專利名稱：增進電阻抗斷層成像影像分辨率的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種增進電阻抗斷層成像影像分辨率的方法和一種二維及三維電阻抗斷層攝影系統(tǒng)，尤指一種以電流控制技術(shù)增進電阻抗斷層成像影像分辨率的方法和三維電阻抗斷層攝影系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來,醫(yī)療影像技術(shù)的發(fā)展使得計算機斷層掃描(Computed Tomography, CT)、磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging, MRI)以及正子放射斷層攝影(PositronEmission Tomography, PET)等醫(yī)療影像技術(shù)能用以產(chǎn)生三維影像?，F(xiàn)有的掃描影像技術(shù)雖可產(chǎn)生二維靜態(tài)影像于輸出膠卷上，然而，卻需要經(jīng)過多次影像掃描才可獲得三維影像，三維超音波(3D ultrasound)影像技術(shù)即采用類似的技術(shù)。此外，醫(yī)療人員在診斷身體特定部位時，如腦部、肺部、或胸部，需要具有好的分辨率及價格合理的影像技術(shù)，才能夠獲得詳細和清晰的醫(yī)療影像，以對許多病癥進一步做出正確的診斷和手術(shù)治療。此外，現(xiàn)行的電阻抗斷層成像(Electrical Impedance Tomography, EIT)技術(shù)已逐漸廣泛在醫(yī)療影像 方面受到重視與應用，并且，電阻抗斷層成像具有非侵入式、價格低廉、無輻射性傷害以及長期監(jiān)測等優(yōu)點。然而，電阻抗斷層成像的缺點在于產(chǎn)生的影像的分辨率相對地不足，其主要原因通常是受到獲取電極數(shù)據(jù)的電極的數(shù)量所限制。一般的電極數(shù)據(jù)采集方式是將電流信號輸入至一組電極，以量測其余電極間所產(chǎn)生的電壓值。在美國第6725087號專利案中，數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和影像組件連接于一個通訊網(wǎng)絡，因而允許對該數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和影像組件于網(wǎng)絡內(nèi)不同的位置進行處理，同時IEEE于2008年2月所刊登的期刊論文“用于胸部影像的寬帶高頻電阻抗斷層成像系統(tǒng)(A broadband high-frequency electrical impedance tomography system for breastimaging)”所揭露的技術(shù)中，電阻抗斷層成像系統(tǒng)雖能工作于寬頻帶(IOkHz-1OMHz)，且盡管該阻抗測量的精確度已借由電流頻率的提升而提高，但電阻抗斷層成像系統(tǒng)的影像分辨率仍然無法有效提高，因此具有改善空間。請一并參照圖1A、圖1B、圖1C，以了解現(xiàn)有的電阻抗斷層成像技術(shù)。如圖1所示的鄰接式(adjacent input configuration)技術(shù),組織結(jié)構(gòu)100的外圍可圍繞著一圈具有信號電極I 16的導線，而通過組織結(jié)構(gòu)100表面上的信號電極1，電流源104可注入電流信號于組織結(jié)構(gòu)100，并借由信號電極3自組織結(jié)構(gòu)100流出電流信號，此時，導電目標102會因電場的關(guān)系產(chǎn)生電性的特征，即每一個信號電極均有相對應的等勢線108，并依序反應于組織結(jié)構(gòu)100表面上的信號電極4 16。而電壓量測器106可作為接收信號的用，從而計算出組織結(jié)構(gòu)100內(nèi)的阻抗大小值，以供重建導電目標102在組織結(jié)構(gòu)100中的影像，例如，電壓量測器106可先連接于信號電極6、8，并進一步利用信號電極6、8接收信號，再位移至其它信號電極以接收其它信號電極上的信號。量測完成時，即可進行演算并據(jù)此重建影像，進而得知導電目標102即特定區(qū)域的橫截面的阻抗大小。另外，如圖1B所示的跨接式(cross input configuration)技術(shù),是將電流源104連接于信號電極1、5,并進一步依據(jù)相同的原理利用信號電極2 4、6 16進行量測。而如圖1C所示的對接式(oppositeinput configuration)技術(shù),則是將電流源104連接于信號電極1、9，并進一步依據(jù)相同的原理利用信號電極2 8、10 16進行量測。由此可知，現(xiàn)有的電阻抗斷層成像技術(shù)只能適用于人體的軀干外圍或肢體外圍，且需要相當繁雜的量測處理程序，且因影像的分辨率直接仰賴電極的多寡，所以即便使用者發(fā)現(xiàn)影像的分辨率不足，也僅能多次重復量測而無法提升分辨率。若以增加大量電極的方式來增加EIT影像的分辨率，也會付出高額的硬件成本,不符合經(jīng)濟效益。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明主要的目的之一為提供能快速、有效地獲得較佳分辨率的方法，以增加后續(xù)診療及手術(shù)的準確性，克服因電阻抗斷層成像技術(shù)無法快速獲得較佳分辨率的影像而造成無法達到預期的治療效果的缺失。