JPS58195546A - 磁気的および電気的特性を使用して材料の像を作るための装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本４発明は、種々の印加周波数における磁気的および／
または電気的透過率および／またはコンダクタンス特性
を使用して、調査下の材料の画像を発生するための装置
および方法に関する。

近年において、材料の内部特性を調査するためにいくつ
かの新らしい非破壊解析技術が開発された。「コンピュ
ータ・トモグラフィ〜」、「コンピュータ化−アキシア
ル・トモグラフィー」、「トランスアキシアル−トモグ
ラフィー」および「投影からの再構成」など種：・々に
称せられる技術を使用することによって、ｉ゛体の薄い
断面スライ１１ｊｉ、。

スに沿って成る物体の画像・を作ることが可能である。

現在においては、物体の断面画像を作るためにトモグラ
フ（断層写真）技術を利用する５つの一般分野がある。

こｈらは、トランスミッション（透過）・トモグラフィ
ー、エミッション（放射）トモグラフィー、ウルトラサ
ウンド（超音波）トモグラフィー、電気インピーダンス
・トモグラフィー、および核磁気共鳴トモグラフィーで
ある。

これら分野の各々は、以下に概説されるであろう。

トモグラフ（断層撮影）技術を使用した像構成分野にお
ける初期の仕事の多くは、Ｘ線およびその他の細いビー
ムの貫通放射線例えばガンマ線を使用することに集中し
ていた。これらの透過技術は、医療診断分野に主要な適
用を見出していたが、他の解析的適用も述べられている
。Ｘ線トモグラフ技術においては、２次元の１祈面像は
、身体を通過してＸ線を投射することによって作られる
。この技法は、診断上の見地からは非常に有用な結果訃 を提供するけれども、それにも拘らず、患者に対：・寓 する潜在的の放射被害は、こσ〕核技術使用を１岨害□
°・□。

するものである。・ エミツ／ヨン（放射）トモグラフィーは、透過　　　゛
トモグラフィーとは次の点で若干具なっている。

すなわち、身体の成る選択されたスライスを通シ透過放
射線を投射して、Ｘ線トモグラフィーにおけるように、
他の側に出て来る量を測定する代りに、身体内に取入れ
られた特殊の放射性化学物質から放出される透過放射線
が、その放射ビームが通過する区域の像を生じるために
゛測定および使用される。Ｘ線トモグラフィーと同様に
、放射トモグラフィーは、放射性の放射線から生じる同
様の健康阻害問題を持っている。その他の欠点は、それ
らの放射性有機化合物がまづ合成されなければならず、
通常はサイクロトロンを使用することが必要であってそ
れは極めて高価な工程であるので、そうして作られた化
合物は、比較的にその半減期が短かいのでほとんどその
直後に使用されなければならないという事実から来てい
る。

超音波トモグラフ技法においては、高周波の超音波パル
スが身体を直接に貫通し、トモグラフ技術を使用して、
組織形状の画像が、反射パルス（エコー・データ）から
再構成される。進行する超音波パルスが、身体内の密度
変化に出会うと、パルスの一部は、身体に通常圧着され
ている検出器に向けて反射する。密度の変化に出会わな
かったパルスの他の部分は、身体を通過して進行する。

従って、超音波トモグラフィーは、それがパルス反射技
法であり、多くの場合、調査中の身体に物理的接触状態
にある検出器を必要とする点において透過トモグラフィ
ーおよび放射トモグラフィーとは異なっている。高周波
の超音波パルスを使用する利点は、患者に対して健康上
の有害が認められないことである。しかし、この技法は
、いくつかの欠点を持っている。その主要なものは、そ
のエコー（反響波）データが、しばしばかな、りの雑音
を含むことであり、パルス検出器が、反射パルスを確実
に検出するためには、身体の表面に良好な皮膚接触状態
になくてはならないことである。

！急曲インピーダンス・コンピュータ・トモグラフ身−
の技術は、高周波の超音波またはＸ線のような透過性の
放射線を使用していないけれども、その代りに人体の組
織などの物質の電気的ｉ性を図示するために、弱い電流
を使用する。この技法は、健康被害の少ない利点を持っ
ているけれども、検出器を患者の皮膚に密着させなけれ
ばならないという、超音波トモグラフ技術と同様の欠点
を持っている。従って、患者の皮膚と電極検出器装置と
の間に良好な電気的接触を作ることが重要であり、そう
でなければ、使用されている弱い電流をいかなる精度で
でも検出することはできない。このような状態において
は、得られる再構成像は、非常に貧弱な解像度を持って
いるにすぎない。

トモクラフィー分野の最近に開発されたものは、核磁気
共鳴（ｎｍｒ）トモグラフィーであって、これは脣たツ
オイグマトグラフィー（ｚｅｕｇｍａｔｏｇｒａｐｈｙ
　）として知られている。この技法は、核、代表的には
個々のプロトンまたは水素核が、小さい核モーメントと
、関連のスピン角運動量とを持っている事実を利用して
いる。磁気モーメントとスピンとの協力効果は、回転し
ている独楽が直立姿勢から動揺えゎえとき１歳え、動オ
♀６゜と同よ１、印ヵ。

された磁界の方向の周りに核の歳差運動を生じる。

このｎｍｒ技法においては、磁気勾配が試料に印加され
て、核は、その磁界の方向に沿って分極し、または自身
を整列させ、試料を体積磁化させるように動作する。動
揺パルス（４たけ複数パルス）は、磁化を例えば９♂動
揺させるように、試料に加えられて・その核の電子的環
境に特徴的のスピン格子緩和時間（５ｐｉｎ　−１ａｔ
ｔｉｃｅ　ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ　ｔｉｍｅ　）に従っ
て再分極を生じる。この歳差周波数は、ラーモア回転数
（Ｌａｒｍｏｒ　ｆｒｅｇｕｅｎｃｙ　）として知られ
ていて、代表的にはＩＯ乃至１００　ＭＨｚの範囲にあ
り、これは、約０２３５乃至２．３５テスラー（約２．
３５乃至２３．５　Ａ’　Ｏガウスに相当）の間から得
られた比較的高いり・１１度の磁界を印加することを必
贋とする。

