测量系统被配置成测量阵列的天线之间的在两个或两个以上频率范围(例如，第一频率范围和第二频率范围)内的一个或多个电压的相移。在一些实例中，第一频率范围是在约0.1MHz和150MHz之间，例如，在约1MHz和70MHz之间，例如，在约10MHz和60MHz之间、在约20MHz和50MHz之间、在约25MHz和40MHz之间，例如，在约30MHz和35MHz之间，即，约33MHz。在一些实例中，第二频率范围是在约100MHz和500MHz之间，例如，在约120MHz和200MHz之间，例如，在约130MHz和190MHz之间；在约140MHz和180MHz之间；在约130MHz和190MHz之间；在约140MHz和180MHz之间；在约150MHz和170MHz之间；例如，在约155MHz和165MHz之间，即，约160MHz。可由本领域普通技术人员容易地确定，其他相关频率和频率范围(例如，从1Hz到1THz、从1Hz到20GHz、从10KHz到10GHz等等)，例如，本领域所公知的或本文所描述的。

在一些实例中，测量系统/相位检测器被配置成确定在单个时间点处的相移、在一些实例中，测量系统进一步被配置成确定相移随时间的变化，即，在多个时间点，例如，每5分钟、每15分钟、每30分钟、每1小时、每2小时、每3小时、每4小时、每天。在一些实例中，测量系统被配置成通过无线通信来传输VEPS数据。

作为第三示例，感兴趣的设备可包括分析器元件(例如，数据采集模块、数据处理模块等)，分析器元件被配置成根据所记录的相移计算VEPS值，将VEPS组织特征与参考或参考盘(例如，组织分类器盘)相比较以确定组织的状况等。

类似地，感兴趣的系统可包括：感应线圈阵列或天线阵列(例如，如上述配置的)；和测量系统，可操作地链接至阵列的第二感应线圈或第二天线并且配置成测量在阵列的天线或感应线圈之间的相移(例如，如上所述的)。感兴趣的系统还包括：包括测量系统，能够可操作地链接至感应线圈阵列或天线阵列，并配置成测量阵列的天线或感应线圈之间的相移(例如，如上所述的)；和分析元件，例如，计算机等，分析元件被配置成将组织特征与参考或参考盘相比较(例如如上所述的)。在一些示例中，感兴趣的系统包括：感应线圈阵列或天线阵列(例如，如上述配置的)；测量系统，可操作地链接至阵列的第二感应线圈或第二天线并且配置成测量在阵列的天线或感应线圈之间的相移(例如，如上所述的)；和分析元件，例如，计算机等，分析元件被配置成将组织特征与参考或参考盘(例如，如上所述的)相比较。

除上述部件之外，本设备和系统可进一步包括用于实施本方法的指令。这些指令可以各种形式存在于对象工具包(kit)中，指令中的一个或多个可存在于工具包中。其中这些指令可存在的一种形式是适合介质或基板(例如，信息被印刷在其上的一张或多张纸)上、在工具包的包装中、在包装插页中的印刷信息。又一方式会是计算机可读介质，例如，卡带、CD等，信息已被记录在该计算机可读介质上。可存在的再一方式是可用于经由因特网访问远程站点处的信息的网址。任何方便的方式可存在于工具包中。

效用

本文所公开的组合物、方法、设备和系统提供了用于分析对象中的组织的健康的本领域中的改进。在本文中所公开的发现之前，不存在用于正常人脑的健康的简单可测量标准或参数；例如，像测量血压以确定心血管系统的健康和功能。本公开证实，在单个时间点进行的任何类型的VEPS或类VEPS(VEPS-like)测量(包括例如幅移和相移的组合)可用于健康人体组织(例如，人脑)的简单测量的参数，并且可用于监测正常人脑健康以及影响该类型的期望目标的治疗－类似于使用血压测量来确定人体心血管系统的健康。图5、6和7示出了可从患病患者和健康患者两者的不同单频VEPS测量和多频VEPS测量的组合获得的作为用于标识健康、疾病、和医学治疗的功效的参数的不同医疗见解的示例。

鉴于上述情况，所公开的组合物、方法、设备和系统发现在本领域中的多种用途。这些用途包括：例如，非侵入地确定组织的状况，例如，在个体中的脑组织、肺部组织、心脏组织、肌肉组织、皮肤组织、肾脏组织、角膜组织、肝脏组织、腹部组织、头部组织、腿部组织、臂部组织、骨盆组织、胸部组织，躯干组织、前列腺组织、乳房组织、食道组织、胃肠道组织等。确定组织的状况可用于诊断、预后、和/或监测医疗状况的宿主。本文所使用的术语“诊断”一般包括：对象对疾病或失调的易感性的预测，关于对象目前是否受到疾病或失调的影响，将对象的疾病或失调分类成疾病或失调的子类(例如，识别疾病状态或阶段)，对受到疾病或失调影响的对象的预后(例如，患者将从疾病或失调恢复的可能性，关于对象对疾病或失调的治疗的响应的预测)；和监测对象的状况以提供关于治功效果或功效的信息。在一些实例中，所公开的组合物、方法、设备和系统特定应用于提供对对象的预后，例如，对象将从疾病或失调的恢复的可能性，关于对象将对治疗的响应的预测等。在一些实例中，所公开的组合物、方法、设备和系统特定应用于例如，在新的治疗进展期间或在治疗的施用期间监测组织。

例如，多个不同的医疗状况与由眼睛不可辨别的异常组织液含量相关联。这些状况的诊断、预后对它们的减弱和治疗至关重要。此类医疗状况的示例包括，但不限于：水肿、出血、血肿、局部缺血、脱水、肿瘤的存在、感染、脑变性、外渗、内出血、产妇出血、和相对于年龄的组织健康(例如，组织的过早衰老)等等。本公开的组合物、方法、设备和系统可尤其有用于将组织分类为具有这些状况中的一个。