為達上述目的與其它目的，本發(fā)明提供一種增進電阻抗斷層成像影像分辨率的方法，應用于多個位于組織結(jié)構(gòu)外圍或內(nèi)部的信號電極，包括以下步驟:通過該些信號電極的至少二個注入電流信號于該組織結(jié)構(gòu)，并通過該些信號電極的另外至少一個流出該電流信號；依據(jù)電流控制技術(shù)調(diào)整所注入的電流信號的分配比率，進而于注入該電流信號的該些信號電極的至少二個間產(chǎn)生虛擬電極；利用該些信號電極中不同于前述注入或流出該電流信號的該些信號電極的至少二個進行電壓量測，以獲得該組織結(jié)構(gòu)中對應于該些信號電極及該虛擬電極的電流與電壓分布情形；以及依據(jù)該電流與電壓分布情形進行影像轉(zhuǎn)換處理，以描繪出位于該組織結(jié)構(gòu)中的特定區(qū)域的影像。其次，本發(fā)明又提供一種增進電阻抗斷層成像影像分辨率的方法，應用于多個位于組織結(jié)構(gòu)外圍或內(nèi)部的信號電極，包括以下步驟:通過該些信號電極的至少一個注入電流信號于該組織結(jié)構(gòu)，并通過該些信號電極的另外至少二個流出該電流信號；依據(jù)電流控制技術(shù)調(diào)整所流出的電流信號的分配比率，進而于流出該電流信號的該些信號電極的至少二個間產(chǎn)生虛擬電極；利用該些信號電極中不同于前述注入或流出該電流信號的該些信號電極的至少二個進行電壓量測，以獲得該組織結(jié)構(gòu)中對應于該些信號電極及該虛擬電極的電流與電壓分布情形；以及依據(jù)該電流與電壓分布情形進行影像轉(zhuǎn)換處理，以描繪出位于該組織結(jié)構(gòu)中的特定區(qū)域的影像。此外，本發(fā)明還提供一種增進電阻抗斷層成像影像分辨率的方法，應用于多個位于組織結(jié)構(gòu)外圍或內(nèi)部的信號電極，包括以下步驟:通過該些信號電極的至少二個注入電流信號于該組織結(jié)構(gòu)，并通過該些信號電極的另外至少二個流出該電流信號；依據(jù)電流控制技術(shù)調(diào)整所注入的電流信號及所流出的電流信號的分配比率，進而于注入該電流信號的該些信號電極的至少二個間及流出該電流信號的該些信號電極的至少二個間產(chǎn)生虛擬電極；利用該些信號電極中不同于前述注入或流出該電流信號的該些信號電極的至少二個進行電壓量測，以獲得該組織結(jié)構(gòu)中對應于該些信號電極及該些虛擬電極的電流與電壓分布情形；以及依據(jù)該電流與電壓分布情形進行影像轉(zhuǎn)換處理，以描繪出位于該組織結(jié)構(gòu)中的特定區(qū)域的影像。另外，本發(fā)明還提供一種三維電阻抗斷層攝影系統(tǒng)，包括:多組信號電極裝置，以垂直堆疊方式配置于組織結(jié)構(gòu)上，其中，于對該組織結(jié)構(gòu)執(zhí)行電阻抗斷層掃描時，將一預定分配比率的電流信號通過該多組信號電極裝置中至少兩組，以于該至少兩組信號電極裝置之間產(chǎn)生虛擬電極裝置，且量測該組織結(jié)構(gòu)中對應于該些信號電極裝置及該些虛擬電極裝置的電流與電壓分布情形，以依據(jù)該電流與電壓分布情形取得該組織結(jié)構(gòu)的三維影像。相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明不但能利用電流控制技術(shù)增加虛擬電極，且進一步應用了影像轉(zhuǎn)換處理技術(shù)來處理信號電極、量測電極或虛擬電極的電流與電壓分布情形以描繪出組織結(jié)構(gòu)，所以能夠快速、有效、實時提供組織結(jié)構(gòu)中清晰的影像，且能于不需重復進行量測的前提下提升分辨率。


圖1A、圖1B、圖1C為現(xiàn)有的電阻抗斷層成像技術(shù)的二維平面示意圖；圖2A為本發(fā)明的增進電阻抗斷層成像影像分辨率方法的第一實施例的步驟流程圖；圖2B為本發(fā)明的增進電阻抗斷層成像影像分辨率方法的第二實施例的步驟流程圖；圖2C為本發(fā)明的增進電阻抗斷層成像影像分辨率方法的第三實施例的步驟流程圖；圖3用于描繪本發(fā)明以多個信號電極設(shè)置于組織結(jié)構(gòu)的外圍的剖面示意圖；圖4用于描繪本發(fā)明將形成為電極數(shù)組的多個信號電極植入組織結(jié)構(gòu)內(nèi)的剖面示意圖；圖5A至圖為本發(fā)明第一實施例借由電流控制技術(shù)于注入電流信號的信號電極間產(chǎn)生虛擬電極的平面配置圖；圖6A至圖6C為本發(fā)明第二實施例借由電流控制技術(shù)于流出電流信號的信號電極間產(chǎn)生虛擬電極的平面配置圖；以及圖7A至圖7D為本發(fā)明第三實施例借由電流控制技術(shù)于注入及流出電流信號的信號電極間皆產(chǎn)生虛擬電極的平面配置圖；第8A至SB圖分別為本發(fā)明的三維電阻抗斷層攝影系統(tǒng)的一實施例的在信號電極裝置之間產(chǎn)生虛擬電極裝置的示意圖；第SB圖為本發(fā)明的三維電阻抗斷層攝影系統(tǒng)的一實施例的配置圖；以及第SC圖為本發(fā)明的三維電阻抗斷層攝影系統(tǒng)的另一實施例的配置圖。主要組件符號說明I 16、301、303 信號電極102導電目標104、104a、104b 電流源106電壓量 測器108等勢線100,101,305 組織結(jié)構(gòu)307,A特定區(qū)域309整合式導線