身体の成る断面を通して磁界勾配を加えることによって
、その断面を横切るスピン格子緩和時間を得ることがで
き、これらを使用してその断面全体にわたる陽子密庶変
化を反映する画像を創造する、ｉ′： ことができる。と□のニーモア技法は、診断分野に「 おいて良好な可能性を持っていると思われるけれども、
それにともなう比較的高い磁界強度に曝露　　　ｔされ
た結果として悪影響が生Ｉつるかどうかは未だ分ってい
ない。この技法の主な欠点は、現在入手できる装置では
、組織内に約（２５４または５ｏ、８調）１または２イ
ンチ以上透過することができないことである。

非破壊試験分野において採用されている最近の試みは、
材料の誘電率と導電特性を調査することである。１９８
０年１月２３日発行の「エレクトロニクス・インターナ
ジオナル」に発表された最近の論文において、「マモ・
スキャナ」（乳房スキャナ）といわれる器械が記載され
、それは乳癌の初期検出に役立つといわれている。この
マモ・スキャナは、１９７９年３月２０日付のフライ氏
他の米国特許第４．１４４．８７７号明細書の主題であ
って、乳房組織の誘電率と導−電率の変化を測定するこ
とによって動作する。この技術は、前に述べた電気的イ
ンピーダンス・コンピュータ・トモグラフィーと本質的
に同一のものであって、その検出器は、有用な出カテー
タを得るためには組織に接触していなければならない。

前記のフライ氏特許に示された装置は、手袋の形態に構
成されていて、検査者は乳房組織の全表面にわたって触
診動作を行なうことができる。＝Ｓ＝率の変動は、例え
ばグレー・スケール（黒白度合の尺度）上に表示され、
乳房組織の表面において何らかの大きい変動があわ、ば
、可能性のある癌性組織を詳しく調査することが心壁で
あることを示している。

ジョージタウン大学に譲渡さｆ′した米ｒｉｉｌ特許出
願第２８，４５２号明細書の開示は特に本明細書に引用
されているものであって、材料の誘電率および導電特性
を使用してその材料を同定することに関する。この同定
は、同定されるべき試料全体を電界の影響内に持ち来た
して、予め選定された周波数の範囲にわたって全体とし
てその材料の誘電特性および導電特性を測定することに
よって達成される。この技法を使用して調査中の材料、
代表的には爆発物および薬品を直接的に同定するととが
可能であるが、これらの材料か、その電界の影響内に持
ち来たされた恐らくは多くの構成材料から成る比較的大
きい物体の単なる一部分を形成している場合には、若干
の困難を生じる。このような情況は、例えば爆発性材料
または薬品の少都が、郵便小包または手荷物などの大き
い包装の中にかくされている場合などに起る。この情況
はまた医療分野においても起ることができ、これは、健
康な組織の大きい区域内に癌性組織の小さい塊のある場
合などである。これらの場合には、上記の米国特許出願
の技術を使用して、隠されている小体積の試料を正確に
同定することは困難であって、それは、この技術は、電
界の影響内に持ち来たされた材料の全体積の全体的同定
に本質的に限定されることを意味している。

ジョージタウン大学に譲渡された米国特許出願用８７．
１．０９９号明細書中の開示は、本明細書に特に引用さ
れているものであって、その材料を、一つの安定なコイ
ル装置によって作られた磁界の１’（ＩＩ：・： 影響下に持ち来たしたときに起るインピーダンス″′１ 変化の真の抵抗成分を測定することによって導電：：１
′、：・ 性材料を同定することに関する。真の抵抗成分がそｎぞ
れの印加周波数によって割られると、周波数とともに変
化し、成る弔−のピーク周波数においてピーク値となる
一つの値が得られる。このピ一り周波数においては、そ
の周波数によって割られた真の抵抗成分の値は、その材
料の断面積で割られた材料の電気固有抵抗に比例してい
る。しかし、これも捷た、この技法を使用して導電性材
料の隠された小体積試料を正確に同定することは困難で
ある。

本発明によれば、調査さ九る材料の不連続の部分または
体積要素の画像を生じるための非接触、非破壊の′メー
質的に無害な比較的低価格の技術が提供され、それは、
上述の種々の先行技術に関連した諸問題を生じることの
ないものである。本発明においては、調査下の材料は、
比較的に低い強度の電磁界の影響内に導入され、この電
磁界は、例えば相４Ｋ　ＰＭさｔ′した容量プレート、
または電気的安定なコイル装置によって作られ、一方、
材料はそれらのプレートまたはコイル装置と物理的接触
し、・“ ない状態に保持され□・、て、予め選択された周波数範
囲にわたってその材料の磁気的および／″１．たけ電気
的透過性および／またはコンダクタンス値カ、個々の体
積要素、代表的にはその材料内を交差する電磁力線およ
び／または平面によって画成される材料の隣接または連
続体積要素に対して測定される。これらの磁気的、電気
的およびコンダクタンスの値は、各印加周波数に対して
得られる出力信号を測定して、これらの信号をそれぞれ
の分解された無効成分値および非リアクタンス成分値に
分解することによって得られ、それらの各々は、それぞ
れの印加周波数においてその電磁界内の材料の特定の体
積要素のそれぞれの磁気的、電気的およびコンダクタン
スの値を反映する値である。

