WO2010006349A2 - Verfahren zur abbildung eines objekts und vorrichtung zur durchführung des verfahrens - Google Patents

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WO2010006349A2
WO2010006349A2 PCT/AT2009/000267 AT2009000267W WO2010006349A2 WO 2010006349 A2 WO2010006349 A2 WO 2010006349A2 AT 2009000267 W AT2009000267 W AT 2009000267W WO 2010006349 A2 WO2010006349 A2 WO 2010006349A2
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Bastian Harrach
Otmar Scherzer
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Universität Innsbruck
Österreichische Akademie der Wissenschaften
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    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/05—Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves 
    • A61B5/053—Measuring electrical impedance or conductance of a portion of the body
    • A61B5/0536—Impedance imaging, e.g. by tomography
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
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    • A—HUMAN NECESSITIES
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    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0048—Detecting, measuring or recording by applying mechanical forces or stimuli
    • A61B5/0051—Detecting, measuring or recording by applying mechanical forces or stimuli by applying vibrations

Definitions

  • the invention relates to a method, in particular tomography method, for imaging the electrical conductivity of an object, wherein the object is impressed via at least one electrode, an electrical current or an electrical voltage, and the reaction of the object to the impressed current or the impressed voltage At least one detector is detected, and from the detected data, the spatial distribution of the electrical conductivity of the object is reconstructed.
  • the invention also relates to a device, in particular a tomograph, for carrying out a method for imaging the electrical conductivity of an object with at least one current source or a voltage source for impressing an electrical current or an electrical voltage via at least one electrode in the object, at least one A detector for detecting the response to the impressed current or the impressed voltage from the object, and means for reconstructing an image of the object from the acquired data.
  • a device in particular a tomograph
  • the subject method and device can be used both as a tomographic method or tomographic device as well as microscopic method or microscopic device.
  • object covers a wide variety of three-dimensional and two-dimensional structures, for example a human body or a part of a human body.
  • Imaging techniques which specifically provide imaging for medical applications, include ionizing-beam based tomography, thermoacoustic, electrical
  • Impedance tomography method ultrasound method and magnetic resonance tomography method. Some of these methods provide very detailed images of the objects and are therefore widely used. spreads. Nevertheless, the known methods also have disadvantages. On the one hand, when living organisms are examined, they are exposed to dangerous radiation, such as when X-ray and computed tomography methods are used. On the other hand, for example, the magnetic resonance imaging is a very costly method. While ultrasound methods offer good resolution in certain areas, these methods are not suitable for some areas of medicine and are not used for tomographic procedures.
  • thermoacoustic tomography TACT
  • EIT electrical impedance tomography
  • thermoacoustic tomography In the thermoacoustic tomography method (TACT), the object to be examined is thermally excited with microwaves or a laser pulse (M. Xu, L.V. Wang, Photoacoustic Imaging in Bio-Medicine, Review of Scientific Instruments 77, 041101, American Institute of Physics, 2006). Due to the thermal expansion caused inside the object, a pressure distribution is generated which induces an acoustic wave. The generated sound pressure is proportional to the spatial distribution of the absorbed energy. Thermoacoustic tomography reconstructs this spatial distribution in the object from the sound waves measured outside the object. The reconstruction of the absorbed energy takes place by means of certain mathematical algorithms (M. Haltmeier, T. Schuster, O.
  • the determination of the electrical conductivity in the electrical impedance tomography is carried out via a mathematical algorithm.
  • the problem with this is that it is a nonlinear, inverse, extremely unstable problem and the reconstruction of the conductivity is not stable.
  • the determination of the electrical conductivity of the object in the electrical Impendanztomographie made from the measured over the surface of the object electrical currents or electrical voltages. These measurements made on the surface of the object have only a very small dependence on the spatially varying conductivity distribution in the interior of the object, resulting in a low resolution. Also, by increasing the number of electrodes used or the accuracy of measurement, only a small improvement in resolving power can be achieved. The resolution is relatively poor compared to other tomography methods.
  • WO 2007/089062 A1 describes an electrical impedance tomography method described above.
  • the object of the present invention is to provide a method and a method mentioned above.