311信號產(chǎn)生器313電流控制器315信號接收器41、42、43、44信號電極裝置S21a S24a、S21b S24b、S21c S24c 步驟V虛擬電極vl、v2、v3 虛擬電極裝置。
具體實施例方式以下借由特定的具體實施形態(tài)說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭示的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其它優(yōu)點與功效。本發(fā)明也可借由其它不同的具體實施形態(tài)加以施行或應用，本說明書中的各項細節(jié)也可基于不同觀點與應用，在未背離本發(fā)明的精神下進行各種修飾與變更。本發(fā)明提出的增進電阻抗斷層成像影像分辨率方法應用于多個于組織結(jié)構(gòu)外圍或內(nèi)部的信號電極，其第一種實施例可參照圖2A繪示的步驟流程圖及圖5A至圖5C的平面配置圖。如圖所示，在步驟S21a中，通過該些信號電極的至少二個注入電流信號于該組織結(jié)構(gòu)100，并通過該些信號電極的另外至少一個流出該電流信號，接著進至步驟S22a。于一實施例中，信號電極可為設(shè)置于組織結(jié)構(gòu)的外圍或內(nèi)部的微電極，且該些信號電極可構(gòu)成電極數(shù)組，而該組織結(jié)構(gòu)可為腦部、肺部、或胸部。具體來說，步驟S21a的實施方式同樣可符合鄰接、跨接、及對接式技術(shù)的實施例，分別如圖5A、圖5B、或圖5C所示。于圖5A所示的鄰接式技術(shù)實施例中，電流信號可通過相鄰的信號電極1、16予以注入，并借由信號電極3將該電流信號流出。于圖5B所示的跨接式技術(shù)態(tài)樣中，電流信號可通過信號電極2、3予以注入，并借由信號電極6流出該電流信號。而于圖5C所示的對接式技術(shù)態(tài)樣中，電流信號可通過信號電極2、3予以注入，并借由相對的信號電極10流出該電流信號。而此處所述的注入電流信號及輸出電流信號的實施步驟可借由信號產(chǎn)生器予以實施。在步驟S22a中，可依據(jù)電流控制技術(shù)調(diào)整所注入的電流信號的分配比率，進而于注入電流信號的該些信號電極的至少二個間產(chǎn)生虛擬電極，接著進至步驟S23a。于本發(fā)明的一實施例中，所述的電流控制技術(shù)可通過與前述的信號產(chǎn)生器連接的電流控制器(current steering device)來予以實施，以令該分配比率a能介于0% 100%之間。例如于圖5A的實施例中,信號電極16所注入的電流信號與信號電極I所注入的電流信號分別為a1:(l_a)I，I是從電流源104注入的總電流，a為分配比率，而虛擬電極V的位置則可對應于分配比率位于信號電極16、I之間。于圖5B的實施例中，信號電極2所注入的電流信號與信號電極3所注入的電流信號的分配也可為a 1:(l-a ) I，而虛擬電極V的位置則可對應于分配比率位于信號電極2、3之間。而于圖5C的實施例中，信號電極2所注入的電流信號與信號電極3所注入的電流信號的分配也可為a 1:(l-a ) I，而虛擬電極V的位置則可對應于分配比率位于信號電極2、3之間。當然，此處所述的分配為a I:(1-a ) I，也可類推為(1-a ) 1: a I，而隨著調(diào)變分配比率a的數(shù)值，分配比率可為50%:50%或其它比率。而借由適當?shù)卣{(diào)控注入的電流信號的分配比率，兩個用以注入電流信號的信號電極間即可產(chǎn)生虛擬電極，即如圖5A例示的虛擬電極V，而為了簡化圖式，虛擬電極V僅于圖5A中繪制。而按照此處所述的分配比率的原理，于用以注入電流信號的信號電極設(shè)定大于兩個，例如為三個時，其分配可為α :βΙ:(1-α_β)Ι，且當α+β彡1，流出的電流可為-1，詳如圖所示。在步驟S23a中，利用該些信號電極中不同于前述注入或流出電流信號的該些信號電極的至少二個進行電壓量測，以獲得組織結(jié)構(gòu)100中對應于該些信號電極及該虛擬電極的電流與電壓分布情形，接著進至步驟S24a。于本發(fā)明的一實施例中，可通過與信號產(chǎn)生器連接的信號接收器量測對應于該些信號電極及該虛擬電極的電流與電壓分布情形，以進行電極間的阻抗特性分析，而量測的方式可參照現(xiàn)有技術(shù)，故不再于此贅述。在步驟S24a中 ，依據(jù)該電流與電壓分布情形進行影像轉(zhuǎn)換處理，以描繪出位于該組織結(jié)構(gòu)100中的特定區(qū)域的影像。需補充的是，前述對電流與電壓分布情形進行影像轉(zhuǎn)換處理的步驟時，可先對該組織結(jié)構(gòu)中的該特定區(qū)域進行電流、電壓與阻抗特性分析；接著，再將該阻抗特性分析的結(jié)果與仿真模型參數(shù)進行匹配以產(chǎn)生并描繪出該組織結(jié)構(gòu)的周圍的影像。而實際實施時，可借由離散系統(tǒng)的數(shù)學運算軟件和參數(shù)模型匹配以進行影像轉(zhuǎn)換處理，其中離散系統(tǒng)的數(shù)學運算軟件可為MATLAB。