水肿和局部缺血。组织水肿是涉及组织中的流体量的增加的病理状况。流体的积聚可以是细胞外、细胞内或以上两者。细胞外水肿由增加的超滤或再吸收的减少引起。细胞内水肿可由局部缺血和所导致的细胞内高渗血症或由于细胞外低渗的结果而引起。取决于水肿类型，状况是其中组织中的液体量增加的状况并且在事件已发生之后平衡通常因变于时间而改变。当组织水肿发生在脑部或肺部中时，组织水肿是值得关注的。在脑部中，细胞外水肿在几个小时或几天内、在大面积中风后以延迟的方式发展，并且是实质死亡的原因。缺血性脑部水肿开始于组织Na+和水含量的增加，并且继续血脑屏障破坏和实质和血管本身两者的梗死。

疾病控制和预防中心的从1995至2001年时期的研究表明，仅美国每年发生至少140万的外伤性脑损伤。这导致约110万急诊就诊、235,000住院治疗和大约50,000人死亡。人口中的每100,000人约1,100事件发生在从0至4岁的年龄组。颅脑损伤导致比50岁以下的任何其他神经疾病的多的死亡和残疾，并在超过70％事故中发生。这是在35岁以下的男性死亡的主要原因。致命的影响可不由即刻的伤害造成；相反，对脑组织的进行性损伤随时间发展。响应于创伤，需要监测脑部中发生的变化，以防止进一步的损害。

脑肿胀可由到脑部队的血液量的增加引起。脑水肿是导致脑肿瘤的发病率和死亡率的最重要的因素之一。接着发生脑水肿，脑水肿是由组织水含量的绝对增加所引起的脑容量的增加。流体的积聚可以是细胞外、细胞内或以上两者。血管性水肿由反式血管渗漏造成，反式血管渗漏常常由血脑屏障的紧内皮连接的机械故障和增加的超滤或再吸收的减少引起。血管性水肿也由组织间隙中的蛋白质丰富的滤液的外渗和细胞外液的积聚造成。细胞毒性水肿由细胞肿胀表征。细胞毒性水肿是由膜离子泵衰竭导致的细胞内过程。在颅脑损伤后非常常见，并且往往与创伤后局部缺血和组织缺氧相关联。主要机制是因局部缺氧和缺血引起的钠钾ATP酶泵效率的降低。这种类型的水肿随着微循环的压缩在癌症中发生。当在脑积水的情况下存在细胞外液中的积聚时，发生间质性或脑积水水肿。脑室内肿瘤或压缩心室的肿瘤可引起这种类型的水肿。

与水肿类型无关，状况是其中组织中的液体量增加或平衡被改变的状况。当在脑部中发生水肿时，水肿是值得关注的。在脑水肿的特征在于，在几个小时或几天内、在已发生脑创伤之后以延迟的方式发展，并且是实质死亡的原因。对脑部中的水肿的检测和连续监测是对医疗状况和治疗的评估至关重要的。

肺水肿往往与肺损伤相关联的并且也需要连续监测和治疗。对大脑和肺部水肿的检测和连续监测是对医疗状况和治疗的评估有用的。

组织和器官的局部缺血由规范的生理条件的变化(诸如氧气和血流的丢失)引起。它可在体内发生，例如，由于血流的障碍结果。在输送保存用于移植的器官时，局部缺血可在体外发生。局部缺血导致细胞内组合物的变化，细胞内组合物的变化与细胞内和细胞外间隙的水含量性质的变化相适应并导致细胞死亡。

因此，在医疗应用中，能够检测指示水肿和局部缺血的发生的水含量性质变化是重要的。

内部和腹膜间(Interperitoneal)出血。创伤是在所有年龄组中的第三个最常见的死亡原因并且是生命的前三十年中的死亡的首要原因。在所有创伤中，腹部损伤和骨盆损伤促成死亡率中的约20％。此外，由腹腔出血引起死亡是创伤患者中的可预防死亡的常见原因。出血是全世界四分之一产妇死亡的原因。可在与分娩相关联的出血开始之后小于两小时内发生死亡。除创伤之外，还在若干手术后状况中发生腹腔出血。不幸的是，早期腹腔内出血不能通过生命体征(速率脉冲或血压)检测出并且它仅在临界量的血液已发现其进入腹腔中的路径之后变得明显。因此，由腹腔出血引起的死亡是创伤患者中的可预防死亡的常见原因。然而，腹腔内出血的早期检测可对患者存活起关键作用。

外渗。外渗是血液、血清、淋巴或治疗药物直接到身体组织的不想要的通过或逃逸(escape)。体征和症状可包括：在注射部位处突然开始局部疼痛、在注射部位处的突然发红或极度苍白、或静脉针中的血液回流的丢失。外渗可导致皮肤和组织坏死、和“筋膜间室综合征”(由动脉压缩的进行性发展和血液供应的减少导致额病理状况)。

类似于上述医疗状况，外渗导致组织中的水含量性质的变化(通常在注射部位处或附近)。因此，将期望(优选地通过接触(on-contact)系统)检测外渗。

组织衰老和衰老治疗目标。作为组织变老，发生定型(stereotypical)结构、化学和功能变化。在某些实例中，可过早地发生这些变化，从而导致组织的“过早衰老”，或“病理衰老”。