  • Direction for imaging an object which is characterized by the highest possible resolution and the highest possible contrast in the electrical conductivity.
  • an optimal image quality and resolution at reasonable cost to reconstruct the image data can be achieved.
  • Disadvantages of known methods and systems of Impendanztomographie should be avoided or reduced.
  • the object of the invention is achieved in terms of the method in that the object impulses of electrical current or voltage are impressed and absorbed in the interior of the object electrical energy density on the induced due to the thermal expansion of the impressed electrical impulses acoustic waves with at least one Detected from the object detector are detected and reconstructed from the acquired data, the spatial electrical conductivity of the object.
  • the method according to the invention therefore represents a combination of an electrical impedance tomography method with a thermoacoustic tomography method by improving an electrical impedance tomography method using similar means as in thermoacoustic tomography methods by reconstructing the electrical conductivity and not the absorbed optical energy.
  • thermoacoustic tomography method with the high contrast from the electrical impedance tomography method are combined.
  • the essential advantage of this hybrid imaging method or so-called impedance-acoustic tomography method lies in the stable reconstruction of the spatial electrical conductivity, which is not possible in the electrical impedance tomography method.
  • the method according to the invention determines the electrical energy absorbed inside the object, which results in a higher resolution, which is not possible in the case of the electrical impedance tomography method. This results in a reduction of metrological requirements.
  • the method is also relatively inexpensive and flexible feasible.
  • the propagation velocity of the pulses of the impressed electrical current or the embossed electric voltage large compared to the propagation velocity of the acoustic waves in the object, which is an important prerequisite for obtaining the model of the electrical impedance tomography.
  • the pulses of the impressed electrical current or the impressed electrical voltage are preferably chosen such that acoustic waves are generated in the ultrasonic range.
  • the reconstruction of the spatial electrical conductivity from the electrical energy absorbed by the object is preferably carried out by a computer-aided mathematical method, in particular by an iterative method based on a numerical algorithm.
  • the advantage of such reconstruction methods is their speed over other numerical methods.
  • the data collected to reconstruct the image of the object will be processed by multiple detectors.
  • the recording time can be significantly shortened.
  • the object according to the invention is also achieved by an abovementioned device, wherein the at least one current source or the at least one voltage source is designed to form pulses of the electric current or of the electrical voltage, and the at least one detector detects the acoustic signal emitted by the object Waves due to the thermal expansion of the object by the absorbed electric energy density of the impressed electrical impulses is formed, and the reconstruction means for calculating the spatial electrical conductivity of the object from the detected data is formed.
  • the impressing of the current or voltage pulses into the object takes place with the aid of at least two electrodes or at least one electrode, provided that the object is grounded.
  • the detector may be flat or in the form of a half-cylinder.
  • a detector in the form of a half-cylinder has compared to just executed detectors with the same area smaller outer dimensions.
  • the mathematical reconstruction methods are somewhat complicated due to the curved shape.
  • Point, line or strip-shaped detectors are used as detectors, wherein several detectors can also be arranged parallel to one another. By increasing the number of detectors, the recording time for the imaging process can be reduced.
  • the at least one detector may be formed by a piezoelectric sensor for detecting acoustic sound waves.
  • Piezoelectric materials are, for example, PVDF (polyvinylidene fluoride) or ZNO (zinc oxide). Such materials are available in sheet form or as layers on substrate material of particularly small thickness in the micrometer to even nanometer range. Due to the particularly small thickness, a good spatial resolution is achieved.
  • the films are metallized and contacted and thus can be easily connected to the following electronic circuits, in particular amplifiers.
  • the at least one detector can also be formed by an optical sensor, in particular optical waveguide, which is deformed by the incident sound waves and thus causes a change in the signals conducted through the optical waveguide.
  • the method is usually facilitated by the at least one detector being moved around the object and / or the object around the at least one detector.
  • a corresponding movement device for example a stepper motor, is used.
  • the at least one detector for detecting acoustic waves is formed in the MHz frequency range and above.
  • the reconstructed image of the object is displayed on a screen or the like. displayed. This allows the person using the scanner to quickly evaluate the images obtained.
  • the reconstruction device is usually formed by a computer.