而由于虛擬電極的產(chǎn)生，用以進行電極間的阻抗特性分析的數(shù)據(jù)會更加充分，從而描繪出的影像會具有更高的分辨率。請再參閱圖2B所繪示的步驟流程圖及圖6A至圖6C的平面配置圖，以了解本發(fā)明的增進電阻抗斷層成像影像分辨率的方法的第二種實施例。在步驟S21b中，通過該些信號電極的至少一個注入電流信號于該組織結(jié)構(gòu)100，并通過該些信號電極的另外至少二個流出該電流信號，接著進至步驟S22b。在步驟S22b中，依據(jù)電流控制技術(shù)調(diào)整所流出的電流信號的分配比率，進而于流出該電流信號的該些信號電極的至少二個間產(chǎn)生虛擬電極，接著進至步驟S23b。具體來說，步驟S21b、S22b的實施同樣可符合鄰接式、跨接式及對接式技術(shù)。如圖6A所示，電流信號自信號電極I注入，并自相鄰的信號電極3、4流出，而信號電極3、4所流出的電流信號的分配可為α 1: (l-α )1 ;于圖6Β的實施例中，電流信號自信號電極2注入，并自信號電極6、7流出，而信號電極6、7所流出的電流信號的分配也可為α I:(1-α )1 ;而于圖6C的實施例中，電流信號自信號電極2注入,并自相對的信號電極9、10流出，而信號電極9、10所流出的電流信號的分配也可為αΙ:(1-α)Ι。當然，此處所述的αΙ:(1-α)I也可類推為(1-α) I I，且隨著分配比率α的數(shù)值調(diào)變，虛擬電極可產(chǎn)生在圖6Α的信號電極3、4間的不同位置，或是產(chǎn)生在圖6Β的信號電極6、7間的不同位置，或是產(chǎn)生在圖6C的信號電極9、10間的不同位置。在步驟S23b中，利用該些信號電極中不同于前述注入或流出該電流信號的該些信號電極的至少二個進行電壓量測，以獲得組織結(jié)構(gòu)100中對應于該些信號電極及該虛擬電極的電流與電壓分布情形，接著進至步驟S24b。具體來說，在圖6A的實施例中，供信號接收器進行量測的信號電極，為信號電極1、3、4以外的至少二個；在圖6B的實施例中，供信號接收器進行量測的信號電極，為信號電極2、6、7以外的至少二個；而在圖6C的實施例中，供信號接收器進行量測的信號電極，為信號電極2、9、10以外的至少二個。
在步驟S24b中，依據(jù)該電流與電壓分布情形進行影像轉(zhuǎn)換處理，以描繪出位于組織結(jié)構(gòu)100中的特定區(qū)域的影像。具體來說，可借由離散系統(tǒng)的數(shù)學運算軟件和參數(shù)模型匹配以進行影像轉(zhuǎn)換處理。由此可知，第二實施例與第一實施例的主要差異，在于將虛擬電極形成于用以流出電流信號的至少二信號電極間，而為簡化說明，其它細部的實施細節(jié)則不再予以贅述。請再參閱圖2C的步驟流程圖及圖7A至圖7C的平面配置圖，以了解本發(fā)明的增進電阻抗斷層成像影像分辨率的方法的第三實施例。在步驟S21c中，通過 該些信號電極的至少二個注入電流信號于組織結(jié)構(gòu)100，并通過該些信號電極的另外至少二個流出該電流信號，接著進至步驟S22c。在步驟S22c中，依據(jù)電流控制技術(shù)調(diào)整所注入的電流信號及所流出的電流信號的分配比率，進而于注入該電流信號的該些信號電極的至少二個間及流出該電流信號的該些信號電極的至少二個間皆產(chǎn)生虛擬電極，接著進至步驟S23c。具體來說，步驟S21c、S22c的實施同樣可符合鄰接式、跨接式及對接式技術(shù)。如圖7A所示，電流信號可自信號電極1、16注入，并自信號電極3、4流出，而信號電極1、16所注入的電流信號的分配可為α :(1-α )1，且信號電極3、4所流出的電流信號的分配可為β 1:(1-β ) I，此時，虛擬電極會產(chǎn)生依據(jù)分配比率產(chǎn)生在信號電極1、16間及信號電極3、4間。于圖7Β的實施例中，電流信號自信號電極2、3注入,并自信號電極6、7流出，而信號電極2、3所注入的電流信號的分配也可為α 1: (Ι-α ) I，且信號電極6、7所流出的電流信號的分配可為βΙ:(1-β)Ι。而于圖7C的實施例中，電流信號自信號電極2、3注入,并自相對的信號電極9、10流出，而信號電極2、3所注入的電流信號的分配也可為α 1: (1- α )I，且信號電極9、10所流出的電流信號的分配可為βΙ:(1_β)Ι。當然，此處所述的α :(1-α)Ι也可類推為(1-α)Ι:αΙ，且βΙ:(1-β)Ι也可類推為(1-β)Ι:βΙ。當然，β的數(shù)值可等同于α的數(shù)值，也可不同于α的數(shù)值。而隨著α、β的數(shù)值調(diào)變，虛擬電極可產(chǎn)生在圖7Α的信號電極1、16間及信號電極3、4間的不同位置,或是產(chǎn)生在圖7Β的信號電極2、3間及信號電極6、7的不同位置，或是產(chǎn)生在圖7C的信號電極2、3間及信號電極9、10間的不同位置。在步驟S23c中，利用該些信號電極中不同于前述注入或流出該電流信號的該些信號電極的至少二個進行電壓量測，以獲得組織結(jié)構(gòu)100中對應于該些信號電極及該虛擬電極的電流與電壓分布情形，接著進至步驟S24C。具體來說，在圖7Α的實施例中，用以供信號接收器進行量測的信號電極，為信號電極1、3、4、16以外的至少二個；在圖7Β的實施例中，供信號接收器進行量測的信號電極，為信號電極2、3、6、7以外的至少二個；而在圖7C的實施例中，供信號接收器進行量測的信號電極，為信號電極2、3、9、10以外的至少二個。