例如，在脑组织中，发生定型结构和神经生理学改变，并且在一些个体中伴随有认知衰退。计算机断层扫描(CT)研究已经发现，在被称为脑室扩大的过程中脑室因变于年龄而扩大。MRI研究已报道脑容量中的与年龄有关的区域减少(Craik,F.等人(2000年)，TheHandbook of Aging and Cognition(衰老和认知手册)(第二版)新泽西州，莫瓦市：Lawrence Erlbaum；Raz,N.等人(2005)，Regional Brain Changes in Aging HealthyAdults:General Trends,Individual Differences and Modifiers(老年健康成人的区域脑部变化：总体趋势、个体差异和调节器)，Cereb.Cortex 15(11)：1676–1689)。利用基于体素的形态测量学的研究已将诸如岛叶和顶叶脑回之类的区域标识为尤其容易受到老年人的与年龄相关的灰质的丢失的影响(Henkenius，A.等人(2003)，“Mapping corticalchange across the human life span(在人类寿命跨度上的映射皮质变化)”，NatureNeuroscience(自然神经科学)6(3)：309-315)。负责一定语言功能(例如，字检索和生产)的前语言皮层也是易受影响的。另一方面，距状沟周围的诸如扣带回和枕叶皮层之类的区域似乎不受灰质密度随时间的这种降低(Henkenius,A.等，同上)的影响。

在大脑中的灰质的这种丢失至少与神经元之间的突触的丢失相关联。参见例如美国申请No.US2012/328601，该申请的公开内容通过引用结合于此。突触丢失开始于至少约20岁，并且可能或可能不伴随有认知衰退。通常，如果发生认知衰退，则这是对记忆的适度破坏，通常被称为“与年龄相关的认知障碍”或“轻度认知障碍(MCI)”，其表现为已随时间恶化但整体精神功能和日常活动没有受到损害的记忆或其他智力功能(诸如规划、执行命令、或作出确定结果)的问题。因此，虽然可能通常不发生显著的神经元死亡，但在衰老脑部中的神经元易受结构、突触完整性、和突触处的分子处理中的亚致死的与年龄有关的改变的影响，所有这些改变都损害认知功能。

在衰老的脑部中发生的另一标志(hallmark)结构变化是神经元纤维缠结的发展。在正常衰老和与衰老相关联的神经病理(例如，阿尔茨海默氏症、帕金森氏症、糖尿病、高血压和动脉硬化)中发展神经元纤维缠结。然而，与衰老有关的神经病理相反，在脑部的正常衰老过程中，存在缠结的密度的普遍增加并且在发现缠结处没有显著差异。

还在衰老脑部中观察到神经递质和神经递质受体的合成的变化。例如，在活人对象中使用正电子发射断层扫描(PET)的研究已经表明多巴胺合成中的与年龄显著有关的下降(Hof,P.R.等人(2009)，Handbook of the neuroscience of aging(衰老神经科学手册)，伦敦：Elsevier(爱思唯尔))，特别是在纹状体和纹外皮层(extrastriatal)区域(不包括中脑)中的多巴胺合成中的与年龄显著有关的下降(Ota,M等人(2006)，“Age-relateddecline of dopamine synthesis in the living human brain measured by positronemission tomography with L-[β-11C]DOPA(通过采用L-[β-11C]DOPA活人脑部中的多巴胺合成的与年龄相关的下降)”，Life Sciences(生命科学)79(8):730–736))。也已经报道多巴胺受体D1、D2、和D3中的与年龄显著相关的下降(Kaasinen,V.等人(2000)，“Age-related dopamine D2/D3 receptor loss in extrastriatal regions of the humanbrain(人脑的纹外皮层区域中的与年龄有关的多巴胺D2/D3受体丢失)”，Neurobiology ofAging(衰老神经生物学)21(5):683–688；Wang,Y.等人(1998)，“Age-Dependent Declineof Dopamine D1 Receptors in Human Brain:A PET Study(人脑中的多巴胺D1受体的依赖于年龄下降：PET研究)”，Synapse(突触)30(1)：56-61)。也已表明了发生的随着年龄不同的血清素受体和血清素转运(5-HTT)的降低水平。利用PET方法对人类(活体内)进行的研究表明，在尾状核、壳核、和额叶大脑皮层中的S2受体的水平随着年龄而降低(Wong,D.F.等人(1984)，“Effects of age on dopamine and serotonin receptors measured bypositron tomography in the living human brain(年龄对通过在活人脑部中的正电子断层扫描测得的多巴胺和血清素受体的影响)”，Science(科学)226(4681)：1393–1396)。

定型结构、化学和功能变化还伴随其他组织中的衰老。例如，在衰老呼吸系统中，肺弹性降低，胸壁的硬度增加，和呼吸肌肉强度下降。这些变化促成用力肺活量、呼气流速、弥散量、气体交换、通气驱力、和呼吸感觉随着个体年龄逐渐地但进行性地降低。在循环系统中，增加的年龄与增加的内膜厚度、血管平滑肌肥大、内弹性膜的碎裂和胶原蛋白与交联在动脉壁中的胶原蛋白的量的增加相关联。动脉树的硬化改变心脏中的后负荷和左心室几何形状，并且虽然维持静息左心室收缩功能，但左心室舒张功能基本改变，这可能导致左心室肥大的发展。在衰老肝脏中，观察到组织体积和血液流动的下降，从而导致降低的代谢率和药物清除的速率。

与组织衰老相关联的状况的其他示例是对本领域普通技术人员已知的。对此类状况的过早开始的早期检测(例如，如上所述或如本领域所已知的)将对长期健康和个人的存活中起关键作用。

获得基于VEPS组织特征可用于诊断医疗状况，或标识需要进一步观察的组织状况，例如，医学成像。在一些实例中，VEPS特征可单独地用于提供诊断、预后，用于监测治疗，等。在一些实例中，VEPS特征可与本领域已知的其它临床参数(例如，年龄、体重、整体健康，疾病或失调的危险因素等)结合使用，以提供诊断、预后、监测对治疗的响应性等，同样，在一些实施例中，该方法进一步包括确定临床参数，和基于VEPS特征和临床参数提供对象的组织状况的确定结果。