材料の姿勢配向を印加型磁界に対して変化させることに
よって、例えば、材料またはプレート（またはコイル装
置）を相手に対して相対的に動かすことによって、或は
、材料とプレートの両方を動かすことによって、或は、
材料とプレートとを静止状態に保って、その電磁界の方
向配置を変化させるように一連の比較的小さいプレート
を電子回路的に多重化することによって、その材料の多
くの体積贋素に対するそれぞれの分解された無効成分値
および非リアクタンス成分値から、磁気的および／丑た
は電気的透過率および／またはコンダクタンスの値が得
られる。これらの値からその材料の各体積要素の画像が
作られ、それはその体積要素の磁気的および／または電
気的および／−！た／ｄ　：ｌ　＞　１’　クタンス特
性を反映するものである。

上記から分るように、本出願の発明は、前述の先行技術
より勝れた多くの利点を持っている。特に、本発明の技
術は、非接触であることであって、すなわちプレートま
たはコイルと、調査下の物体または材料との間に何ら直
移の物理的接触を作り、そして維持することは必要では
ない。このことは、本発明技術の医療的適用において特
に有利であって、患者の皮膚Ｆに導線、電極またはプロ
ーブを注意深＜　ｆｉｇ置決めする必要はなくなる。

すでに前に示したその他の利点は、本発明の技術が低い
強度の電磁界を利用している事実にあシ、このことは、
重大な健康有害問題を生じないだけでなく、調査下の試
料または材料が非破壊であることである。これは、また
、本発明の技術を医療に適用する場合に最重袈なことで
ある。

本発明の他の利点は、材料の各体積要素について得られ
るデータが、その材料の・くラメータ（複数）に関する
高い情報内容を持っていることである。従って、得られ
るデータは、多くのノ（ラメータに関して複数の周波数
に対して測定された有用な情報を含んでおり、それらの
情報は、材料の同定および像形成の見地から独立的に有
意のものである。例えば、材料を感知するために可変容
量プレートが使用された場合には、複数の周波数に対し
て得られるデータは、各選択された体積要素に関する電
気的情報を含み、その情報は、材料のその選択体積要素
の誘電率およびコンダクタンス・パラメータを反映する
像を作るために使用される。

これは、被験体のスライスあ密度のみを反映する像をつ
くる本質的に単一の）くラメータ（密度）のｍｌ。

測定であるＸ線トモグラフィ、−に対して対照的の１・
・、。

ものである。

本発明技術の更に他の利点は、電磁界の影響内にある材
料を通過する電磁力線形状の不規則性を修正するために
不精確な実験的方法ではなく、厳密な反復計算方法を使
用することである。本質的に、この反復方法は、適切な
マクスウェルの式を解くことによって、その材料内の力
線の形状がその材料に対して計算された特異な力線形状
に数学的に従うことを要求する。この反復修正方法は、
厳密で精確な画像を得ることができ、それは実験的修正
技法を使用して−は得られないものである。

従って、本発明によれば、その組織を、例えばＸ線のよ
うな有害な透過性放射線、またはｎｍｒ　）モグラフイ
ーに使用されているような恐らく有害、な高い強度の電
磁界に曝露することなく、健康な組織の比較的大きい領
域内の一１舌性組織の小さい区域を例えばグレー・スケ
ールまたは色の実画像として位置決め、分離および表ボ
することができ、更に組織と、電轡界発生器（コイルお
よび／または容量プレート・１）または装置内の検出器
（導線、”ＩＩ、。

電極またはプローン）との間になんらの直接の物　　　
１理的接触を作シ、かつ維持する必要はないことが、　
　”理解されるであろう。

本発明の理解を更に助けるために、以下の説明は、本発
明の基礎となる理論的根拠を総括するために提示される
。この説明に便利のために、キャパシタンスを参照する
こととし、容量性電界の使用について述べるけれども、
他の形式の電磁界装置、例えば電気的に安定したコイル
装置によって作られた磁界にも同様に本発明を適用する
ことができることは理解されるであろう。

調査されるべき物体と、容量プレートとは、相互に対し
て相対的に、かつ相互に物理的接触しないように動かさ
れるので、普通は相互に隣接していて、かつ交差する力
線および／または物体の平面によって画成されるその物
体の種々の体積要素は、印加された予め選択された周波
数範囲にわたって、電界の影響下に曝露される。これら
の体積部分の誘電率および導電ｉ性を反映する出力信号
データは、年収されて引続いて各体積要素の誘電率およ
び導電特性を反映する画像を生じるために使用される。

試料運動器（，３階は、試料をプレートトに対して相対
的に動かすために使用されること力；できる。或はまた
、容量プレートを静止的に保持して、一つのガード会リ
ングＣ１［ｉｌに装架され、マルチプレクサ・ユニット
０９によって相互に電気的に多重化される一連の比較的
小容喰の容量プレートＣ１１４）によって構成されるよ
うに配置して、物体を通過する電界の方向配置を変化さ
せることもできる。

第２Ａ図および第２Ｂ図は、コンテンサープレート（４
）の開に生じた電界内での物体（２）の運動を略示して
いる。キャパシタンス値ａから値すを減算することによ
って、値ＣがスライスＳに対して得られる。次に、物体
（２）を電界に対して動かすことによって交差する電力
線および／または物体の平面によって画成される選択さ
れた断面体積要素に対するキャパシタンス値が得うれる
。

容量プレート＋４１　＋６１　＋８１０１間の２つの異
なる位置ＡおよびＢにおいて挿入されている物体（２）
の等価回路モテルが、第２Ｃ図に示されている。位置Ａ
においては、合成キャパシタンスは、いくつかの並列キ
ャパシタンスの合計であって次式によってあたえられる
。

ｃＡ−ΣＣＩ（式１） ｌ二１ 位置Ｂにおいては、合成キャパシタンスは、次式％式％ ＣＢ−ΣＣｉ　　　　　　　（式２） １＝１ 式１および式２において、示されたそれらのキャパシタ
ンスは、実部と虚部とを持つ複素量として処理されるこ
とができ、その実部は、誘電率に関係し、その虚部は、
その材料の損失またはコンダクタンスに関係する。容量
プレートの間の材料の２つの異なる挿入位置に対しての
キャパシタンスの差は、材料スライスＳに対するキャパ
シタンスを導き、それは次式のキャパシタンス値を持つ
。

