DE60017384T2

DE60017384T2 - Elektrischer mammograph

Info

Publication number: DE60017384T2
Application number: DE60017384T
Authority: DE
Inventors: Vladimir Alexeevich Cherepenin; Alexandr Vladimirovich Korjenevsky
Original assignee: TCI; TCI Inc
Current assignee: TCI; TCI Inc
Priority date: 1999-03-08
Filing date: 2000-03-08
Publication date: 2006-03-02
Anticipated expiration: 2020-03-09
Also published as: US6167300A; WO2000053090A1; DE60017384D1; EP1180967A4; EP1180967A1; AU3874400A; CA2402234A1; EP1180967B1

Description

Gebiet der Technik
Die Erfindung liegt im Bereich der medizinischen Tomographie, und betrifft insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Visualisierung und Diagnose pathologischer Veränderungen in Brustgeweben und anderen Organen in der Nähe der Oberfläche des menschlichen Körpers.
Stand der Technik
Es ist bekannt, dass sich die elektrische Leitfähigkeit vieler Tumore, und insbesondere bösartiger Tumore der Brustdüse, erheblich von der Leitfähigkeit des umgebenden gesunden Gewebes unterscheidet. Diese Tatsache kann für die Erfassung und Lokalisierung derartiger Tumore eingesetzt werden.
Einige Vorrichtungen sind für die Visualisierung der räumlichen Verteilung der Leitfähigkeit (Impedanz) im menschlichen Körper bekannt, wie z.B. elektrische Impedanz-Tomographen. (A. V. Korjenevsky, Yu. S. Kultiasov, V. A. Cherepenin, "Method of obtaining of tomographic image of a body and electrical impedance tomograph; Verfahren zum Erhalt eines tomographischen Bildes eines Körpers und elektrischer Impedanz-Tomograph"; Internationale Anmeldung PCT/RU97/00398.) In einem elektrischen Impedanz-Tomographen wird die Wechselstromquelle an Elektrodenpaare angeschlossen, die entlang einer Linie auf der Oberfläche eines Körpers angeordnet werden, und Messungen der Potentialdifferenzen werden an den anderen Elektrodenpaaren durchgeführt. Die aus den unterschiedlichen Elektrodenkombinationen erhaltenen Ergebnisse der Messungen werden für die Rekonstruktion der Verteilung der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit mit Hilfe eines Computers verwendet. Eine dreidimensionale Verteilung der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit ist jedoch mit diesem Typ von Tomographen nicht möglich. Weiter fällt seine Auflösung vom Umfang bis zur Mitte des Elektrodenumrisses erheblich ab. Folglich ist dieser Tomograph keine geeignete Vorrichtung für die Diagnose von Brustdüsen-Tumoren.
Eine Elektroimpedanz-Mammographvorrichtung, welche eine dreidimensionale Impedanzverteilung erreichen soll, wurde ebenfalls beschrieben. (A. Nowakovsky, J. Wortek, und J. Stelter, "A Technical University of Gdansk Electroimpedance Mammograph; Ein Elektroimpedanz-Mammograph der Technischen Universität von Gdansk," Proc. IX Int. Conf. Elektrische Bio-Impedanz, Heidelberg, 1995, Seiten 434–437; J. Wortek, J. Stelter, A. Nowakovsky, "Impedance mammograph 3D phantom studies; Impedanz-Mammograph 3D-Phantomstudien," Proc. X Int. Conf. Elektrische Bio-Impedannz, Barcelona, 1998, Seiten 521–524.) Diese Vorrichtung enthält einen kompakten Elektrodensatz, der auf der Innenfläche einer starren Halbkugel angeordnet ist, Multiplexer, die an die Wechelstromquelle angeschlossen sind, und eine Vorrichtung zum Messen der Potentialdifferenz zwischen verschiedenen Elektrodenpaaren. Die gemessenen Potentialdifferenzen werden an einen Computer zur Rekonstruktion und Anzeige der dreidimensionalen Impedanzverteilung im Inneren der Halb kugel gesendet. Die Tauglichkeit dieser Vorrichtung basierend auf tatsächlichen Messungen am menschlichen Körper ist noch nicht veröffentlicht worden.