  • the advantage is that the measured parameters are converted into an image as quickly as possible on site.
  • the FIGURE shows a device 1 according to the invention for imaging the electrical conductivity ⁇ (x) of an object 2, for example a human body or part of a human body.
  • an electrical current I or an electrical voltage U is impressed on the object 2.
  • the electrical current I or the electrical voltage U are generated via a correspondingly formed current source 4 or voltage source 4 '.
  • the acoustic waves 5 induced by the interior of the object 2 due to the absorbed electrical energy density due to the thermal expansion are detected by at least one detector 6, which is spaced from the object 2, the detected signals are supplied to an amplifier 7 and the spatial electrical conductivity ⁇ (FIG. x) of the object 2 is reconstructed.
  • a liquid or gelförmi coupling medium can be arranged (not shown).
  • a movement device 8 for example a stepping motor, may be connected to the object 2 and / or the detector 6.
  • the amplified by the amplifier 7, detected by the detectors 6 signals are together with control signals of the possible movement device 8 a reconstruction device. 9 for the reconstruction of the object 2 supplied.
  • the reconstructed image of the object 2 can be displayed on a display 10.
  • detectors 6 can also be arranged and moved around the object 2. In this case, for each position of the detectors 6, the acoustic sound pressure induced by the excitation of the electric current I or the electrical voltage U is recorded and finally the image of the electrical conductivity ⁇ (x) of the object 2 is reconstructed from the data obtained.
  • the impedance-acoustic tomography method opens up new possibilities, especially in medicine, which are not achieved with current imaging techniques.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung (1) zur Abbildung der elektrischen Leitfähigkeit (σ(x)) eines Objekts (2), mit zumindest einer Stromquelle (4) bzw. Spannungsquelle (4') zum Einprägen eines elektrischen Stroms (I) bzw. einer elektrischen Spannung (U) über zumindest eine Elektrode (3) in das Objekt (2), zumindest einem Detektor (6) zur Erfassung der vom Objekt ausgehenden Reaktion auf den eingeprägten Strom (I) bzw. die eingeprägte Spannung (U), und einer Einrichtung (9) zur Rekonstruktion eines Abbildes des Objekts (2) aus den erfassten Daten. Erfindungsgemäß ist die zumindest eine Stromquelle (4) bzw. Spannungsquelle (41) zur Bildung von Impulsen des elektrischen Stromes (I) bzw. der elektrischen Spannung (U) ausgebildet, und der zumindest eine Detektor (6) zur Erfassung der vom Objekt (2) ausgehenden akustischen Wellen (5) aufgrund der thermischen Ausdehnung des Objekts (2) durch die absorbierte elektrische Energiedichte der eingeprägten elektrischen Impulse ausgebildet, und die Rekonstruktionseinrichtung (9) zur Berechnung der räumlichen elektrischen Leitfähigkeit (σ(x)) des Objekts (2) aus den erfassten Daten ausgebildet.

Description

Verfahren zur Abbildung eines Objekts und Vorrichtung zur
Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren, insbesondere Tomographieverfahren, zur Abbildung der elektrischen Leitfähigkeit eines Objekts, wobei dem Objekt über zumindest eine Elektrode ein elektrischer Strom bzw. eine elektrische Spannung eingeprägt wird, und die Reaktion des Objekts auf den eingeprägten Strom bzw. die eingeprägte Spannung mit zumindest einem Detektor er- fasst wird, und aus den detektierten Daten die räumliche Verteilung der elektrischen Leitfähigkeit des Objekts rekonstruiert wird.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung, insbesondere einen Tomograph, zur Durchführung eines Verfahrens zur Abbildung der elektrischen Leitfähigkeit eines Objekts mit zumindest einer Stromquelle bzw. einer Spannungsquelle zur Einprägung eines elektrischen Stroms bzw. einer elektrischen Spannung über zumindest eine Elektrode in das Objekt, zumindest einem Detektor zur Erfassung der vom Objekt ausgehenden Reaktion auf den eingeprägten Strom bzw. die eingeprägte Spannung, und einer Einrichtung zur Rekonstruktion eines Abbildes des Objekts aus den erfassten Daten.