へ 〜　　〜　　　　〜　　　　ゞ　　Ａ −ＣＡ十ＣＢ−ΔＣＮ＋−εＢＶｇｄ　　（式３）： ここに、Ａはプレートの面積、ｄはプレート間の距離、
ε　は全体厚ｄにわたって測定された平ｖｇ 均複合誘電率である。

スライスＳのキャパシタンスを調査することによって、
そわは第３Ａ図および第３Ｂ図に示したように直列の要
素のキャパシタンスの合計トして考えることができるこ
とが分るであろう。この合計は、ぞ、ｆ′１らのキャパ
シタンスの逆数合計によってあたえられ、それは全ギヤ
パンタンスの逆ｉＫ等しい。これは次のように告ぐこと
ができる。

上式から、材料の各スライスに対する各周波数における
椰ヤバンタンス測定は、そのスライスニ対する全ギヤ・
パンタンスの逆数であり、それはまたそのスライスの複
数要素のキャパシタンスの逆数の金言１に関係している
ことが分る。

試料と容知プレートとを相互に対して動かし、容量プレ
ート間の物体中に多くの個々の交差する電界ストリップ
を←ることによって、すなわち、１ 物体と容量プレート、との相対運動により、或は小さい
容部ニブレートの一連を複合することによって、キャパ
シタンス量ΔＣＮの一連の測定を得るこ占ができる。そ
の測定回数は、未知のキャパシタンス値の数に等しいこ
とができ、それらのキャパシタンス値は、交差する電力
線および／または物体の平面によって画成される物体の
１個または多くの体積要素（至）内に含まれた実部と虚
部とを持っている。これは、例えば、第４図に示されて
いる。そして、コンピュータ書トモグラフ（コンピユー
タ化された断層撮影法）の技法を使用することによって
、コンピュータ計算により、これらの実部および虚部の
キャパシタンス値から体積要素の各々の画像を再構成す
ることが可能であって、この画像は、物体内の各体積要
素に対する誘電率とコンダクタンス値（すなわち、複素
数の誘電率値ε１．ｊ）を反映するものである。

式１から式４に例示さ社た計算は、フリンジ電界の省略
された状態に対して厳密に適用することを意図している
。これは電気的ガードリング（至）を使用することによ
って広範囲にわたって実行することができるけれども、
こｎらのフリンジ電界効果を更に除去するために電界に
付加的修正を加えることが本発明技術によって可能であ
る。例えば、厳密な繰返しコンピュータ技法を使用する
ことができ、そ看は、体積費素の各々内のコンダクタン
ス値および誘電率値に対して成る値を仮定し、一連の測
定（ζ対するこｎらの値の合計は各々の場合において予
め特定さｎた誤差・１・見囲内で物理的に測定されたｔ
、Ｃの値に等しくなければならないことを必要としてい
る。こめ繰返１７手順は、これらの値の合ｉｔが予め特
定さｎた誤差限界内で実際の物理的にＩＩＩ＋１１定さ
れた値に等しくなるまで継続される。

適用することのできる更に厳密な繰返し修正技法は、容
量プレート内に包囲さ力た体積内のどの場所でも得られ
る電界または電位が適当なマクスウェルの式の厳密な解
であることを要求すると吉である。数学的方法によって
マクスウェルの式ヲ解くための技法は、定差（Ｆｉｎｉ
ｔｅ　Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ　）法として知られている
ものであって、これらの計算結果は、トモグラフ計算に
必要とされる繰返し法に組み入ｎることのできる厳密な
解をあたえることができる。ここで注意されるべきこと
は、との定差法は誘電率の測定に対して厳＠な解をあた
えるけれども、超音波およびＸ線トモグラフ技法に対し
ては、同様の修止（ときには「フィルタ関数」と呼ばれ
る）は比較的にあらい近似法であって、超音波またはＸ
線トモグラフ技法によって測定されたそれぞれの物体に
対して経験的（ｅｍｐｉｒｉｅａｌｌｙ　）に修正され
なければならない。

次に、本発明の装置を参照すると、それは第１図にブロ
ック線図に示されている。この装置は、電磁界発生装置
ｆｌｚを有し、それは代表的には、比較的に低強度の電
磁界を発生するために、間隔を有する容量プレート、電
気的安定なコイル装置、或は間隔を持ったプローブでも
よい。この電磁界発生装置は、周波数発生装置０荀と検
出器Ｑ［９とに接続される。ここに使用される「比較的
に低強度」の用語は、その電磁界が測定可能の応答を生
じる′：： には十分の強度を持っているが、その場の影響下５゜ に入間または動物の組織が露呈されたときに、何′ト、
・。

らの有害な健康作用を生じるには不十分な強度を持つこ
とを意味している。一般的には、この容量性の電界強度
は、プレート、面積の米当り２０乃至７００ボルトの範
囲内、更に代表的には米当り例えば４００乃至６００ポ
ルトである、電磁界発生装置α２と（−て電気的に安定
な磁気コイル装置を使用するときにも、その加えられる
磁界は、比較的に低い強度の場であって、それは何らの
健康障害を生じない。

ここに使用されている「電気的に安定なコイル装置」の
表現は、安定が定格値の少くとも１万分の１に、好まし
くは１Ｏ万分の１に保たｔていて、コイルはすべての外
部の影響からできるだけ自由であることを意味する。コ
イルの隣接ターン間の間隔、導線の温朋安定性、および
温度変動のないことは、この安定を維持するときの重要
因子である。一般的に、その磁界強度は、約１００　ミ
リガウスから１ガウスの範囲、更に代表的には５００ミ
リガウスから＃：Ｊ０．１ガウスの間にある。これから
分るように、本発明に使用される磁界強度は、：：。