而在步驟S24c中，依據(jù)該電流與電壓分布情形進行影像轉(zhuǎn)換處理，以描繪出位于該組織結(jié)構(gòu)中的特定區(qū)域的影像。具體來說，可借由離散系統(tǒng)的數(shù)學運算軟件和參數(shù)模型匹配以進行影像轉(zhuǎn)換處理。另外，第三實施例中，依據(jù)電流控制技術(shù)同時調(diào)整用以注入電流信號及用以流出電流信號的信號電極的技術(shù)，也可應用于如圖7D所示的實施例中。如圖7D所示，信號電極16、3用以流出電流信號，且分配為(l-β ) I:β I的流出量，信號電極1、2用以注入電流信號，且分配為(1-α) 1:α I的注入量，而借由電流控制技術(shù)的實施調(diào)整α、β的數(shù)值，虛擬電極能出現(xiàn)在信號電極1、2間的任一位置，更進一步提升了控制精準度與實施彈性。由此可知，第三實施例與前述第一、第二實施例的主要差異，是在于將虛擬電極同時形成于用以注入電流信號的至少二信號電極及用以流出電流信號的至少二信號電極間。為了更清楚地了解本發(fā)明更為詳細的具體實施細節(jié)，請再參閱下列說明及圖式。首先說明的是，圖3描繪本發(fā)明以多個信號電極301設(shè)置于組織結(jié)構(gòu)305的外圍的剖面示意圖，而圖4描繪本發(fā)明以具有形成微電極數(shù)組的多個信號電極303的復合式探針植入于組織結(jié)構(gòu)305內(nèi)的剖面示意圖。如圖3所示，多個信號電極301分別設(shè)置于組織結(jié)構(gòu)305的外圍，其中，特定區(qū)域307位于該組織結(jié)構(gòu)305內(nèi)，多個信號電極301經(jīng)由整合式導線309連接至信號產(chǎn)生器311 (作為電流源)、電流控制器313 (作為控制注入的電流信號或流出的電流信號的分配比率)和信號接收器315 (用以量測電壓)。而多個信號電極301中的至少二個可依據(jù)前述第一、第二、第三實施例的原理視為用以注入或流出電流信號的信號電極。當然，用以注入電流信號的信號電極、用以流出電流信號的信號電極和用以量測的信號電極的分布位置并不會永遠固定，而是依據(jù)促不同的量測循環(huán)而有所變動。此外，如圖4所示，于本發(fā)明的一實施例中，具有形成為微電極數(shù)組的多個信號電極303的復合式探針植入于組織結(jié)構(gòu)305內(nèi)，其中，特定區(qū)域307位于該組織結(jié)構(gòu)305內(nèi)，而復合式探針經(jīng)由整合式導線309連接至信號產(chǎn)生器311 (作為電流源)、電流控制器313 (作為控制注入或流出電流信號的分配比率)和信號接收器315(用以量測電壓)，其中，依據(jù)前述第一、第二、第三實施例的原理，復合式探針上的多個信號電極303的至少二個，可視為用以注入或流出電流信號的信號電極，同樣的，用以注入電流信號的信號電極、用以流出電流信號的信號電極和用以量測的信號電極的位置，是隨著不同的量測循環(huán)而有所變動。實際進行影像轉(zhuǎn)換處理時，任一實際的影像重建方法皆可適用于本案的影像轉(zhuǎn)換處理，而于邊界上測量的 數(shù)據(jù)將可包括一向量的離散值。例如對于N個信號電極而言，需要N (N-D/2次的獨立邊界測量(如果不使用信號電極，會小于此測量次數(shù))，而重建后的影像將包括一組離散像素，且兩組測量將可容易地通過矩陣變換來表示為轉(zhuǎn)移阻抗z的向量和導電率值c的影像向量之間的關(guān)系如下列的公式(1):Z=T(C)C…(I)。此外，轉(zhuǎn)移阻抗介于一對信號電極之間(或信號電極和一般參考點之間)是為信號電極之間的測量電壓除以施加電流。一般而言，矩陣T將取決于導電率的分布情形和該組的外加電流或電壓模式。而利用改進的牛頓-拉夫森方法(Newton-Raphson method)可計算導電率的分布情形。在第k個階段，也即在疊代的過程中的導電率是有關(guān)于邊界電壓值且對應于下列公式(2):v=F(c)-⑵，而計算第(k+1)個導電率的估計值可借由下列公式(3):ck+1=ck+ A c…(3)，于公式
(3)中，AC={[F' (Ck)W (cW (Ck) [F(ck)-v。]，V。為測量電壓值，F(xiàn)' (Ck)可為雅可比矩陣(Jacobian matrix): [F' ] fdfVdp而算法能提供良好的導電率的起始估計值，以保證其具有足夠收斂，而利用高效的有限元素用以計算正向變換和對雅可比矩陣直接微分，其中涉及的主要問題為{[F' (Ck) = tF' (Ck)}的逆矩陣和必要的正規(guī)化技術(shù)，再此不再予以贅述。值得一提的是，本發(fā)明的增進電阻抗斷層成像影像分辨率方法還可應用在深層腦部電刺激、脊髓電刺激術(shù)(spinal cord stimulation)、迷走神經(jīng)刺激術(shù)(vagus nervestimulation)、人工電子耳(cochlear implant)、人工視網(wǎng)膜(retinal prosthesis)、乳房癌檢測(breast cancer detection)、以及肺換氣監(jiān)測(lung ventilation monitor)等等相關(guān)領(lǐng)域，換言的，所述的組織結(jié)構(gòu)可例示為腦部、背部脊髓、頸部、或胸腔部等部位。