Das gegenständliche Verfahren und die gegenständliche Vorrichtung lässt sich sowohl als tomographisches Verfahren bzw. tomographische Vorrichtung als auch mikroskopisches Verfahren bzw. mikroskopische Vorrichtung anwenden.
Unter den Begriff „Objekt" fallen verschiedenste dreidimensionale und zweidimensionale Gebilde, beispielsweise ein menschlicher Körper bzw. ein Teil eines menschlichen Körpers.
Zu den traditionellen bildgebenden Verfahren, die im Speziellen Abbildungen für medizinische Anwendungen liefern, zählen auf ionisierenden Strahlen basierende Tomographieverfahren, ther- moakustische Verfahren, elektrische
Impedanztomographieverfahren, Ultraschallverfahren und Magnetresonanztomographieverfahren. Diese Verfahren liefern zum Teil sehr detaillierte Bilder der Objekte und sind deshalb weit ver- breitet. Nichtsdestoweniger weisen die bekannten Verfahren auch Nachteile auf. Zum Einen werden im Falle der Untersuchung lebender Organismen diese einer gefährlichen Strahlung ausgesetzt, wie z.B. bei der Anwendung von Röntgenstrahlen- und Computertomographieverfahren. Zum Anderen stellt beispielsweise die Magnetresonanztomographie ein sehr kostenintensives Verfahren dar. Während Ultraschallverfahren in gewissen Bereichen eine gute Auflösung bieten, sind diese Verfahren für manche Bereiche der Medizin nicht geeignet und werden für tomographische Verfahren nicht eingesetzt.
Zwei neue alternative Tomographieverfahren sind die sogenannte thermoakustische Tomographie (TACT) und die elektrische Impedanztomographie (EIT) .
Beim thermoakustischen Tomographieverfahren (TACT) wird das zu untersuchende Objekt mit Mikrowellen oder einem Laserpuls thermisch angeregt (M. Xu, L. V. Wang, Photoacoustic Imaging in Bio- medicine; Review of Scientific Instruments 77, 041101, American Institute of Physics, 2006) . Infolge der verursachten thermischen Ausdehnung im Inneren des Objekts wird eine Druckverteilung erzeugt, die eine akustische Welle induziert. Der dabei erzeugte Schalldruck ist proportional zur räumlichen Verteilung der absorbierten Energie. Die thermoakustische Tomographie rekonstruiert diese räumliche Verteilung im Objekt aus den außerhalb des Objekts gemessenen Schallwellen. Die Rekonstruktion der absorbierten Energie erfolgt über bestimmte mathematische Algorithmen (M. Haltmeier, T. Schuster, O. Scherzer, Filtered Back- projection for Thermoacoustic Computed Tomography in Spherical Geometry, Mathematical Methods on the Applied Science 28, pp 1919-1937, 2005) . Die Anforderungen an den Algorithmus sind hohe Genauigkeit und Schnelligkeit. Da beispielsweise kanzerogenes Gewebe und gesundes Gewebe stark unterschiedliche Absorptionskoeffizienten aufweisen und die thermoakustische Tomographie eine gute Auflösung bietet, ist mit diesem Verfahren eine gute Unterscheidung der beiden Gewebetypen möglich.
Beim elektrischen Impedanztomographieverfahren (EIT) wird dem Objekt über Elektroden ein Strom bzw. eine Spannung eingeprägt (M. Cheney, D. Isaacson, J. C. Newell, Electrical Impedance Tomo- graphy, Society for Industrial and Applied Mathematics 41, pp 85-101 ,1999) . Dabei wird der eingeprägte elektrische Strom bzw. die eingeprägte elektrische Spannung bei medizinischen Untersuchungen am lebenden Organismus so gewählt, dass es zu keinen unerwünschten Nervenstimulationen kommt. Die resultierende elektrische Spannung bzw. der resultierende elektrische Strom wird über dieselben Elektroden gemessen. Dieser Prozess wird für verschiedene Konfigurationen des eingeprägten Stroms bzw. der eingeprägten Spannung wiederholt. Aus den gemessenen Spannungsbzw. Stromwerten wird die elektrische Leitfähigkeit des Objekts bestimmt. Die Regionen unterschiedlicher Leitfähigkeit innerhalb des Objekts, wie beispielsweise Blut, Knochen, Lungengewebe etc., können dann mit hohem Kontrast abgebildet werden. Der hohe Kontrast sowie die kostengünstige und flexible Einsetzbarkeit der elektrischen Impedanztomographie stellen die Vorteile des Verfahrens dar.