ｎｍｒ　）モグラフイーに使用される磁界強度（その　
　　１強度範囲は代表的には約２キロガウスから２５キ
ロガウスである）よシも著しく低い。

電磁界発生装置ｕ２１の生ずる出力信号は、その電磁界
の影響内に持ち来たされた物体の体積要素の磁気的およ
び／または電気的の透過性および／またはコンダクタン
ス特性を反映している。この測定中には、材料は、第１
図乃至第６図に略示したように電磁界発生装置１ｉＱ２
と物理的接触しない位置に保持される。

試料物体の誘電率およびコンダクタンス特性を測定して
いるときには、電磁界発生装置０３は、少なくも２個の
相互に間隔をもった容量プレー）　＋４１゜＋６１　、
　（８１、０１を含み、とｎらはまた第８図乃至第１０
図の回路図では、ｚｌおよびｚｌによって略示されてい
る。（Ｚ、およびｚｌは、磁界が使用されるときにはコ
イルとすることもできる。）第８図乃至第１Ｏ図は、第
１図のブロック線図において点線で囲まれた部分Ｅに対
する異なる可能な回路配置を示す。例えば、第８図は、
一つのブリッジ回路を示し、その中のキャパシタンスｚ
１および２．は平衝可能のブリッジ回路内に含まれ、こ
のブリッジ回路内の検出器ＱＱは、ブリッジが釣合って
いるときには動作しない。第９図および第１０図は、検
出器ＯＤと周波数発生装置ａ荀とに連結された要素Ｚ１
およびＺ２に対する他の可能な回路装置を示す。本発明
のこれらの回路装置の４１！′を念は上記の米国特許出
願第２８．４５２号および第８７１，０９９号明細書に
記載のものと同様であって、それらの開示は本明細書中
に参照される。

電界発生装置０２＋を有する谷餡プレートは、周波数信
号発生装置０４．代表的には正弦波発生器によって駆動
され、容量プレートの間に交番電界を生じる。上述した
ように、試料の個々の体積要素は、種々の複数の子め選
択さ、ｆ″した周波数においてこの交番電界を加えられ
る。これらの周波数は一般に比較的低い無線周波数の範
囲にある。使用される周波数は、通常は１０ヘルツ乃至
２００キロヘルツの範囲Ｑ′ζあシ、更に通常には２０
ヘルツ乃至１５０キロヘルツ、ｆｌば、２０キロヘルツ
乃至１００キロヘルツが使用される。これらの範囲の電
界周波数に曝露したときに入間または動物に対する知ら
；ｔ″した健康被害は存在しない。

第７Ａ図、第７Ｂ図、第７Ｃ図および第７Ｄ図は、電界
発生装置がコイル装置である場合の例を示している。第
７Ａ図および第７Ｂ図においては、コイルｔ２旬はコア
（２樽を持ち、これは、コア（至）のほぼ長手軸線の方
向に延びる不均一な磁界を生じる。

試料とコイルとを互いに相対的に動かすことによって、
その磁界に曝露されている試料の特定の体積要素に関す
る出力信号データを得ることができ、この出力信号デー
タを分解しキ、その材料の磁気的特性を反映する−それ
ぞｎの抵抗成分値と誘導成分値とに分けることができる
。加えられる予め選択された周波数の各々においてコイ
ル内のインピ・−ダンス変化゛の真の抵抗成分を得るこ
とが好ましい。この「真」の抵抗成分は、そのコイル装
置の出力信号を、一般的にそのコイ、、ル装置に加えら
れ□ る信号の位相の約１度好ましぐは２分の１度以内、−□
。

で、その印加される予め選択された周波数の各々に対し
て参照することによって得られる。コイル装置は、上に
説−明したように、低い強度の磁界を生じるので、人間
または動物の組織がこれらの磁界の影響内に持ち来たさ
れたときの健康障害の存在しないことが知られている。

第７ｃ図および第７Ｄ図は特殊の体積要素Ｓに関する情
報を得るために均一な磁界を使用することを例示する。

容量値の場合と同様に、選択された体積要素Ｓの磁気的
特性は、試料を磁界内に異なる程度挿入することに対す
るこれらの特性の差〜゛４を計算することによって得ら
扛る。

電磁界発生装置０湯によって作られた出方信号は、検出
器（！６）によって検出され、出方信号分解装置（■内
でそれぞ７Ｌの成分に分解される。通常は、この検出器
は、位相感知検出器であるが、任意その他の適当な本Ｊ
〒知装置を、使用することができる。一層代表的に（ｄ
、この信、号分解装置（３０１は、出力信号を検出する
ことと、そ１ｔ′Ｌを画像として断層写真に再構成およ
び表示する二（以前にそれらの出力信号をそレソレノリ
アクタンス１性および非リアクタンス性の成分値に分解
することとを行なうものである。

従って、電界発生装置が、キャパシタンス性の装置であ
る場合には、その出力信号は、信号分解装置（７）によ
ってキャパシタンス性とコンダクタンス性の成分値に分
解されて、これらの成分のうちの少なくも一つが、信号
分解装置ＯＩ（例えば、ディジタル・コンピュータ）に
よって処理さｎて、調査中の材料の誘電率およびコンダ
クタンス４Ｈ！反映できる像データ手段を作るために使
用される。

そして、この像−データは、像発生装置ｃ３２、代表的
には陰極線管表示装置上に画像として表示される。

本発明における像の再構成は、通常の再構成技術を使用
して達成することができる。それは、例えば、アストロ
フイジツクス・ジャーナル（天文物理学雑誌）１５０号
、４２７〜４３４頁「電波天文学における扇形ビーム走
査の反転」にプレースウェル氏他によって記載された「
フィルタされた後方投影法」などがある。しかし、本発
明は、この特定の再構成技術を使用することに制限され
るものではなく、その他に得られる方法も希望により使
用することができることはもちろんである。