显而易见的是，上面列出的各种测定是昂贵的，而且不像例如作为心血管系统的目标的血压测量、肺部的升降计测量，或甚至心脏的ECG测量那样便于使用。相反，VEPS和类VEPS的技术是廉价的、执行简单、并提供可用于诊断对象、提供预后、监测治疗、或在药物发现期间监测组织健康的丰富的信息。本文所提供的示例示出了可从患病患者和健康患者两者的不同单频VEPS测量和多频VEPS测量的组合获得的作为用于标识健康、疾病、和医学治疗的疗效的目标的不同医疗见解的示例。

示例

以下示例被提出以为本领域的技术人员提供如何形成并使用本发明的完整公开和描述，并不旨在限制发明人视为其发明的范围，它们也不旨在表示下面的实验是所有或唯一被执行的实验。已经努力确保所使用的数值的准确性(例如数量、温度等)，然而应当考虑某些错误和偏差。除非另外指出，部分是按重量的部分，分子重量是重量平均分子重量，温度是摄氏度，以及压力是大气压或接近大气压。

可在此类标准教科书中发现分子和细胞生物化学中的一般方法，如MolecularCloning:A Laboratory Manual(分子克隆：实验室手册)，第3版(Sambrook等人，HaRBorLaboratory Press(海港实验室出版社)2001)的；分子生物学中的短协议，第4版(Ausubel等人编辑，John Wiley和Sons，1999)；蛋白质方法(Bollag等人，John Wiley&Sons，1996)；基因治疗的非病毒载体(Wagner等人主编，Academic Press(科学出版社)，1999)；病毒载体(Kaplift和Loewy主编，Academic Press(科学出版社)，1995)；免疫学方法手册(I.Lefkovits主编，Academic Press(科学出版社)，1997)；以及细胞和组织培养：生物技术中的实验室程序(Doyle和Griffiths,John Wiley和Sons，1998)，它们的公开内容通过引用结合于此。试剂、克隆载体、和本公开中提及的用于基因操纵的工具包可从商业供应商(诸如，BioRad、Stratagene、Invitrogen、Sigma-Aldrich、和ClonTech)购买。

示例1

材料和方法

感应相移测量的生物物理考量图1显示了在此研究中所使用的人头部/线圈几何配置的示意图。设备非常简单。它由以电感器-传感器布置的不同半径的两个耦合的线圈组成。线圈同轴地居中。脑部(头部)被置于线圈之间。交流电Ie^jwt被注入电感器线圈中。电流生成由传感器线圈检测的主磁场B。限制在线圈之间的组织的体积产生对主磁场(ΔΒ)的扰动。扰动是在线圈之间的体积中的脑组织的复阻抗的函数。扰动通过将传感器线圈中的场B+ΔΒ与主磁场B相比较来评价。磁场的变化表示脑组合物复阻抗的体积变化。用于检测磁场的变化的一种稳健方法是测量电感器线圈和传感器线圈之间的相移。测量因变于所注入的电流频率的相移产生“体积电磁相移谱”(VEPS)数据。用于测量相移的一种简单方法是通过“相对于电压的电压”布置(Mori,K.,Met al.(2002)，“Temporal profile of changesin brain tissue extracellular space and extracellular ion(Na+,K+)concentrations after cerebral ischemia and the effects of mild cerebralhypothermia(在脑缺血和轻度脑低温的影响之后脑组织细胞外间隙和细胞外离子(Na+,K+)浓度的变化的时间分布)”，Journal of neurotrauma 19(10):1261-1270；Schwan,H.P.(1957)，“Electrical properties of tissue and cell suspensions(组织和细胞悬浮液的电性能)”，Adv.Biol.Med.Phys.,5:147-209)。在这种布置中，电感器线圈中的电压和传感器线圈中的电压之间的依赖于频率的相位差被用来估计VEPS。

实验VEPS原型。以下是VEPS数据采集设备的简要描述。系统由五个模块组成：数字合成器、收发器、相位检测器、数据采集和数据处理。在图1中的框图中示出了这些模块。数字合成器是信号发生器AD9958(模拟设备公司，美国，马赛诸塞州，诺伍德)。它供应在1–200MHz频率范围内的约10mA rms的正弦电流Icos(ωt)。在PC控制下，该电流以200预编程的等间隔频率供应。收发器由半径为R1＝3.2cm和R2＝11cm且间隔10cm距离的两个同心线圈组成。两个线圈由卷在专门设计用于成人头部(图2)的符合人体工程学塑料线束上的10匝电磁线AWG22构造。根据法拉第定律计算的用于电感器和传感器线圈的线圈电感分别约为67.4和796.4μH。估计的互感系数约为M＝72.8μH。为了避免感应拾取，线圈的引线被扭曲。商业设备，AD8302(模拟设备公司，美国，马赛诸塞州，诺伍德)被用于相位检测。该AD8302是完全集成的RF IC，用于以10mV/度的分辨率测量两个信号之间的相位差。来自电感器和传感器线圈的信号通过5X前置放大器SR445(斯坦福研究系统公司，美国，加州，桑尼维尔)连接至数字合成器和相位检测器模块，如图1所示。数据采集(A/D)模块采用10位模数转换模块微控制器18F4550(微芯片科技公司，美国，亚利桑那州，钱德勒)。在各频率处的VEPS数据是来自该频率处的1024次测量的平均值。传感器采样率是48k样本/秒。图2示出了临床VEPS电感器传感器原型和它被定位在加护病房(CCU)中的脑损伤患者的头部上的方式的照片。