Die Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit bei der elektrischen Impedanztomographie erfolgt über einen mathematischen Algorithmus. Das Problem dabei ist, dass es sich um ein nichtlineares, inverses, extrem instabiles Problem handelt und die Rekonstruktion der Leitfähigkeit nicht stabil erfolgt. Die Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit des Objekts bei der elektrischen Impendanztomographie erfolgt aus den über die Oberfläche des Objekts gemessenen elektrischen Strömen bzw. elektrischen Spannungen. Diese an der Oberfläche des Objekts vorgenommenen Messungen weisen nur eine sehr geringe Abhängigkeit von der räumlich variierenden Leitfähigkeitsverteilung im Inneren des Objekts auf, wodurch eine geringe Auflösung resultiert. Auch durch eine Erhöhung der Anzahl der verwendeten Elektroden oder der Messgenauigkeit kann nur eine geringe Verbesserung des Auflösungsvermögens erreicht werden. Die Auflösung ist im Vergleich zu anderen Tomographieverfahren relativ schlecht.
Beispielsweise beschreibt die WO 2007/089062 Al ein oben beschriebenes elektrisches Impedanztomographie-Verfahren.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines oben genannten Verfahrens und einer oben genannten Vor- richtung zur Abbildung eines Objekts, welche sich durch eine möglichst hohe Auflösung und einen möglichst hohen Kontrast in der elektrischen Leitfähigkeit auszeichnet. Dabei soll eine optimale Bildqualität und Auflösung bei vertretbarem Aufwand zur Rekonstruktion der Bilddaten erzielt werden. Nachteile bekannter Verfahren und Systeme der Impendanztomographie sollen vermieden bzw. reduziert werden.
Gelöst wird die erfindungsgemäße Aufgabe in verfahrensmäßiger Hinsicht dadurch, dass dem Objekt Impulse des elektrischen Stroms bzw. der elektrischen Spannung eingeprägt werden und die im Inneren des Objekts absorbierte elektrische Energiedichte über die aufgrund der thermischen Ausdehnung durch die eingeprägten elektrischen Impulse induzierten akustischen Wellen mit zumindest einem vom Objekt beabstandeten Detektor erfasst werden und aus den erfassten Daten die räumliche elektrische Leitfähigkeit des Objekts rekonstruiert wird. Das erfindungsgemäße Verfahren stellt also eine Kombination eines elektrischen Impedanztomographieverfahrens mit einem thermoakustischen Tomographieverfahren dar, indem ein elektrisches Impedanztomographieverfahren mit ähnlichen Mitteln, wie bei thermoakustischen Tomographieverfahren durch Rekonstruktion der elektrischen Leitfähigkeit und nicht der absorbierten optischen Energie verbessert wird. Dabei werden die Vorteile der hohen Auflösung aus dem thermoakustischen Tomographieverfahren mit dem hohen Kontrast aus dem elektrischen Impedanztomographieverfahren miteinander kombiniert. Der wesentliche Vorteil dieses hybriden bildgebenden Verfahrens bzw. sogenannten Impedanz-Akustik-Tomographieverfahrens liegt in der stabilen Rekonstruktion der räumlichen elektrischen Leitfähigkeit, welche beim elektrischen Impedanztomographieverfahren nicht möglich ist. Das erfindungsgemäße Verfahren ermittelt die im Inneren des Objekts absorbierte elektrische Energie, wodurch eine höhere Auflösung resultiert, welche beim elektrischen Impedanztomographieverfahren nicht möglich ist. Daraus ergibt sich eine Reduktion der messtechnischen Anforderungen. Das Verfahren ist auch relativ kostengünstig und flexibel durchführbar.