Eine Reihe von Einschränkungen dieser Vorrichtung sind offensichtlich. Die Anordnung der Elektroden auf der Oberfläche der Halbkugel schränkt die Anwendung der Vorrichtung ein, da der Kontakt mit allen Elektroden nur für eine Brust mit einer bestimmten Größe geschaffen werden kann. Die Vorrichtung hat zudem weder eine Vorrichtung zur Messung der Qualität eines jeden Kontakts, noch jegliche Vorrichtung zur Korrektur der Rekonstruktionsberechnungen, falls eine der Elektroden einen unzureichenden Kontakt mit dem Körper aufweist. Dies vermindert die Gültigkeit der Daten. Die elektrische Stromquelle und die Messvorrichtung sind mit Elektrodenpaaren verbunden, die auf der Halbkugel angeordnet sind, und erfordern vier Multiplexer. Wenn die Anzahl der Elektroden groß ist, werden diese Multiplexer zu den kompliziertesten und teuersten Bauteilen der Vorrichtung. Diese Multiplexer sind zudem die größte Quelle innerer Störsignale aufgrund von Nebensprechen von Kanal zu Kanal. Nur 64 Elektroden wurden in dem Prototypen verwendet. Dies ist für den Erhalt einer zufriedenstellenden Auflösung offensichtlich nicht ausreichend. Eine weitere Erhöhung der Anzahl der Elektroden ist jedoch aufgrund der Schwierigkeit bei der Kommutierung durch den gewählten Messschaltkreis problematisch.
Wenn ein sicherer elektrischer Strompegel eingesetzt wird, sind die gemessenen Potentialdifferenzen gering, da zwischen den Elektroden nur kleine Entfernungen vorliegen. Dadurch werden der Rauschabstand und die Anzeigequalität verringert. Dieser Effekt verschlimmert sich mit zunehmender Anzahl an Elektroden nur. Der Algorithmus für die Rekonstruktion eines Bildes beruht auf der Störungsmethode. Er benötigt eine Berechnungszeit von zehn Minuten und einen Arbeitsplatz für ein System mit 64 Elektroden (Nowakovsky). Für 180 Elektroden, die notwendige Mindestanzahl für praktische Anwendungen, sind basierend auf den Schätzungen der Autoren ungefähr zehn Stunden für die Berechnungen erforderlich. Diese Zeitdauer ist in der klinischen Praxis nicht durchführbar.
Andere Versuche zum Erhalt dreidimensionaler elektrischer Impedanzbilder eines Körpers machten mehrdimensionale Elektrodengruppierungen notwendig, die das betrachtete Objekt umgeben oder teilweise umgeben. Die verwendeten Rekonstruktionsalgorithmen und die Methodenlehre zur Durchführung von Messungen unterschieden sich ebenfalls von denen der vorliegenden Erfindung. Diese Bemühungen schließen die US-Patente 5,284,142, 5,351,697, 4,263,920, 4,486,835, 4,539,640 und 5,810,742 ein.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein neues Verfahren und eine neue Vorrichtung zur elektrischen Mammogaphie zu schaffen, die eine größere Zuverlässigkeit und Genauigkeit der Messungen, eine höhere Auflösung und eine verbesserte Rechengeschwindigkeit aufweist. Diese Erfindung ist besonders bei der klinischen Diagnose von Brusttumoren und anderen Bereichen unter der Haut anwendbar.