实验设计。入选标准：从18岁至70岁的年龄范围且无金属假体或起搏器的女性和男性。图3示出了研究的流程图。该研究包括从两组对象获取非侵入性VEPS数据：a)健康志愿者(46名志愿者，年龄18至48岁)和b)患有脑损伤的由于以下病理学中的一个的结果入院到CCU的患者：脑损伤、脑血管事件或外伤性脑创伤(craneoencefalic trauma)(8个患者，年龄27至70岁)。针对病理的起因，患有脑损伤的患者进一步被分为两种典型临床状况：1)水肿–无出血的弥漫性或局部水肿，和b)血肿-硬膜外、硬膜下、实质或蛛网膜下局部(welllocalized)血肿。虽然血肿与水肿相关联，但为了简单起见，我们选择将脑损伤+血肿状况称为“血肿”，因为血积聚是主要病理。在VEPS研究之前，神经放射学部门采用计算机断层扫描(CT)评估患者的脑部病理。在健康志愿者和患者两者中，我们：a)采用通常1mm分辨率卷尺(tape)测量外伤性脑周长(CP)和b)采用前面所描述的原型测量在1至200MHz范围内的在200个预编程的频率(等间隔)处的VEPS。相对于CP标准化该VEPS数据，以最小化对VEPS测量的本征头部体积效应。将来自健康志愿者的VEPS/CP数据与来自患有脑损伤的患者的数据相比较。在患有脑损伤的患者之中，比较被诊断为水肿和被诊断为“血肿”之间的VEPS/CP数据。由于相对小的样本数量，非参数统计曼-惠特尼U测试被施加于多频VEPS/CP数据分析。统计分析使用程序STATISTICA V7.0(Stat Soft.Inc)并且显著水平标准是P<0.05。

结果

通过46名健康志愿者(年龄18至48岁)和8名患有脑损伤的患者(年龄27至70岁)进行此处所报告的研究。表1中给出了与个人数据及其外伤性脑周长(CP)[cm]的对象的列表。

表1.参与研究的健康志愿者和脑损伤患者的数据的列表。

采用在“材料和方法”中所描述的和图1与2所示的专门构建的VEPS设备采集多频VEPS测量。利用图3中的流程图中的实验协议将来自患有脑损伤的患者的VEPS数据与头部的计算机断层扫描(CT)图像相关。图4示出脑损伤患者头部的CT，根据它们的病理被分成两组：水肿或血肿。接着，给出每个CT图像的临床神经学评估。左侧(水肿)的CT图像显示无出血或血肿的中度至重度弥漫性脑水肿。在右侧(血肿)的图像中看到硬膜外、硬膜下、实质或蛛网膜下局部血肿。

如前所述，因为相对小的对象数量，非参数统计曼-惠特尼U测试(STATISTICAV7.0(Stat Soft.Inc)被应用于多频VEPS/CP数据分析。表2显示了分析的最突出的部分。非参数统计曼-惠特尼U测试以P<0.05的显著水平检测在从26MHz至39MHz和从153MHz至166MHz的频率范围内的健康和脑损伤对象的各种VEPS测量之间的统计学显著差异。在从26MHz至39MHz的频率范围中，在健康志愿者和患有脑损伤的患者的VEPS/CP之间存在统计学显著差异。在从153MHz至166MHz的频率范围内，被设计用于小数量的数据点的非参数统计曼-惠特尼U测试指示在患有脑水肿的患者和患有脑血肿的患者的VEPS/CP测量之间统计学显著差异。

为了以简要形式显示测量的结果，我们为每个对象计算两个参数β和γ。这两个参数β和γ分别是在从26MHz至39MHz和从153MHz至166MHz的频率范围内的在表2中所列出的具体频率处的VEPS/CP[度/cm]的所有值的总和。

图5示出了因变于对象年龄的该研究的所有对象的β值。这表明，在健康个体中，在β值和年龄之间存在很强相关性(R2＝0.6299)，但在脑部患病的患者中，不存在与年龄相关性(R2＝1.9E-5)。然而，还如从表2所确定的在健康志愿者和患有脑部状况的患者的β值之间存在显著的统计学差异。令人感兴趣的是，健康个体的β值相对于年龄的曲线与约77岁的水肿或血肿的病理脑部状况的曲线相交。这表明，单独的β值的测量值可有效地检测年轻对象的脑损伤，但对老年患者将会失败。图6示出了因变于年龄的该研究的所有对象的γ值。这表明，在健康个体中，在γ值和年龄之间存在相关性(R2＝0.2162)，但在脑部患病的患者中，不存在与年龄的相关性。此外，在健康和患病脑部之间似乎不存在随着年龄的区别。然而，如表2和图6表明，在患有血肿和水肿的患者之间存在统计学显著差异。令人感兴趣的是，β和γ参数与年龄相关性具有对于β和γ不同的标志(sign)斜率。

表2和图5与6示出了对脑部状况的诊断是在频率的β和γ范围内的两个VEPS参数的函数。这提示我们，在图7中所示的多频分类器形态中显示的每个个体的数据可具有诊断价值。图7显示了被表示为数据点的研究中的每个个体的β和γ参数。采用表1中的对象编号来标识图中的每个数据点。显而易见的是，在图7的表示中，患有脑部状况的患者从健康志愿者中脱颖而出并且水肿的疾病形态与血肿分离。图7具有标量分类器显示。

表2.采用在频率的范围内的实验组和子组的VEPS/CP(度/cm)数据的曼-惠特尼U测试的统计分析，其中在频率的范围之间发现P<0.05的统计学显著差异。

讨论

在从DC到GHz的频率范围内的生物组织的复阻抗显示具有三个独特的分散(dispersion)(Grimnes S.等人，“Bioimpedance and Bioelectricity Basics(生物阻抗和生物电基础)”(2000)，Academic Press，美国)。三个主要电介质分散的介电常数和导电率已被标记为α、β和γ。它们分别在从DC通过MHz到GHz的增加的频率处发生。α分散由带电细胞膜表面周围的松弛的抗衡离子气氛周围的相反离子气氛中的弛豫(relaxation)引起，β分散由麦克斯韦-瓦格纳弛豫产生，麦克斯韦-瓦格纳弛豫是在包含两种不同的电介质之间的边界的材料中发生的界面弛豫过程，以及γ分散由组织内的游离水的弛豫产生(Schurer,L.等人“Is postischaemic water accumulation related to delayedpostischaemic hypoperfusion in rat brain？(老鼠脑部中的局部缺血后积水与延迟的局部缺血后灌注不足有关？)”(1998)，Acta Neurochirurgica 94(3-4):150-154)。