另外，實際執(zhí)行時，在執(zhí)行前述步驟S21a、S21b、S21C之前，還可搭配執(zhí)行現(xiàn)行的電阻抗斷層成像技術(shù)。具體言的，于執(zhí)行前述步驟S21a、S21b、S21C之前，可先依據(jù)圖1A、圖1B、或圖1C及其所對應的技術(shù)原理進行量測，從而再借由本發(fā)明所述的技術(shù)原理產(chǎn)生虛擬電極并完成后續(xù)的量測作業(yè)，借此大幅增進電阻抗斷層成像的分辨率與精確性。再者，本發(fā)明進一步揭露一種三維電阻抗斷層攝影系統(tǒng)，請參閱第8A圖，其為本發(fā)明的三維電阻抗斷層攝影系統(tǒng)的側(cè)面示意圖。于第8A圖所示的實施例中，三維電阻抗斷層攝影系統(tǒng)400包括多組(在此舉例兩組)信號電極裝置41和42，且各組信號電極結(jié)構(gòu)41和42具有多個(在此側(cè)面示意圖只舉例可以看到的六個電極)信號電極I 6，信號電極裝置41和42以垂直堆疊方式配置于組織結(jié)構(gòu)上，如第8A圖所示，信號電極裝置41和42垂直堆疊以將一組織結(jié)構(gòu)101配置于多組信號電極裝置41和42之間。具體而言，該些信號電極裝置為如第5A至7D圖所示的環(huán)形鏈狀。參閱第SB圖，概略繪示將組織結(jié)構(gòu)101夾于信號電極裝置41和42之間，并分別使信號電極裝置41通有電流信號(1-Y)I以及使信號電極裝置42通有電流信號Y I。詳言之，當對該組織結(jié)構(gòu)101執(zhí)行電阻抗斷層掃描時，將一預定分配比率的電流信號通過信號電極裝置41和42，其中，通過信號電極裝置41和42的電流信號有分配比率Y，例如通過信號電極裝置42的電流信號為Y I，則通過信號電極裝置41的電流信號為(l-Y)I。此外，根據(jù)該分配比率Y可于信號電極裝置41和42之間產(chǎn)生虛擬電極裝置，例如，如第8A圖所示，當設(shè)定分配比率Y為0.5時在信號電極裝置41和42之間一半的位置產(chǎn)生虛擬電極裝置v2、當設(shè)定分配比率Y為0.25時在信號電極裝置41和42之間距離信號電極裝置41四分之一的 位置產(chǎn)生虛擬電極裝置vl、當設(shè)定分配比率Y為0.75時在信號電極裝置41和42之間距離信號電極裝置42四分之一的位置產(chǎn)生虛擬電極裝置v3。再者，可量測該組織結(jié)構(gòu)101中對應于該信號電極裝置41和42及該些虛擬電極裝置vl、v2、v3的電流與電壓分布情形，以依據(jù)該電流與電壓分布情形取得該組織結(jié)構(gòu)的三維影像。由上述第2A至7D圖所示的實施例得以了解，每一信號電極裝置能描繪出該組織結(jié)構(gòu)101被該信號電極裝置圍繞的區(qū)域的平面影像，因而通過第8A圖所示的三維電阻抗斷層攝影系統(tǒng)，在給予三種電流信號的分配比率Y的預定值的情況下，共可取得五張該組織結(jié)構(gòu)101的平面影像，其分別為該組織結(jié)構(gòu)101的被信號電極裝置41和42以及虛擬電極裝置vl、v2和v3所圍繞的區(qū)域。接著參閱第8C圖，于本實施例中，揭露一種包括四組信號電極裝置41、42、43及44的三維電阻抗斷層攝影系統(tǒng)，而由第8A圖可知，除了信號電極裝置41、42、43及44可取得四張影像之外，當設(shè)定分配比率Y為0.25,0.5,0.75時，另于信號電極裝置41、42、43及44任兩者之間具有三個虛擬電極裝置，又可取得九張影像，故取得該組織結(jié)構(gòu)101在垂直方向上的十三張影像，因而取得該組織結(jié)構(gòu)101的三維影像。另外，當分別設(shè)定分配比率Y 為 0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1時，通過信號電極裝置41、42、43及44可取得三十一張該組織結(jié)構(gòu)101在垂直方向上的二維影像，因而取得該組織結(jié)構(gòu)101的三維影像。因此，由第8A至SC圖可知，通過本發(fā)明的三維電阻抗斷層攝影系統(tǒng)，將多個呈環(huán)形鏈狀的信號電極裝置以堆疊方式(信號電極裝置彼此可有間隔)，包覆在欲攝影的組織結(jié)構(gòu)的外圍，通過調(diào)整供應予信號電極裝置的電流信號的分配比率，可取得多張該組織結(jié)構(gòu)在垂直方向上的多張二維影像，進而組成該組織結(jié)構(gòu)的三維影像。此外，電阻率斷層攝影(ElectricalResistivity Tomography ；ERT)與電阻率影像攝影(Electrical Resistivity Image ；ERI)是電阻抗斷層攝影(EU)的子方法。電阻率影像攝影除了測量電阻值以外，相當類似于電阻抗斷層攝影。再者，電容值斷層攝影(ECT)亦為電阻抗斷層攝影(EIT)的子方法。電容值斷層攝影(Electrical CapacitanceTomography ；ECT)除了測量介電常數(shù)值以外，相當類似于電阻抗斷層攝影。電流調(diào)變方法可結(jié)合ERT與ECT方法，用以改善ERT與ECT方法的分辨率。