Offenbarung der Erfindung
Der elektrische Mammograph ist eine Vorrichtung für die Messung und die dreidimensionale (3-D) Rekonstruktion der Verteilung der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit in biologischen Geweben für klinische Diagnosen. Er weist einen kompakten Elektrodensatz, der über dem zu messenden Gewebe angeordnet ist, zwei zusätzliche Elektroden, die beabstandet von dem Elektrodensatz angeordnet sind, eine Vorrichtung zum Messen der Potentialdifferenz, und eine Berechnungsvorrichtung zur Rekonstruktion und Visualisierung der resultierenden Verteilung der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit auf.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenen Kurzbeschreibung der Erfindung anhand der Zeichnungen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen:
1 ein Blockdiagramm des elektrischen Mammographen;
2 die Anordnung der Vorrichtung, wenn eine mammographische Untersuchung durchgeführt wird;
3 ein Blockdiagramm des Algorithmus, der für die dreidimensionale Rekonstruktion der Verteilung der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit verwendet wird;
4 eine Fotografie der Vorrichtung; und
5 ein Muster eines elektrischen Mammogramms.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ein Blockdiagramm der Bauteile des elektrischen Mammographen ist in 1 gezeigt. Ein kompakter Satz zylindrischer vorstehender Elektroden 1 ist in einer starren dielektrischen Ebene angeordnet. Das gezeigte Beispiel weist 256 Elektroden auf. Der Ausgabe-Multiplexer 2 ist mit dem Elektrodensatz 1 verbunden und ist die Vorrichtung, über die die Wechselstromquelle (AC) 4 mit einer der zylindrischen Elektroden in dem Satz verbunden ist. Der Eingabe-Multiplexer 3 dient dazu, eine der nicht aktivierten oder "Ruhe"-Elektroden des Satzes mit der Potentialdifferenz-Messeinheit 6 zu verbinden. Der Mikroprozessor 9 und der Computer 11, die über Kabel 10 verbunden sind, bestimmen, welche Elektrode aktiviert wird und welche der Ruheelektroden zu jedem beliebigen Zeitpunkt gemessen wird.
Zwei einzelne entfernt angeordnete Elektroden 5 und 7 sind an den Gliedmaßen des Patienten angebracht. Eine entfernt angeordnete Elektrode 5 ist direkt mit der Wechselstromquelle verbunden. Die andere entfernt angeordnete Elektrode 7 ist direkt mit dem Potentialdifferenz-Detektor 6 verbunden. Die Wechselstromquelle ist mit einem Spannungsschwellen-Detektor 8 verbunden. Der Betrieb des elektrischen Mammographen wird von einer Mikroprozessor-/Computervorrichtung gesteuert. Diese erhält Eingangssignale vom Potentialdifferenz-Detektor 6 und dem Schwellenwert-Detektor 8, und gibt Ausgangssignale an die beiden Multiplexer 2, 3, den Potentialdifferenz-Detektor und die Wechselstromquelle aus. Die erste mit der Wechselstromquelle verbundene entfernt angeordnete Elektrode 5 und die zweite entfernt angeordnete Elektrode 7 sind auf Gliedmaßen des Patienten angeordnet, wie z.B. in 2 gezeigt eine auf jedem Handgelenk.
Bei den Verfahren des Standes der Technik zum Erhalt eines tomographischen Bildes eines menschlichen Körpers wurde eine Reihe von Kontaktelektroden auf der Oberfläche des Körper des Patienten angeordnet. Eine elektrische Stromquelle wurde nacheinander an Elektrodenpaare angeschlossen, wodurch ein Stromfluss durch den Körper verursacht wurde. Dann wurden Messungen der Potentialdifferenzen zwischen Paaren anderer "nicht aktivierter" Elektroden durchgeführt.
Bei der vorliegenden Erfindung schaltet der Ausgabe-Multiplexer 2 im Unterschied zu Vorrichtungen des Standes der Technik, bei denen Ekeltrodenpaare aktiviert wurden, eine einzelne Leitung von der Wechselstromquelle, um eine einzelne Elektrode in dem Elektrodensatz 1 zu einem Zeitpunkt zu "aktivieren". Die zweite "aktivierte" Elektrode ist die entfernt angeordnete Elektrode 5, die immer "eingeschaltet" ist. Das Schalten einer einzelnen Leitung zu einem Zeitpunkt verringert die Störkupplungen, die durch die Durchdringung von Signalen in dem Multiplexer von Kanal zu Kanal entstehen. Es vereinfacht zudem die Vorrichtung und verringert ihre Kosten. Das Selbe gilbt für den Eingabe-Multiplexer 3. Der Potentialdifferenz-Detektor misst die Differenz zwischen der aus dem Satz ausgewählten Elektrode und der entfernt angeordneten Ruhe-Elektrode 7. Bei einer vorgegebenen Ruheelektrode ordnet der Ausgabe-Multiplexer 2 alle anderen Elektroden in der kompakten Anordnung sequentiell, während der Potentialdifferenz-Detektor seine Messungen durchführt. Dann wird die Ruheelektrode geschaltet und die Ausgabe-Mutiplexer-Reihenfolge wiederholt.