Vorteilhafterweise ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Impulse des eingeprägten elektrischen Stroms bzw. der eingeprägten elektrischen Spannung groß gegenüber der Ausbreitungsgeschwindigkeit der akustischen Wellen im Objekt, welche eine wichtige Voraussetzung zum Erhalt des Modells der elektrischen Impedanztomographie ist.
Die Impulse des eingeprägten elektrischen Stroms bzw. der eingeprägten elektrischen Spannung werden vorzugsweise derart gewählt, dass akustische Wellen im Ultraschallbereich erzeugt werden.
Die Rekonstruktion der räumlichen elektrischen Leitfähigkeit aus der vom Objekt absorbierten elektrischen Energie erfolgt vorzugsweise durch ein rechnergestütztes mathematisches Verfahren, insbesondere durch ein auf einem numerischen Algorithmus basierendes iteratives Verfahren. Der Vorteil solcher Rekonstruktionsverfahren liegt in der Schnelligkeit gegenüber anderen numerischen Verfahren.
Es ist möglich, dass die zur Rekonstruktion des Abbildes des Objekts erfassten Daten von mehreren Detektoren verarbeitet werden. Durch die Anwendung mehrerer Detektoren, welche gegebenenfalls entlang der axialen Richtung nebeneinander angeordnet werden, kann die Aufnahmedauer erheblich verkürzt werden.
Gelöst wird die erfindungsgemäße Aufgabe auch durch eine oben erwähnte Vorrichtung, wobei die zumindest eine Stromquelle bzw. die zumindest eine Spannungsquelle zur Bildung von Impulsen des elektrischen Stromes bzw. der elektrischen Spannung ausgebildet ist, und der zumindest eine Detektor zur Erfassung der vom Objekt ausgehenden akustischen Wellen aufgrund der thermischen Ausdehnung des Objekts durch die absorbierte elektrische Energiedichte der eingeprägten elektrischen Impulse ausgebildet ist, und die Rekonstruktionseinrichtung zur Berechnung der räumlichen elektrischen Leitfähigkeit des Objekts aus den erfassten Daten ausgebildet ist. Die Einprägung der Strom- oder Spannungsimpulse in das Objekt erfolgt mit Hilfe zumindest zweier Elektroden oder zumindest einer Elektrode, sofern das Objekt geerdet ist.
Der Detektor kann eben oder in Form eines Halbzylinders ausgeführt sein. Ein Detektor in Form eines Halbzylinders weist ge- genüber eben ausgeführten Detektoren mit gleich großer Fläche geringere Außenabmessungen auf. Die mathematischen Rekonstruktionsverfahren werden durch die gewölbte Form aber etwas komplizierter.
Als Detektoren kommen punkt-, linien- oder streifenförmige Detektoren zur Anwendung, wobei auch mehrere Detektoren parallel zueinander angeordnet sein können. Durch eine größere Anzahl der Detektoren kann die Aufnahmedauer für das Abbildungsverfahren reduziert werden.
Der zumindest eine Detektor kann durch einen piezoelektrischen Sensor zur Erfassung akustischer Schallwellen gebildet sein. Piezoelektrische Materialien sind beispielsweise PVDF (Polyveny- lidenfluorid) oder ZNO (Zink-Oxid) . Derartige Materialien sind in Folienform oder als Schichten auf Substratmaterial mit besonders geringer Dicke im Mikrometer- bis sogar Nanometerbereich erhältlich. Durch die besonders geringe Dicke wird eine gute Ortsauflösung erzielt. Die Folien sind metallisiert und kontaktiert und können somit einfach mit den nachfolgenden elektronischen Schaltungen, insbesondere Verstärkern, verbunden werden. Ebenso kann der zumindest eine Detektor auch durch einen optischen Sensor, insbesondere Lichtwellenleiter, gebildet sein, der durch die auftreffenden Schallwellen verformt wird und somit eine Veränderung der durch den Lichtwellenleiter geleiteten Signale bewirkt.
Zum Schutz des Detektors kann dieser mit einer Schutzfolie versehen sein. Dabei muss darauf geachtet werden, dass die Empfindlichkeit des Detektors durch diese Schutzfolie nicht verringert wird.