像発生装置０３によって作られた画像は、一連の明暗対
照区域、例えばグレー・スケールまたは選択されｆ４　
ｉ＋２のスペクトルで構成されることができる。これら
の区域に現われる強度および／または変化は、その像に
よって示された物体の体積要素の誘電率の値および／ま
たはコンダクタンス（Ｍ’　Ｋ比例する１、それはまた
、例えば医療診断領域において、正常または異常組織構
造を示すものとして成る色を指定することもできろ。こ
のようにして、色表示から、疑わしい組織形成が存在す
るかどうか、との組織が健康な組織の周囲部分に対して
どこに位置しているかを迅速に決定することが可能であ
る。

前に述べたように、本発明の技術は、厳密な繰返し修正
技法を含み、試料内の電力線を適当なマクスウェルの式
になるような解答に合致するようにする。この繰返し修
正の効果は、第１１Ａ図および第１１Ｂ図に略示されて
いる。第１１Ａ図は、繰返し修正前の力線形状を示し、
第１１Ｂ図は、繰返し修正後の力線形状を示す。繰返し
手順は、更に正確で再現可能の像データを生じ、それは
正確で再現ｒ−（能な画像を作る結果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明装置の略示ブロック線図であって、調
査される試料の変更可能位置を示し、第２Ａ図、第２Ｂ
図、第２Ｃ図および第３Ａ図、第３Ｂ図は、本発明の詳
細説明中に示された基礎理論の説明の理解を助けるため
に示され、第４図および第５図は、多数配置可能の容量
プレートの異なる形態を略示し、第６図は、複数個の多
数配置可能の容量プレートの配置例を略示し、第７Ａ図
。 第７Ｂ図、第７Ｃ図および第７Ｄ図は、試料に対して磁
界を使用する状態を略示し、第８図乃至第１０図は、第
１図の全体図の一部を形成する図であって電磁界を発生
し、出力信号を検出するための回路を例示し、第１１Ａ
図および第１１Ｂ図は、試料の領域内の力線に対する繰
返し修正の効果を略示している。　　　　　“ ２・・・物体、４　、６　、８２１・、Ｊ′ｘ　ｏ・・
・容量プレート、１２・・・電磁界発生装置、工４・・
周波数信号発生装置、１６・・・検出器、２６・・コイ
ル、２８・・・コア、３０・・・信号分解装置、３２・
・表示装置、３３・・・試−料運動器、３４・・容量プ
レート、３６・・・ガード・リング、３８・・体積要素
、Ｓ　・体積要素（スライス）、Ｅ・第８図乃至第１０
図に対応する第１図中の部分。、 代理人　弁理士　　小　林　十四手 ・、１（ ：１ｌｌｌ・ １ ＦＩＧ　　＋ ＦＩＧ　２Ａ　　　　　　　　　　ＦＩＧ　２ＢＩＧ　
４