Die Verwendung der beiden einzelnen Elektroden 5, 7 erhöht zudem die Amplitude der gemessenen Signale aufgrund der größeren Entfernung zwischen den Punkten, an denen die Potentiale gemessen werden. Dadurch werden der Rauschabstand und die Genauigkeit der Messungen erhöht. Die Entfernung der einzelnen Elektroden von dem Elektrodensatz erlaubt die Annahme, dass die ungestörten Äquipotentialflächen des elektrischen Feldes im Untersuchungsbereich kugelförmig ausgebildet sind. Dies vereinfacht und beschleunigt die Berechnungen der Rekonstruktion der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit.
Das Verfahren der Rückwärtsprojektion entlang von Äquipotentialflächen des elektrischen Feldes wird zur Rekonstruktion der 3-D Verteilung der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit eingesetzt. Es wird davon ausgegangen, dass in dem Fall, dass der elektrische Strom durch eine der Elektroden des in einem ebenen Feld angeordneten kompakten Elektrodensatzes und der entfernt angeordneten herkömmlichen Elektrode injiziert wird, Äquipotentialflächen in der Nähe des zweidimensionalen Elektrodensatzes kugelförmig ausgebildet sind. Die Vorgehensweise der Rückwärtsprojektion wird auf das Folgende reduziert: für einen gewissen Punkt mit den Koordinaten (X, Y, Z) in dem Ob jekt unter Betrachtung wird die Entfernung zwischen diesem Punkt und der den Strom injizierenden Elektrode des kompakten Satzes bestimmt. Diese Entfernung entspricht dem Radius r der Äquipotentialfläche, die den Punkt aufweist, an dem die spezifische elektrische Leitfähigkeit rekonstruiert wird. Sobald dieser Radius bekannt ist, ist es möglich, die Schnittlinie der Äuipotentialfläche mit der Oberfläche, auf der die Elektroden angeordnet sind, zu bestimmen. Wenn die Elektroden auf der Ebene, welche durch die Gleichung z = 0 wiedergegeben wird, angeordnet sind, ist diese Linie der Kreis, der in der (x,y) Ebene liegt, deren Mittelpunkt an dem Punkt liegt, wo die strominjizierende Elektrode angeordnet ist, und der den Radius r aufweist. Die spezifische elektrische Leitfähigkeit S (in willkürlichen Einheiten) an dem gewählten Punkt wird gemäß folgender Gleichung berechnet:
wobei i – die Anzahl der injizierenden Elektrode ist, und L(x,y,z,i) – die Schnittlinie der Äquipotentialfläche mit der Oberfläche, auf der die Elektroden angeordnet sind (Kreis mit dem Radius r) ist. Die Komponenten des elektrischen Feldvektors E_m, werden zuerst an den Knoten des Gitters zwischen den Elektroden als die Potentialdifferenzen zwischen benachbarten Elektroden in die x- und y-Richtungen berechnet. Dann werden diese Komponenten linear zu dem augenblicklichen Integrationspunkt auf der Linie L interpoliert und die Größe des Vektors Ein wird berechnet.
Die Referenzintensität des elektrischen Feldes E_r entspricht einem homogenen Medium und wird numerisch berechnet. Der Gewichtungskoeffizient W₁(z) korrigiert die mit der Tiefe abnehmende Empfindlichkeit. In der vorliegenden Erfindung wird dazu die empirische Gleichung W₁ = (z + α)/(z + β), α<<β verwendet. Der Gewichtungskoeffizient W₂ liefert einen relativen größeren Beitrag zu der berechneten spezifischen elektrischen Leitfähigkeit dieser Punkte auf der Linie L, die näher an dem Punkt angeordnet sind, an dem die spezifische elektrische Leitfähigkeit rekonstruiert wird. Bei der vorliegenden Vorrichtung wird die Gleichung W2 = 1/R4 = 1/((x – x1)2 + (Y – Y1)2 + z2)2 verwendet, wobei R die Entfernung zwischen dem Punkt, an dem die spezifische elektrische Leitfähigkeit rekonstruiert wird, und dem augenblicklichen Punkt auf der Linie ist, entlang welcher die Integration durchgeführt wird; der Index 1 bezieht sich auf die Koordinaten dieses Punktes.