ERT與ECT方法可用于輸送管線流體監(jiān)測(pipe fluid flow monitoring)、地下道管路監(jiān)測(imaging/monitoring underground)或者輸送管線中流體流動情形的監(jiān)測(imaging/monitoring fluid flow inside pipes)。根據(jù)本發(fā)明的實施例，能夠在地下道管路外部或內(nèi)部以及流體輸送管線的內(nèi)部或外部裝設(shè)少量電極，利用該等電極結(jié)合電流控制技術(shù)與虛擬電極技術(shù)結(jié)合，進而在不需實際增加實體電極數(shù)量的同時達到改善影像分辨率的效果。類似于先前所述實施例的方式，通過信號電極注入電流信號于欲監(jiān)測物(如地下道管路或流體輸送管線)，通過信號電極流出電流信號。接著，依據(jù)電流控制技術(shù)調(diào)整所注入的電流信號的分配比率，進而于注入該電流信號的信號電極間產(chǎn)生虛擬電極。隨后利用信號電極中不同于前述注入或流出該電流信號的信號電極進行電壓量測，以獲得該欲監(jiān)測物中對應于該些信號電極及該虛擬電極的電流與電壓分布情形。最終，依據(jù)該電流與電壓分布情形進行影像轉(zhuǎn)換處理，以描繪出位于該欲監(jiān)測物中的特定區(qū)域的影像。另外，ERT方法可使用于界 面檢測(interface detection)的應用。舉例而言，可用于流體與固體間的界面檢測，包含檢測兩者間界面的形狀(shape of the interface)。誘導極化方法(Induced Polarization method)非常類似于EIT或ERT方法。在此方法中，將電流誘導進入地面下或地下以感測其中的材料，并且通過另外兩個電極監(jiān)測時域或頻域的電壓，以辨別該材料。此外，誘導極化方法可結(jié)合電流調(diào)變方法(將需要更多電極)，用以改善分辨率。舉例而言，可采用兩個電極將電流誘導至地面下，且接著以另兩個電極感測該區(qū)域的電壓。因此，誘導極化方法可應用于地下材料識別。綜上所述，本發(fā)明提出一種能增進電阻抗斷層成像影像分辨率的方法以及一種三維電阻抗斷層攝影系統(tǒng)，其利用電流控制技術(shù)于有限的實體電極間產(chǎn)生出虛擬電極，以令后續(xù)的影像轉(zhuǎn)換處理能借由虛擬電極獲得更充足的數(shù)據(jù)，借此快速、精確地的提高電阻抗斷層成像影像的分辨率。因此，本發(fā)明不但解決了現(xiàn)有技術(shù)被實體電極數(shù)目所限制的問題，也解決了現(xiàn)有技術(shù)在發(fā)現(xiàn)分辨率不足時必需要多次進行量測的問題。上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員均可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾與改變。因此，本發(fā)明的保護范圍當視權(quán)利要求書為準。
權(quán)利要求
1.一種增進電阻抗斷層成像影像分辨率的方法，應用于多個位于組織結(jié)構(gòu)外圍或內(nèi)部的信號電極，包括以下步驟: 1)通過該些信號電極的至少二個注入電流信號于該組織結(jié)構(gòu)，并通過該些信號電極的另外至少一個流出該電流信號； 2)依據(jù)電流控制技術(shù)調(diào)整所注入的電流信號的分配比率，進而于注入該電流信號的該些信號電極的至少二個間產(chǎn)生虛擬電極； 3)利用該些信號電極中不同于前述注入或流出該電流信號的該些信號電極的至少二個進行電壓量測，以獲得該組織結(jié)構(gòu)中對應于該些信號電極及該虛擬電極的電流與電壓分布情形；以及 4)依據(jù)該電流與電壓分布情形進行影像轉(zhuǎn)換處理，以描繪出位于該組織結(jié)構(gòu)中的特定區(qū)域的影像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增進電阻抗斷層成像影像分辨率的方法，其特征在于，該虛擬電極的位置是對應于該分配比率而位于注入該電流信號的該些信號電極的至少二個間，且該分配比率介于0% 100%之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增進電阻抗斷層成像影像分辨率的方法，其特征在于，步驟I)是通過信號產(chǎn)生器來予以實施，步驟2)是通過與該信號產(chǎn)生器連接的電流控制器來予以實施，步驟3)是通過與該信號產(chǎn)生器連接的信號接收器來予以實施，而步驟4)是借由離散系統(tǒng)的數(shù)學運算軟件和參數(shù)模型匹配以進行影像轉(zhuǎn)換處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增進電阻抗斷層成像影像分辨率的方法，其特征在于，該些信號電極為微電極，且構(gòu)成電極數(shù)組。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增進電阻抗斷層成像影像分辨率的方法，其特征在于，該組織結(jié)構(gòu)為腦部、背部脊髓、頸部、或胸腔部。