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　材料の磁気的および／または電気的透過率および
   ／またはコンダクタンス特性を使用し、実質的に無障害
   の電磁界状態で、材料と物理的接触を行なうことなく材
   料の像を発生するための装置であって、 （、）　　比較的に低い強度の実質的に障害のない電磁
   界を発生するため、および調査されるべき材料が前記電
   磁界の影響内に、かつ前記電磁界発生装置と物理的接触
   外に持ち来たさｎたときに、出力信号を発生するための
   電磁界発生装置であって、前記出力信号は、前記材料の
   少なくも１個の体積要素の磁気的および／または電気的
   透過率および／またはコンダクタンス特性を反映するこ
   とのできる成る値を持ち、前記少なくも１個の体積要素
   は、前記電磁界の交差する力線および／または前記材料
   の交差する平面によって画成され、（ｂ）　　予め選択
   された周波数の複数を含む周波　　　”数信号を生じる
   ために前記電磁界発生装置に接続された周波数発生装置
   であって、前記周波数信号は、Ｈ記電磁界を発生するた
   めに前記電磁界発生装置に供給され、 （Ｃ）　　前記予め選択された周波数の各々に対して、
   前記材料の少なくも一体積要素について分解リアクタン
   ス成分値と分解非リアクタンス成分値とを含む別々の分
   解成分値に前記出方信号を分解するために、前記電磁界
   発生装置に接続された出　　　゛力信号分解装置、 ｆｄｌ　　少ｌ〈も一体積要素に対する、前記分解成分
   値の少なく一つから前記材料の画像を作るために、前記
   出力信号分解装置に接続されだ像発生装置であって、前
   記画像は、前記材料の前記体積要素の少くも一つの磁気
   的および／または電気的透過率および／またはコンダク
   タンス特性を反映することができる、 を有する材料の像を発生するだめの装置。 ２、　実質的に障害のない電界状態下で、材料と物理的
   ″接触を行なうことなく、材料の誘電率およびコンダク
   タンス特性を使用して材料の像を発生するための装置で
   あって、 （ａ＋　　比較的に低い強度の実質的に無障害の電界を
   発生するため、および前記調査さｎるべき材料が前記電
   界の影響内に持ち来たさｎたときに出力信号を生じるた
   めのキャパシタンス装ｆであって、前記キャパシタンス
   装置は、少なくも１個のキャパシタンス要素を含み、前
   記材料は、前記電界の影響内に受は入れられ、同時に前
   記キャパシタンス要素と物理的接触外にあり、前記出力
   信号は、前記材料の少なくも１個の体積要素の誘電率お
   よびコンダクタンス特性を反映することができ、前記少
   なくも１個の体積要素は、前記電界の交差力線および／
   または前記材料の交差平面によって画成され、 （ｂ）　　予め選択された周波数の複数を含む周波数信
   号を発生するための周波数発生装置であって、前記周波
   数信号は、前記電界を発生するために前記キャパシタン
   ス装置に供給すれ、 （Ｃ）　　前記出力信号を別々の分解成分値に分解する
   ために前記キャパシタンス装置に接続された出力信号分
   解装置であって、前記分解成分値は、前記予め選択され
   た周波数の各々に対して前記材料の前記少なくも１個の
   体積要素に対する分解キャパシタンス成分値と分解コン
   ダクタンス成分値とを含み、 （ｄ）　　前記少なくも１個の断面体積賃素に対する前
   記分解成分値の少なくも一つから前記材料の画像を発生
   するために前記出力信号分解装置に接続された像発生装
   置であって、前記画像は、前記材料の前記少なくも一体
   積要素の誘電率および／またはコンダクタンス特性を反
   映することができる為　　　　　１ ζ を有する材料の・１豫を発生するための装置。 □、・ ３、　材料の磁□気的特性およびコンダクタンス特性を
   使用し、実質的に無障害の磁界状態下で、か　　１つ材
   料に物理的に接触せずに材料の像を発生するための装置
   であって、 （ａ）　　比較的に低い強度の実質的に障害のない磁界
   を発生するため、および調査されるべき材料が前記磁界
   の影響内に持ち来たされたときに出力信号を生じるため
   の磁界発生装置であって、前記磁界発生装置は、少なく
   も１個の電気的に安定したコイル装置を含み、前記材料
   は、前記磁界の影響内に受容されることができ、同時に
   、前記コイル装置と物理的接触をしないようにされ、前
   記出力信号は、前記材料の少なくも１個の体積要素の磁
   気的特性およびコンダクタンス特性を反映することがで
   き、前記少なくも１個の体積要素は、前記磁界による交
   差磁力線および／または前記材料の交差平面によって画
   成され、 （ｂ）　　予め選択された周波数の複数を含む周波数信
   号を発生するために、前記磁界発生装置に接続された周
   波数発生装置であって、前記周波数信号は、前記磁界を
   発生するために前記磁界発生装置に供給され、 （ｃ）　　前記出力信号を、前記予め選択された周波数
   の各々に対して前記材料の少なくも１個の体積要素に対
   する分解された真の抵抗成分値と分解されたコンダクタ
   ンス値とを含む別々の分解成分値に分解するために前記
   磁界発生装置に接続された出力信号分解装置、 （ｄ）　　前記少なくも１個の体積要素に対して前記分
   解成分値の少なくも一つから前記材料の画像を発生する
   ために前記出力信号分解装置に接続された像発生装置で
   あって、前記画像は、前記材料の前記少なくも１個の体
   積要素の磁気的特性およびコンダクタンス特性を反映す
   ることができる、を有する材料の像を発生するための装
   置。 ４、　前記材料と前記電磁界とを相対的に運動させるた
   めに前記電磁界発生装置の付近に設けた運動装置を更に
   含み、それによって前記材料の前記少なくも１個の体積
   要素が前記電磁界の影響内に持ち来たされる特許請求の
   範囲第１項に記載の装置０ ５、　前記キャパシタンス要素は、少なくも２枚の互い
   に離隔されたプレートを含み、前記プレートの間および
   付近に前記電界の相対的方向配置を調整するための多重
   化装置を持っている特許請求の範囲第２項に記載の装置
   。 ６、　前記多重化装置は、少なくも１個のガードリング
   によって包囲された複数個のキャパシタンス単位を含む
   特許請求の範囲第５項に記載の装置。 ７、　前記運動装置は、前記電磁界発生装置が静止状態
   に維持されている間に、前記調査されるべき材料を動か
   す特許請求の範囲第４項に記載の装置０ ８、　前記少なくも１個の電気的に安定なコイル装置は
   、前記コイルの長手軸線に沿う磁界を発生する少なくも
   １個のコイルを有する特許請求の範囲第３項に記載の装
   置。 ９、　実質的に無障害の電界状態下で、体と物理的接触
   せずに人体または動物の体の誘電率およびコンダクタン
   ス特性を使用料で人体または動物の体またはそれらの一
   部分の門゛を発生するための装一 置であって、 （ａ）　　比較的に低い強度の実質的に障害のない電界
   を９発生するため、および調査されるべき人体または動
   物の体捷たはそれらの一部分が前記電界の影響内に持ち
   来たされたときに、出力信号を生じるためのキャパシタ
   ンス装置であって、前記キャパシタンス装置は、少なく
   も２枚の互い離隔した容量プレートを含み、前記体およ