Das Verfahren der Rückprojektion ist das schnellste bei der elektrischen Impedanztomographie-Rekonstruktion verwendete Verfahren. Sein Einsatz ist jedoch für die Rekonstruktion der Verteilung der statischen Leitfähigkeit für den 3-D Fall nur dann möglich, wenn die projizierten Werte richtig ausgewählt werden. Darüber hinaus muss die synthetisierte Referenzdatengruppe E_r verwendet werden. Diese wird durch Approximieren der wirklich gemessenen Potentiale gemäß dem Verfahren nach Korjenevsky (A. V. Korjenevsky, Yu. S. Kultiasov, V. A. Cherepenin, "Method of obtaining of tomographic image of a body and electrical impedance tomograph; Verfahren für den Erhalt eines tomographischen Bildes eines Körpers und elektrischer Impedanz-Tomograph in der Patentameldung N 96123647/14 der Russischen Föderation) erhalten.
In vielen Fällen ist es schwierig, einen ausreichenden Kontakt aller Elektroden mit dem Körper des Patienten zu erzielen. Folglich wird der Schwellenwert-Detektor 8 der Ausgangsspannung verwendet, um zu bestimmen, ob die zu messende Elektrode zu jedem bestimmten Zeitpunkt einen ausreichenden Kontakt mit dem Körper hat. Der kompakte Elektrodensatz ist auf einer steifen dielektrischen Fläche angeordnet und jede Elektrode ist ein leitender Vorsprung von dieser Fläche. Diese Anordnung erlaubt die Untersuchung einer Brustdüse unabhängig deren Größe. Während der Untersuchung wird die Elektrodenfläche gegen die Brust gedrückt, wodurch diese in Richtung des Brustkorbs flach gedrückt wird. Dadurch wird die Anzahl der Elektroden erhöht, die in Kontakt mit dem Körper ist, und die Dicke der zu messenden Gewebeschicht wird verringert. Die vorspringende Eigenschaft der Elektroden verbessert deren elektrischen Kontakt mit dem Körper.
Eine oder mehrere Elektroden auf dem Umfang der Fläche können keinen Kontakt mit dem Körper aufweisen, abhängig von der Größe des untersuchten Objekts. Diese Elektroden werden mit Hilfe des Schwellenwert-Detektors der Ausgangsspannung, welcher vorstehend erwähnt wurde, erfasst. Die Werte der aus den Elektroden mit unzureichendem Körperkontakt gemessenen Potentialdifferenzen können nicht direkt in dem Verfahren zur Rekonstruktion der Leitfähigkeit verwendet werden. Anstatt dessen werden werte von Potentialdifferenzen verwendet, die unter der Annahme einer homogenen Verteilung der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit berechnet wurden.
Zudem gibt es neben den durch den Stromfluss verursachten nützlichen Potentialdifferenzen noch galvanische Potentialdifferenzen zwischen Elektroden. Das Bauteil zur Messung der Potentialdifferenz 6 spricht nur auf das Wechselstrom-Bauteil an, und wird folglich durch die Anwesenheit dieser konstanten galvanischen Potentialdifferenzen nicht gestört. Aufgrund der Unterschiede bei den galvanischen Potentialen der unterschiedlichen Elektroden variiert die Eingangsspannung jedoch sprunghaft, wenn der Eingabe-Multiplexer 3 geschaltet wird. Diese Sprünge oder plötzlichen Anstiege verursachen eine vorübergehende Spannungsspitze, die die Ergebnisse der Messungen beeinflusst. Dieser Einfluss nimmt zu, wenn das Zeitintervall zwischen dem Einschalten und dem Beginn der Messung der Potentialdifferenz abnimmt. Daher sollte der Eingabe-Multiplexer 3 zur Verringerung des Fehlers, während die Gesamtdauer der Messungen konstant bleibt, die Vorrichtung zur Messung der Potentialdifferenz 6 zur nächsten Elektrode erst dann schalten, nachdem der Ausgabe-Multiplexer 2 den Gesamtzyklus an Umschaltungen der Wechselstromquelle an alle anderen Elektroden beendet hat.