生物组织的谱特性的测量提供了关于生物组织的组成的结构和变化的信息，特别是细胞内液和细胞外液之比。已在半个世纪前建议使用生物电阻抗测量来检测体内的水含量和水肿(Morucci,J.P.等人“Bioelectrical impedance techniques in medicine(医学中的生物电阻抗技术)”(1996)，Critical Reviews in Biomedical Engineering 24(4-6):655-677；Nierman,D.M.等人“Transthoracic bioimpedance can measureextravascular lung water in acute lung injury(经胸生物阻抗可在急性肺损伤时测量血管外肺水)”(1996)(1996)，J Surg Res.65(2):101-8；Grasso,G.等人“Assessment ofhuman brain water content by cerebral bioelectrical impedance analysis:A newtechnique and its application to cerebral pathological conditions(通过脑生物电阻抗分析评估人脑水含量：一种新的技术及其到脑部病理状况的应用)”(2002).Neurosurgery 50(5):1064-1072)。生物电测量已演变成为被称作电阻抗断层成像技术(EIT)的成像技术，该成像技术采用接触电极阵列来将子感觉电流注入到体内并测量电压以产生组织的电阻抗的映射以用于各种医学成像应用(包括检测水肿)中(Henderson,R.P.等人“Impedance camera for spatially specific measurements of thorax(用于胸部的空间特定测量的阻抗相机)”(1978).IEEE Trans.Biomed.Eng.25(3):250-254；Webster,J.G.,Electrical Impedance Tomography(电阻抗断层成像),纽约:Adam Hilger,1990；Metherall,P.等人“Three-dimensional electrical impedance tomography(三维电阻抗断层成像)”(1996).Nature 380:509–512；Newell,J.C.等人“Assessment of acutepulmonary edema in dogs by electrical impedance imaging(通过电阻抗成像对狗的急性肺水肿的评估)”(1996).IEEE Trans Biomed Eng 43(2):133-8；Otten,D.M.等人“Cryosurgical monitoring using bio-impedance measurements-a feasibility studyfor electrical impedance tomography(利用生物阻抗测量的低温外科监控-电阻抗断层成像的可行性研究)”(2000).IEEE-Trans of Biomedical Eng 27(10):1376-1382；Lionheart,W.R.“EIT reconstruction algorithms:pitfalls,challenges and recentdevelopments(EIT重建算法：陷阱、挑战和最近的发展)”(2004).Physiol Meas 25:125-142；Holder,D.S.“Electrical impedance tomography:methods,history andapplications(电阻抗断层成像：方法、历史和应用)”(2005).London:IOP Publishing Ltd456；Tang,T.等人“Quantification of intraventricular hemorrhage with electricalimpedance tomography using a spherical model(利用球状模型通过电阻抗断层成像的心室内出血的量化)”(2011).Physiol.Meas.32(7):811-21)。采用非接触电线圈，通过磁感应的生物电测被认为是接触电极测量的有价值的替代(Tarjan,F.P.等人“Electrodelessmeasurements of the effective resistivity of the human torso and head bymagnetic induction(通过磁感应对人体躯干和头部的有效电阻率的无电极测量)”(1968).IEEE Trans.Biomed.Eng.15:266–78；Netz J.等人“Contactless impedancemeasurement by magnetic induction-a possible method for investigation ofbrain impedance(通过磁感应的无接触阻抗测量-用于脑阻抗的调查的可能的方法)”(1993).Physiol.Meas.14:463–71；Griffiths H.等人“Magnetic inductiontomography—a measuring system for biological materials(磁感应断层成像-用于生物材料的测量系统)”(1999).Ann.NY Acad.Sci.873:335–45；Al-Zeiback,A.等人“Afeasability study of in vivo electromagnetic imaging(体内电磁成像的可行性研究)”(1993).Phys.Med.Biol.38:151-160；Korjenevsky,A.V.等人“Progress inRealization of Magnetic Induction Tomography(磁感应断层成像的实现进展)”(1999).Ann NY Acad Sci.873:346-352；Griffiths,H.“Magnetic Induction tomography(磁感应断层成像)”(2001.)Meas.Sci.Technol.12:1126-31；Scharfetter,H.等人“Magnetic induction tomography:Hardware for multi-frequency measurements inbiological tissues(磁感应断层成像：用于生物组织中的多频测量的硬件)”(2001).Physiol Meas.22(1):131–146；Soleimani,M.等人“Absolute ConductivityReconstruction in Magnetic Induction Tomography Using a Nonlinear Method(利用非线性方法在磁感应断层成像中的绝对导电率重建)”(2006)，IEEE Trans MedicalImaging 25(12):1521–1530；Hart,L.W.等人“A noninvasive electromagneticconductivity sensor for biomedical applications(用于生物医学应用的非侵入电磁导电率传感器)”(1988)，IEEE Trans.Biomed.Eng.35:1011–22；Merwa,R.等人“Detectionof brain oedema using magnetic induction tomography:a feasability study oflikely sensitivity and detectability(利用磁感应断层成像的脑水肿检测：可能的灵敏度和检测能力的可行性研究)”(2004)，Physiol.Meas.25:347–57；Kao,H.P.等人“Correlation of permittivity and water content during cerebral edema(在脑水肿期间介电常数和水含量的相关性)”(1999)，IEEE Trans.Biomed.Eng.46:1121–8；Scharfetter,H.等人“Biological tissue characterization by magnetic inductionspectroscopy(MIS):requirements and limitations(通过磁感应光谱(MIS)的生物组织表征：要求和限制)”(2003).IEEE Trans.Biomed.Eng.50:870–80)。感应测量不要求电极和正经受测量的皮肤或组织之间的电流耦合。在用于水肿检测的脑导电率测量的特定情况下，颅骨并不代表对磁场的屏障(Tarjan,F.P.等人“Electrodeless measurements of theeffective resistivity of the human torso and head by magnetic induction(通过磁感应的对人体躯干和头部的有效电阻率的无电极测量)”(1968).IEEETrans.Biomed.Eng.15:266–78；Netz J.等人“Contactless impedance measurement bymagnetic induction-a possible method for investigation of brain impedance(通过磁感应的无接触阻抗测量-用于脑阻抗调查的可能的方法)”(1993).Physiol.Meas.14:463–71)。这就是我们为什么为我们的技术选择非接触电磁测量。非接触式测量已发现在开发用于组织的电成像的替代技术中的应用-磁感应断层成像(MIT)及其不同变型(Griffiths H.等人“Magnetic induction tomography—a measuring system forbiological materials(磁感应断层成像-用于生物材料的测量系统)”(1999).Ann.NYAcad.Sci.873:335–45；Al-Zeiback,A.等人“A feasability study of in vivoelectromagnetic imaging(体内电磁成像的可行性研究)”(1993).Phys.Med.Biol.38:151-160；Korjenevsky,A.V.等人“Progress in Realization of Magnetic InductionTomography(磁感应断层成像的实现进展)”(1999).Ann NY Acad Sci.873:346-352；Griffiths,H.“Magnetic Induction tomography(磁感应断层成像)”(2001.)Meas.Sci.Technol.12:1126-31；Scharfetter,H.等人“Magnetic induction tomography:Hardware for multi-frequency measurements in biological tissues(磁感应断层成像：用于生物组织中的多频测量的硬件)”(2001).Physiol Meas.22(1):131–146；Soleimani,M.等人“Absolute Conductivity Reconstruction in Magnetic InductionTomography Using a Nonlinear Method(利用非线性方法在磁感应断层成像中的绝对导电率重建)”(2006)，IEEE Trans Medical Imaging 25(12):1521–1530)。非接触式测量已被考虑用于通过光谱和成像两者来检测组织中的水含量的移位(Hart,L.W.等人“Anoninvasive electromagnetic conductivity sensor for biomedical applications(用于生物医学应用的非侵入电磁导电率传感器)”(1988)，IEEE Trans.Biomed.Eng.35:1011–22；Merwa,R.等人“Detection of brain oedema using magnetic inductiontomography:a feasability study of likely sensitivity and detectability(利用磁感应断层成像的脑水肿检测：可能的灵敏度和检测能力的可行性研究)”(2004)，Physiol.Meas.25:347–57；Kao,H.P.等人“Correlation of permittivity and watercontent during cerebral edema(在脑水肿期间介电常数和水含量的相关性)”(1999)，IEEE Trans.Biomed.Eng.46:1121–8；Scharfetter,H.等人“Biological tissuecharacterization by magnetic induction spectroscopy(MIS):requirements andlimitations(通过磁感应光谱(MIS)的生物组织表征：要求和限制)”(2003).IEEETrans.Biomed.Eng.50:870–80)。我们已经开发的VEPS技术是基于来自几十年在该领域的研究的丰富的生物物理和生物工程工作。我们工作的新颖之处在于在相关频率的范围内从组合物体积测量电磁相移的概念(美国专利No.7,638,341；美国专利No.7,910,374；美国专利No.8,101,421)。这导致非常简单、廉价和稳健的设备，该设备产生使他们自身采用分类器技术(而不是采用成像)进行分析的频谱电磁数据。该技术将有助于解决世界各地所面临的健康服务缺乏和对医学成像设备的访问的问题。