Das Verfahren wird meist dadurch erleichtert, dass der zumindest eine Detektor um das Objekt und bzw. oder das Objekt um den zumindest einen Detektor bewegt wird. Dazu dient eine entsprechende Bewegungseinrichtung beispielsweise ein Schrittmotor.
Vorteilhafterweise ist der zumindest eine Detektor zur Detektion akustischer Wellen im MHz-Frequenzbereich und darüber ausgebildet. Vorteilhafterweise wird das rekonstruierte Abbild des Objekts auf einem Bildschirm oder dgl . angezeigt. Dies ermöglicht es der Person, die den Tomographen bedient, die erhaltenen Bilder rasch auszuwerten.
Die Rekonstruktionseinrichtung wird üblicherweise durch einen Rechner gebildet. Der Vorteil besteht darin, dass die gemessenen Parameter möglichst rasch vor Ort in ein Bild umgewandelt werden.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der beigefügten Figur, welche ein schematisches Blockschaltbild eines Impedanz-Akustik- Thomographen gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, näher erläutert .
Die Figur zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Abbildung der elektrischen Leitfähigkeit σ(x) eines Objekts 2, beispielsweise eines menschlichen Körpers oder Teils eines menschlichen Körpers. Über zumindest zwei Elektroden 3 bzw. mindestens eine Elektrode 3, wenn das Objekt 2 geerdet ist, wird dem Objekt 2 ein elektrischer Strom I bzw. eine elektrische Spannung U eingeprägt. Der elektrische Strom I bzw. die elektrische Spannung U werden über eine entsprechend ausgebildete Stromquelle 4 bzw. Spannungsquelle 4' generiert. Die vom Inneren des Objekts 2 durch die absorbierte elektrische Energiedichte aufgrund der thermischen Ausdehnung induzierten akustischen Wellen 5 werden von zumindest einem Detektor 6, welcher vom Objekt 2 beabstandet ist, erfasst, die erfassten Signale einem Verstärker 7 zugeführt und daraus die räumliche elektrische Leitfähigkeit σ(x) des Objekts 2 rekonstruiert. Zwischen dem Objekt 2 und dem zumindest einen Detektor 6 kann ein flüssiges bzw. gelförmi- ges Koppelmedium angeordnet sein (nicht dargestellt) . Zur Erzielung einer Bewegung des Objekts 2 relativ zum Detektor 6 und bzw. oder einer Bewegung des Detektors 6 relativ zum Objekt 2 kann eine Bewegungseinrichtung 8, beispielsweise ein Schrittmotor, mit dem Objekt 2 und bzw. oder dem Detektor 6 verbunden sein. Die vom Verstärker 7 verstärkten, von den Detektoren 6 erfassten Signale werden zusammen mit Steuersignalen der allfälligen Bewegungseinrichtung 8 einer Rekonstruktionseinrichtung 9 zur Rekonstruktion des Objekts 2 zugeführt. Schließlich kann das rekonstruierte Abbild des Objekts 2 auf einer Anzeige 10 dargestellt werden.
Wie bereits oben erwähnt, können auch mehrere Detektoren 6 angeordnet sein und um das Objekt 2 bewegt werden. Dabei wird für jede Position der Detektoren 6 der durch die Anregung des elektrischen Stromes I bzw. der elektrischen Spannung U induzierte akustische Schalldruck aufgenommen und aus den gewonnenen Daten schließlich das Abbild der elektrischen Leitfähigkeit σ(x) des Objekts 2 rekonstruiert.
Das Impedanz-Akustik-Tomographieverfahren eröffnet insbesondere in der Medizin neue Möglichkeiten, welche mit derzeitigen bildgebenden Verfahren nicht erreicht werden.