2 zeigt die Anordnung der verschiedenen Bauteile des für die Durchführung von Messungen verwendeten elektrischen Mammographen. Mit Hilfe der Ausgabe-Multiplexer verbindet die Steuereinheit entsprechend den Befehlen vom Computer 11 die Wechselstromquelle mit einer der Elektroden der Kompaktgruppe 1. Wechselstrom mit einer Stärke von ungefähr 1 mA und einer Frequenz von 10 kHz fließt durch den Schaltkreis, d.h. von der Wechselstromquelle zum Multiplexer, zur Elektrode des Satzes 1, durch den Körper des Patienten zu der entfernt angeordneten Ruheelektrode 5. Mit Hilfe des Eingabe-Multiplexers verbindet der Mikroprozessor eine der Ruheelektroden aus der Gruppe 1 mit dem Potentialdifferenz-Detektor. Dieser misst die Amplitude der Wechselspannung zwischen der Elektrode aus der Gruppe 1 und der entfernt angeordneten aktivierten Elektrode 7. Diese Messung wird in digitalem Code an den Mikroprozessor gesendet, der sie an den Computer 11 weiterleitet.
Die gemessenen Daten werden zur Rekonstruktion einer 3-D Verteilung der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit mit Hilfe des im Blockdiagramm von 3 gezeigten Algorithmus verwendet. In Block 12 werden die gemessenen Potentiale der Elektroden aus dem kompakten Satz, welche durch die Verbindungsleitung 10 empfangen werden, für die Synthese der Bezugsgruppe von Potentialen, die einem Körper mit einer homogenen spezifischen elektrischen Leitfähigkeit entsprechen, verwendet. Es wird eine Approximation durch die Methode der kleinsten Quadrate, die in dem Russischen Patent Nr. 96123647/14 beschrieben wird, verwendet. Nur die von Elektroden mit einem guten Körperkontakt erhaltenen Potentiale werden verwendet. In den Blöcken 13 und 14 werden Komponenten des elektrischen Intensitätsvektors für die Referenz-Datengruppe und die gemessene Datengruppe durch Subtraktion der Werte der Potentiale auf benachbarten Elektroden für jede Verbindungsvariante der Stromquelle berechnet. Im letzten Fall werden entsprechende Potentiale aus der Referenzgruppe anstelle der Potentiale derjenigen Elektroden verwendet, die einen unzureichenden Kontakt aufweisen.
In Block 15 wird der Abstand zwischen der aktivierten Elektrode in der Kompaktgruppe und dem Punkt, an dem die Leitfähigkeit rekonstruiert wird, berechnet. Diese Entfernung bestimmt den Radius eines Kreises, der die Schnittlinie der Äquipotentialfläche mit der Ebene darstellt, auf der die Elektroden angeordnet sind und entlang welcher es nötig ist, eine gewichtete Durchschnittsbildung durchzuführen. Die elektrische Intensität für die gemessene Datengruppe und die Referenz-Datengruppe wird nach der linearen Interpolation der entsprechenden Vektorenkomponenten, die in den Blöcken 13 und 14 berechnet werden, berechnet. Die relative Differenz der elektrischen Intensitäten für die Bezugs- und Messdatengruppe wird mit der Gewichtungsfunktion 1/R⁴ multipliziert, wobei R die Entfernung zwischen dem Punkt, an dem die spezifische elektrische Leitfähigkeit rekonstruiert wird, und dem augenblicklichen Punkt auf der Leitung ist, entlang dem eine Durchschnittsbildung durchgeführt wird.
In Block 16 wird der erhaltene Wert numerisch entlang dem Kreis integriert. Die Vorgänge werden für alle Punkte wiederholt, an denen die Leitfähigkeit rekonstruiert werden soll, und für alle Varianten der aktivierten Elektroden. Dieser Vorgang wird durch Block 17 gesteuert. Das Ergebnis dieser Berechnungen stellt nach der Addition einer Einheit zu erhaltenen Werten eine 3-D Verteilung der spezifischen elektrischen Leitfähgikeit dar, die auf den Durchschnittswert genormt wurde. Das Ergebnis kann auf einem Bildschirm angezeigt oder aus gedruckt werden. Der Block 18 enthält die Software und Hardware, die zur Ausführung dieser Funktionen verwendet wird.