通过表3(下面)最好地理解在该实验中收集的数据的显著性。

表3.脑组织、人血清和血液在特定频率处的导电率(S/m)。来自Stoy,R.D.等人(1982)Dielectric properties of mammalian tissues from 0.1to 100MHz(从0.1至100MHz的哺乳动物组织的电介质性质)；a summary of recent data.Phys.Med.Biol.27(4):501-513；Duck,F.A“Physical Properties of Tissue(组织的物理性质)”London:Academic(1990)；Gabriel S等人(1996)The dielectric properties of biologicaltissues:III.Parametric models for the dielectric spectrum of tissues(生物组织的电介质性质：III.用于组织的电介质谱的参数模型)Phys.Med.Biol.412271–93。

VEPS测量反映各种组织的体积组合物的电磁特性。VEPS测量将显然取决于组合物中各成分的属性及它们的相对体积。表3显示了在25MHz的频率处，脑组织的导电率是人血清或血液的导电率的约40％。显然，如果在分析的体积的一部分中，脑组织被血清或血液取代，在25MHz频率范围内的组合物体积阻抗将与纯脑组织的组合物体积阻抗不同。因此在大约25MHz的范围内的频率处，健康个体的VEPS应该与患有水肿(在所分析的体积中的增加的人血清)或血肿(在所分析的体积中的增加的人血)的患者的VEPS不同。这确实是表2和图5中的数据所显示的。

图5带来了另一感兴趣的观察。该图显示了健康个体的β值随着与高R2值相关的年龄而减小。在图5中令人感兴趣的是，在77岁处，健康个体的β值接近患有脑部状况的患者的β值。这表明，单独在频率的β范围内进行的VEPS测量可在对老年患者的脑部状况的诊断中失败。还表明，VEPS测量提供对超出特定疾病状况的人脑的更一般的医疗状况的见解，例如，如此处所概述的。

表3显示了在100MHz至300MHz的频率处，脑组织的电性质基本更类似于在25MHz处的血清和血液的电性质而与25MHz处的脑组织的电性质不同(分散现象)。这表明，在100MHz至300MHz的频率处，健康志愿者的VEPS应类似于患有影响大脑中的流体体积的医疗状况的患者的VEPS。这与在图6中绘制的结果一致，图6显示了因变于年龄的γ值。图6显示虽然在β频率范围中的患者的VEPS和健康志愿者的VEPS之间存在显著统计学差异(图5，表2)，但在γ频率范围中不存在显著统计学差异(图6，表2)。