Claims

Patentansprüche :
1. Verfahren, insbesondere Tomographieverfahren, zur Abbildung der elektrischen Leitfähigkeit (σ(x)) eines Objekts (2), wobei dem Objekt (2) über zumindest eine Elektrode (3) ein elektrischer Strom (I) bzw. eine elektrische Spannung (U) eingeprägt wird, und die Reaktion des Objekts (2) auf den eingeprägten elektrischen Strom (I) bzw. die eingeprägte elektrische Spannung (U) mit zumindest einem Detektor (6) erfasst wird, und aus den detektierten Daten die räumliche Verteilung der elektrischen Leitfähigkeit (σ(x)) des Objekts (2) rekonstruiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass dem Objekt (2) Impulse des elektrischen Stroms (I) bzw. der elektrischen Spannung (U) eingeprägt werden, und die im Inneren des Objekts (2) absorbierte elektrische Energiedichte über die aufgrund der thermischen Ausdehnung durch die eingeprägten elektrischen Impulse induzierten akustischen Wellen
(5) mit zumindest einem vom Objekt (2) beabstandeten Detektor
(6) erfasst werden und aus den erfassten Daten die räumliche elektrische Leitfähigkeit (σ(x)) des Objekts (2) rekonstruiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Impulse des elektrischen Stroms
(I) bzw. der elektrischen Spannung (U) groß gegenüber der Ausbreitungsgeschwindigkeit der akustischen Wellen im Objekt (2) ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Impulse des eingeprägten elektrischen Strom (I) bzw. der eingeprägten elektrischen Spannung (U) derart gewählt werden, dass akustische Wellen (5) im Ultraschallbereich erzeugt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet, dass die räumliche elektrische Leitfähigkeit (σ(x)) durch ein rechnergestütztes mathematisches Verfahren rekonstruiert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die räumliche elektrische Leitfähigkeit (σ(x)) durch ein auf einem numerischen Algorithmus basierendes iteratives Verfahren rekonstruiert wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Rekonstruktion des Abbildes des Objekts (2) die erfassten Daten mehrerer Detektoren (6) verarbeitet werden.
7. Vorrichtung (1), insbesondere Tomograph, zur Durchführung eines Verfahrens zur Abbildung der elektrischen Leitfähigkeit
(σ(x)) eines Objekts (2) mit zumindest einer Stromquelle (4) bzw. zumindest einer Spannungsquelle (4') zum Einprägen eines elektrischen Stroms (I) bzw. einer elektrischen Spannung (U) über zumindest eine Elektrode (3) in das Objekt (2), zumindest einem Detektor (6) zur Erfassung der vom Objekt ausgehenden Reaktion auf den eingeprägten Strom (I) bzw. die eingeprägte Spannung (U), und einer Einrichtung (9) zur Rekonstruktion eines Abbildes des Objekts (2) aus den erfassten Daten, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Stromquelle (4) bzw. die zumindest eine Spannungsquelle (41) zur Bildung von Impulsen des elektrischen Stromes (I) bzw. der elektrischen Spannung (U) ausgebildet ist, und dass der zumindest eine Detektor (6) zur Erfassung der vom Objekt (2) ausgehenden akustischen Wellen (5) aufgrund der thermischen Ausdehnung des Objekts (2) durch die absorbierte elektrische Energiedichte der eingeprägten elektrischen Impulse ausgebildet ist, und die Rekonstruktionseinrichtung (9) zur Berechnung der räumlichen elektrischen Leitfähigkeit (σ(x)) des Objekts (2) aus den erfassten Daten ausgebildet ist.
8. Vorrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Detektor (6) eben oder in Form eines Halbzylinders ausgeführt ist.
9. Vorrichtung (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Detektor (6) punkt-, linien- oder streifenförmig ausgebildet ist.
10. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der' zumindest eine Detektor (6) durch einen piezoelektrischen Sensor und bzw. oder optischen Sensor, insbe- sondere einen Lichtwellenleiter, gebildet ist.
11. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Detektor (6) mit einer Schutzfolie versehen ist.
12. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bewegungseinrichtung (8), beispielsweise ein Schrittmotor, zur Bewegung des zumindest einen Detektors (6) um das Objekt (2) und bzw. oder zur Bewegung des Objekts (2) um den zumindest einen Detektor (6) vorgesehen ist.
13. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Detektor (6) zur Detek- tion akustischer Wellen (5) im MHz-Frequenzbereich und darüber ausgebildet ist.
14. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzeige (10) zur Darstellung des rekonstruierten Abbilds des Objekts (2) vorgesehen ist.
15. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Rekonstruktionseinrichtung (9) durch einen Rechner gebildet ist.
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