Das äußere Erscheinungsbild des ekektrischen Mammographen ohne die Recheneinheit ist in 4 gezeigt. 5 zeigt einen durch die Erfindung erhaltenen elektrischen Mammographen. Der Mammograph stellt eine Anordnung von 7 Bildern von Brustquerschnitten dar, die parallel zur Fläche liegen, auf der die Elektroden angeordnet sind. Die Tiefe der Querschnitte nimmt von links nach rechts und von oben nach unten in 8mm-Schritten zu. Auf dem Bild sind die Brustwarze 19, die Rippen 20 und die Grenze 21 zwischen Bereichen mit und ohne ausreichenden Elektrodenkontakt mit dem Körper deutlich zu sehen.

Claims

Verfahren zum Anzeigen eines dreidimensionalen Bildes der Verteilung der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit von biologischem Gewebe, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Anlegen einer Wechselstrom (AC)-Quelle (4) an eine erste aktivierte Elektrode (1) eines in einer ebenen Gruppe angeordneten kompakten Elektrodensatzes, wobei der kompakte Elektrodensatz in Kontakt mit der Oberfläche des betreffenden biologischen Gewebes ist, und an eine erste, entfernt positionierte Elektrode (5, 7), welche in Kontakt mit dem Körper, jedoch in einigem Abstand vom kompakten Elektrodensatz positioniert ist; Messen der Potentialdifferenz zwischen einer ersten Ruheelektrode (1) des kompakten Elektrodensatzes und einer zweiten, entfernt positionierten Elektrode (7, 5), wobei die zweite, entfernt positionierte Elektrode in Ruhestellung ist; Schalten der Wechselstromquelle (4) mit Hilfe von Multiplexvorrichtungen (2, 3) zur sukzessiven Aktivierung aller Elektroden (1) der ebenen Elektrodengruppe mit Ausnahme der Ruheelektrode von Schritt (b), und Messen wiederum der Potentialdifferenz zwischen den Ruheelektroden in (b) für je de aktivierte Elektrode, um auf diese Weise einen ersten Satz von Potentialdifferenzmessungen für jede aktivierte Elektrode zu erhalten; Schalten der in dieser ebenen Gruppe zu messenden Elektrode (1) mit Hilfe der Multiplexvorrichtungen (2, 3) zu einer zweiten Ruheelektrode (1), sukzessives Aktivieren jeder anderen Elektrode in dieser ebenen Gruppe, und Messen wiederum der Potentialdifferenz zwischen der zweiten Ruheelektrode und der entfernt positionierten Ruheelektrode (7, 5), um auf diese Weise einen zweiten Satz von Potentialdifferenzmessungen für jede aktivierte Elektrode zu erhalten; Fortführen des Schaltens der Ruheelektrode (1), des sukzessiven Aktivierens der verbleibenden Elektroden in der ebenen Gruppe, und des Messens wiederum der Potentialdifferenz zwischen der ausgewählten Ruheelektrode und der entfernt positionierten Ruheelektrode (7, 5), bis alle planaren Elektrodenkombinationen gemessen worden sind; Rekonstruieren einer dreidimensionalen Verteilung der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit unter Verwendung des Rückwärtsprojektionsverfahrens entlang Äquipotentialflächen des elektrischen Feldes, wobei die projizierten Daten durch gewichtete Durchschnittsbildung der relativen Differenz zwischen der elektrischen Referenzintensität, welche Gewebe mit einer homogenen Verteilung der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit entspricht, und der gemessenen elektrischen Intensität entlang der Schnittlinie der Äquipotentialfläche, welche den Punkt aufweist, an dem die spezifische elektrische Leitfähigkeit rekonstruiert wird, und mit der Oberfläche, auf der der kompakte Elektrodensatz (1) positioniert ist, erhalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schwellenwert-Erfassungsvorrichtung (8) bestimmt, ob irgendeine spezifische Elektrode (1) der ebenen Gruppe in ausreichendem Kontakt mit dem Gewebe ist, um eine aussagekräftige Messung zu erzielen.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Werte der Potentialdifferenzen für diejenigen Elektroden (1), welche einen unzureichenden Kontakt mit dem Gewebe aufweisen, vielmehr basierend auf der Annahme einer homogenen Verteilung der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit berechnet werden, und nicht indem die tatsächlichen gemessenen Potentialdifferenzen herangezogen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewichtungskoeffizient von 1/R⁴ in der gewichteten Durchschnittsbildung von Schritt (f) verwendet wird, wobei R die Entfernung zwischen dem Punkt, an dem die spezifische elektrische Leitfähigkeit rekonstruiert wird, und dem augenblicklichen Punkt auf der Linie, entlang welcher die Durchschnittsbildung ausgeführt wird, ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der kompakte Elektrodensatz (1) auf einer starren dielektrischen Ebene angeordnet ist, und der leitende Abschnitt einer jeden Elektrode über die Ebene hinausragt.