表3也表明在300MHz和100MHz处的血清和血液之间的电性质比在25MHz处的大。这表明在这些较高频率处，VEPS应该能够区分患有水肿的患者和患有血肿的患者。事实上，如表2所示，尽管相对小的样本尺寸，但是在从153MHz至166MHz的频率范围内存在水肿和血肿患者的VEPS之间的统计学差异。这在图6中被确认。很明显，在β频率范围中，在患有水肿和血肿的患者的之间不存在统计学差异。另一方面，图6示出了在γ频率范围内，患有水肿和血肿的患者之间的VEPS差异是显而易见的。图6还示出了γ值和年龄之间的相关性具有与图5中的β值和年龄之间的相关性不同符号的斜率。这是关于图7重要的考虑。

图5和6以及表2表明，脑部的医疗状况是在从26MHz至39MHz的频率范围和从153MHz至166MHz的频率范围中的至少两个VEPS参数的函数。这提示我们，因变于对象的β和γ值的每个对象的数据点的显示可提供对对象脑部状况的见解。这是设计分类器的典型方法(Laufer,S.和Rubinsky,B.(2009)“Tissue characterization with a multimodalityclassifier:electrical spectroscopy and medical imaging(采用多模态分类器的组织标准：电子光谱和医学成像)”,IEEE Trans Biomed Eng.Feb；56(2):525-8,2009；Laufer,S,Rubinsky B(2009)Cellular Phone Enabled Non-Invasive Tissue Classifier(启用蜂窝电话的非侵入组织分类器).PLoS ONE 4(4):e5178)并且图7是典型的两参数标量分类器显示。图7中的显示清楚地区分脑部的不同状况。它表明，在单独的β和γ值域中发现健康个体、患有水肿的个体和患有血肿的个体的数据点。图7中的显示对于图5特别重要。图5示出了健康个体的β值随着年龄下降，并接近77岁的脑受损个体的β值。这表明，在年老对象中的对β参数典型的频率的范围中的脑损伤的检测可能没有年轻对象中有效。然而，图7示出了由健康、水肿和血肿患者占据的β和γ值域是不同的，并且如在图5和6中的不存在随着年龄的渐进变化。这可能是偶然发现的并且是β和γ曲线中的与年龄的相关性曲线具有不同的标志斜坡的事实的结果。因此，就β和γ值而言，年龄的影响在显示中被取消，并且仅保留医疗状况的影响。图7示出了构建用于疾病的非接触诊断的VEPS多频分类器的可能(promise)。

从临床研究已知，患病的脑部中的变化是复杂的并且在一段时间内发生。根据数据，我们预期在患有医疗状况的患者的大脑中的VEPS将遵循此处观察到的模式随时间改变。因此，测量被怀疑具有脑部中的医疗状况的患者的VEPS还可用于确定患者是否应该被发送到中央设施处进行医疗成像。

总之，对脑部患有水肿和血肿的患者和健康志愿者的VEPS多频测量的该临床研究表明，脑部患有水肿和血肿的医疗状况的患者的VEPS在统计上与健康志愿者的VEPS不同，并且将可能使用简单的设备和分类器显示来诊断组织中(例如，脑部)的医疗状况。区分脑部中的水肿和血肿的能力是重要发现。首先，它指向VEPS的灵敏度。更重要的是，在早期阶段和甚至在患者被带至中心医院处的医学成像设施之前，区分水肿和血肿的能力具有重要的临床意义，因为它可能会影响急性治疗形式。

前述仅仅描述了本发明的原理。将理解，本领域的技术人员将能够设计各种布置，虽然本文中没有明确描述或示出，但这些布置体现了本发明的原理并被包括在其精神和范围内。此外，本文中所列举的所有示例和条件语言主要旨在帮助读者理解本发明的原理和由发明人贡献至本领域的概念，并且将被解释为不限于这种具体列举的示例和条件。而且，列举本发明的原理、方面和实施例及其具体示例的本文中的所有表述旨在包含其结构和功能等效方案两者。此外，此类等效方案旨在包括当前已知的等效方案和将来开发的等效方案，即，开发成执行相同功能的任何元件，而与结构无关。因此，本发明的范围内不旨在限于本文所示和所描述的示例性实施例。相反，本发明的范围和精神由所附的权利要求书所体现。

Claims (6)

1.一种获得体积电磁相移谱VEPS组织特征的系统，包括：

第一感应线圈和第二感应线圈，所述第一感应线圈和第二感应线圈彼此相对定位；以及

测量系统，可操作地连接至第二感应线圈，其中所述测量系统被配置成：

测量在第一和第二感应线圈之间的在两个或两个以上频率范围的每一个频率范围中的一个或多个频率处的一个或多个交流电流的相移，其中所述两个或两个以上频率范围包括互不重叠的第一频率范围和第二频率范围，并且其中所述第一频率范围是从1 MHz至70MHz，且所述第二频率范围是从100 MHz至500 MHz；

基于在所述两个或两个以上频率范围中的所述相移获得VEPS组织特征；以及

将所述VEPS组织特征与参考或参考盘相比较。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一频率范围是从10 MHz至60 MHz。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二频率范围是从130 MHz至190 MHz。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一和第二感应线圈不接触组织。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述组织选自由如下组成的组：脑部组织、肺部组织、心脏组织、肌肉组织、皮肤组织、肾脏组织、角膜组织、肝脏组织、腹部组织、头部组织、腿部组织、臂部组织、骨盆组织、胸部组织、前列腺组织、乳房组织、食管组织、GI道组织和躯干组织。

6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，进一步包括数据处理器模块，所述数据处理器模块被配置成从对应于两个或两个以上频率范围的多个频率计算VEPS值。

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