   び前記キャパシタンス装置は、前記体を前記電界の影響
   内に持ち来たすように互いに相対的に動くことができ、
   その間、前記体は少なくも２枚の互いに離隔した容量プ
   レートと物理的に接触せず、前記出力信号は、前記体の
   少なくも１個の体積要素の誘電率およびコンダクタンス
   特性を反映することができ、１前記少ηくも１個の体積
   要素は、前記電界の交差　　　１する力線および／また
   は前記体の交差する平面によって画成され、 乍 （ｂ）　　予め選択された複数の周波数を含む周波数信
   号を生ずる入めの周波数発生装置であって、前記周波数
   信号畝前記電界を発生するために前”′） 記キャパシタンス装置に供給され、 （Ｃ）　　前記出力信号を、前記予め選択さｔた周　　
   　□波数の各々に対して前記体の前記少なくも１個の体
   積要素に対する分解キャパシタンス成分値と分解コンダ
   クタンス成分値とを含む別々の分解成分値に分解するた
   めに前記キャパシタンス装置に接続された出力信号分解
   装置、 （ｄ）　　前記少なくも１個の体積要素に対して、前記
   分解成分値の少なくも一つから前記体の画像を作るため
   に前記出力信号分解装置に接続された像発生装置であっ
   て、前記画像は、前記材料の前記少なくも１個の体積要
   素の誘電率およびコンダクタンス特性を反映することが
   できる。 人体または動物の体またはそれらの一部分の像を発生す
   るための装置。 １０、実質的に無障害の電磁界状態下で、材料に物理的
   接触せずに、材料の磁気的および／または電気的透過率
   および／またはコンダクタンス特性を使用して材料の像
   を発生するための方法であって、 （ａ）　　比較的に低い強度の実質的に障害のない電磁
   界を発生するため、および調査されるべき材料が、前記
   電磁界の影響内に持ち来たされ、かつ前記電磁界発生装
   置と物理接触していないときに出力信号を生じるための
   電磁界発生装置を設ける工程であって、前記出力信号は
   、前記材料の少なくも１個の体積要素の磁気的および／
   または電気的透過率および／またはコンダクタンス％［
   を反映することができる値を持ち、前記少々くも１個の
   体積少素は、前記電磁界の力線および／または前記材料
   の交差する平面によって画成され、（ｂｌ　　前記電磁
   界の影響内に前記材料が不在のときに前記電磁界発生装
   置の出力信号の基準値を規定する工程であって、前記出
   力信号は、前記電磁界発生装置に加えられる複数の周波
   数に関して作られ、前記周波数は、前記材料が前記電磁
   界の影響内に持ち来たされたときに、前記磁気的および
   ／′！！たけ電気的透過率および／またはコンダクタン
   ス特性を反映することができる値を前記出力信号が持つ
   ように予め選択され、 ｔｃ＋　　前記材料の前記少なくも１個の体積要素の磁
   気的および／または電気的透過率および／またはコンダ
   クタンス特性を反映できる値を持つ出力信号を生じるよ
   うに前記複数の子め選択された周波数において前記電磁
   界の影響内に調査されるべき材料を導入する工程、 （ｄ）　　前記予め選択された周波数の各々に対して前
   記材料の前記少なくも１個の体積要素に対する分解リア
   クタンス成分値と分解非リアクタンス成分値とを含む別
   々の分解成分値に前記出力信号を分解する工程、 （ｅ）　　前記少なくも１個の体積賃素に対する前記分
   解りアクタンス性および非リアクタンス性の成分値のう
   ちの少なくも一つから前記材料の画像を作る工程であっ
   て、前記画像は、前記材料の前記少なくも１個の体積要
   素の磁気的および／″！たけ電気的透過率および／また
   はコンダクタンス特性を反映することができる！ 材料の像を発生するため・夕方法。 １１、電磁界の影響内に材料が存在することによって生
   じる電磁界の不規則性を、前記予め選択された周波数の
   各々において前記少なくも１個の体積要素に対する前記
   分解りアクタンス性およヒ非リアクタンス性の成分値を
   経返し処理することによって修正し、それによって前記
   像発生装置によって発生された画像を向上させる工程を
   更に含む特許請求の範囲第１０項に記載の方法。 １２、　　ＭｉＪ記電磁電磁界発生装置静止状態に維持
   さｎ１前記材料は、前記電磁界発生装置に物理的接触し
   ない状態で前記電磁界の影響に対して相対的に動かされ
   る特許請求の範囲第１０項に記載の方法。 １３、前記材料は、静止状態に維持され、前記電磁界は
   、前記材料に対して相対的に動かされ、前記材料は前記
   電磁界の影響内にあシ、かつ前記電磁界発生装置と物理
   的非接触状態にある特許請求の範囲第１０項、に記載の
   方法。 ”・　実′９的“漕障害（Ｄ−ｉＺｙｌｌｙｘ性電界状
   態下において１．、、”ｔ　Ｍ・つ人体または動物の体
   に何ら物−，１ 理的接・触せずに、１誘電率およびコンダクタンス特性
   を使用して人体または動物の体またはその一部　　１分
   の像を発生するための方法であって、◆ （、）　　比較的に低い強度の実質的に無障害の電界を
   発生するため、および人体または動物の体またはその一
   部分が前記電界の影響内に持ち来たされたときに出力信
   号を生じるためのキャパシタンス装置を設ける工程であ
   って、前記キャパシタンス装置は少なくも２個の離隔し
   た容量プレートを持つ少なくも１個のキャパシタンス装
   置を含み、前記体および前記キャパシタンス装置は、互
   イニ対して相対的に動くことができ、前記体は前記電界
   の影響内にあり、かつ前記少なくも２個の離隔した容量
   プレートと物理的接触せず、前記出力信号は、前記体の
   少なくも１個の体積要素の誘電率および／またはコンダ
   クタンス特性を反映する値を持ち、前記少なくも１個の
   体積要素は、電界の交差する力線および／または前記体
   の交差する平面によって画成され、 （ｂ）　　前記電界の影響内に前記体が存在しないとき
   に前記キャパシタンス装置の出力信号の基準値を規定す
   る工程であって、前記出力信号は前記キャパシタンス装
   置に加えられる複数の周波数に関して作られ、前記周波
   数は、前記体の前記少なくも１個の体積要素が前記電界
   の影響内に持ち来たされたときに、前記誘電率およびコ
   ンダクタンス特性を反映することができる値を前記出力
   信号が持つように予め選択され、 （ｃ）　　前記体の前記少なくも１個の体積要素の誘電
   率およびコンダクタンス特性を反映することができる値
   を持つ出力信号′を生じるように前記複数の子め選択さ
   れた周波数において前記電界のべ影響内に調査されるべ
   き六体丑たは動物の体またはその一部分を導入する工程
   、 （ｄｌ　　前記予め選択された周波数の各々に対して前
   記体の前記少なくも１個の体積要素に対する分解キャパ
   シタンス成分値と分解コンダクタンス成分値とを含む別
   々の分解成分値に前、配出力信号を分解する工程、 （ｅ）゛　　前記少なくも１個の体積要素に対する前記
   分解キャパシタンス成分価およびコンダクタンス成分値
   のうちの少なくも一つから前記体の画像を作る工程であ
   って、前記画像は、対照的な明暗区域の領域を含み、か
   つ前記体の前記少なくも１個の体積安素の訪電率および
   コンダクタンス特性を反映することができる。 人体または動物の体またはその一部分の像を発生するた
   めの方法。