Vorrichtung zur Erzeugung eines dreidimensionalen Bildes der Verteilung der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit von biologischem Gewebe, welche Folgendes aufweist: eine Vielzahl von individuellen Elektroden (1), die in einer starren ebenen Gruppe angeordnet sind und in Kontakt mit dem betreffenden biologischen Gewebe angeordnet sind; eine Wechselstrom (AC)-Quelle (4), die an eine der Elektroden (aktive Elektrode) (1) in dieser ebenen Gruppe und an eine einzelne, in einigem Abstand von der ebenen Gruppe po sitionierte entfernt angeordnete und mit dem biologischen Gewebe in Kontakt stehende aktive Elektrode (5, 7) angeschlossen ist; eine Ausgabe-Multiplexvorrichtung (2) zum sukzessiven Schalten der Wechselstromquelle zu anderen Elektroden (1) in der ebenen Gruppe, wodurch diese wiederum zu aktiven Elektroden werden; eine Eingabe-Multiplexvorrichtung (3) zum Verbinden einer Potentialdifferenz-Messvorrichtung (6) mit einer der nicht aktiven Elektroden (Ruheelektroden) (1) in der ebenen Gruppe und mit einer einzelnen, entfernt positionierten Ruheelektrode (7, 5), die in einigem Abstand von der ebenen Gruppe und in Kontakt mit dem biologischen Gewebe angeordnet ist; an die Eingabe- und Ausgabe-Multiplexvorrichtungen (2, 3) angeschlossene Berechnungsvorrichtungen zum sequentiellen Anlegen der Wechselstromquelle an die Elektroden (1) der ebenen Gruppe, während Potentialdifferenzmessungen von anderen Elektroden in der ebenen Gruppe durchgeführt werden, und zum Rekonstruieren einer dreidimensionalen Verteilung der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit, indem ein modifiziertes Rückwärtsprojektionsverfahren eingesetzt wird; und eine Anzeigevorrichtung zum Abbilden der rekonstruierten dreidimensionalen Verteilung der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schwellenwert-Erfassungsvorrichtung (8) vorgesehen ist, um zu bestimmen, ob eine spezifische Elektrode (1) der ebenen Gruppe in ausreichendem Kontakt mit dem Gewebe ist, um eine aussagekräftige Messung zu erzielen.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Rekonstruktion der Verteilung der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit die Werte der Potentialdifferenzen für diejenigen Elektroden (1), welche nicht in ausreichendem Kontakt mit dem Gewebe sind, vielmehr basierend auf der Annahme einer homogenen Verteilung der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit berechnet werden, und nicht dadurch, dass die tatsächlichen gemessenen Potentialdifferenzen herangezogen werden.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das verwendete modifizierte Rückwärtsprojektions-Rekonstruktionsverfahren einen Gewichtungskoeffizienten von 1/R⁴ einschließt, wobei R die Entfernung zwischen dem Punkt, an dem die spezifische elektrische Leitfähigkeit rekonstruiert wird, und dem augenblicklichen Punkt auf der Linie, entlang welcher die Durchschnittsbildung durchgeführt wird, ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die ebene Gruppe von Elektroden (1) auf einer starren dielektrischen Ebene angeordnet ist, und der leitende Abschnitt einer jeden Elektrode über diese Ebene hinausragt.