6.一種增進電阻抗斷層成像影像分辨率的方法，應用于多個位于組織結(jié)構(gòu)外圍或內(nèi)部的信號電極，包括以下步驟: 1)通過該些信號電極的至少一個注入電流信號于該組織結(jié)構(gòu)，并通過該些信號電極的另外至少二個流出該電流信號； 2)依據(jù)電流控制技術(shù)調(diào)整所流出的電流信號的分配比率，進而于流出該電流信號的該些信號電極的至少二個間產(chǎn)生虛擬電極； 3)利用該些信號電極中不同于前述注入或流出該電流信號的該些信號電極的至少二個進行電壓量測，以獲得該組織結(jié)構(gòu)中對應于該些信號電極及該虛擬電極的電流與電壓分布情形；以及 4)依據(jù)該電流與電壓分布情形進行影像轉(zhuǎn)換處理，以描繪出位于該組織結(jié)構(gòu)中的特定區(qū)域的影像。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的增進電阻抗斷層成像影像分辨率的方法，其特征在于，該虛擬電極的位置對應于該分配比率而位于流出該電流信號的該些信號電極的至少二個間，且該分配比率介于0% 100%之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的增進電阻抗斷層成像影像分辨率的方法，其特征在于，步驟I)是通過信號產(chǎn)生器來予以實施，步驟2)是通過與該信號產(chǎn)生器連接的電流控制器來予以實施，步驟3)是通過與該信號產(chǎn)生器連接的信號接收器來予以實施，而步驟4)是借由離散系統(tǒng)的數(shù)學運算軟件和參數(shù)模型匹配以進行影像轉(zhuǎn)換處理。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的增進電阻抗斷層成像影像分辨率的方法，其特征在于，該些信號電極為微電極，且構(gòu)成電極數(shù)組。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的增進電阻抗斷層成像影像分辨率的方法，其特征在于，該組織結(jié)構(gòu)為腦部、背部脊髓、頸部、或胸腔部。
11.一種增進電阻抗斷層成像影像分辨率的方法，應用于多個位于組織結(jié)構(gòu)外圍或內(nèi)部的信號電極，包括以下步驟: 1)通過該些信號電極的至少二個注入電流信號于該組織結(jié)構(gòu)，并通過該些信號電極的另外至少二個流出該電流信號； 2)依據(jù)電流控制技術(shù)調(diào)整所注入及所流出的電流信號的分配比率，進而于注入該電流信號的該些信號電極的至少二個間及流出該電流信號的該些信號電極的至少二個間產(chǎn)生虛擬電極； 3)利用該些信號電極中不同于前述注入或流出該電流信號的該些信號電極的至少二個進行電壓量測，以獲得該組織結(jié)構(gòu)中對應于該些信號電極及該些虛擬電極的電流與電壓分布情形；以及 4)依據(jù)該電流與電壓分布情形進行影像轉(zhuǎn)換處理，以描繪出位于該組織結(jié)構(gòu)中的特定區(qū)域的影像。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的增進電阻抗斷層成像影像分辨率的方法，其特征在于，該些虛擬電極的位置對應于該分配比率而分別位于注入該電流信號的該些信號電極的至少二個間及流出該電流信號 該些信號電極的至少二個間，且該分配比率介于0% 100%之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的增進電阻抗斷層成像影像分辨率的方法，其特征在于，步驟I)是通過信號產(chǎn)生器來予以實施，步驟2)是通過與該信號產(chǎn)生器連接的電流控制器來予以實施，步驟3)是通過與該信號產(chǎn)生器連接的信號接收器來予以實施，而步驟4)是借由離散系統(tǒng)的數(shù)學運算軟件和參數(shù)模型匹配以進行影像轉(zhuǎn)換處理。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的增進電阻抗斷層成像影像分辨率的方法，其特征在于，該些信號電極為微電極，且構(gòu)成電極數(shù)組。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的增進電阻抗斷層成像影像分辨率的方法，其特征在于，該組織結(jié)構(gòu)為腦部、背部脊髓、頸部、或胸腔部。
16.一種三維電阻抗斷層攝影系統(tǒng)，包括: 多組信號電極裝置，以垂直堆疊方式配置于組織結(jié)構(gòu)上，其中，于對該組織結(jié)構(gòu)執(zhí)行電阻抗斷層掃描時，將一預定分配比率的電流信號通過該多組信號電極裝置中至少兩組，以于該至少兩組信號電極裝置之間產(chǎn)生虛擬電極裝置，且量測該組織結(jié)構(gòu)中對應于該些信號電極裝置及該些虛擬電極裝置的電流與電壓分布情形，以依據(jù)該電流與電壓分布情形取得該組織結(jié)構(gòu)的三維影像。
17.根據(jù)權(quán)利要求16項所述的三維電阻抗斷層攝影系統(tǒng)，其中，該信號電極裝置為環(huán)形鏈狀。
18.根據(jù)權(quán)利要求16項所述的三維電阻抗斷層攝影系統(tǒng)，其中，該虛擬電極裝置的位置對應于該分配比率而位于通過有該電流信號的信號電極裝置的其中至少二者間，且該分配比率的預定值介于0% 100%之間。
全文摘要
本發(fā)明提供一種增進電阻抗斷層成像影像分辨率的方法以及一種二維及三維電阻抗斷層攝影系統(tǒng)，具體來說，本發(fā)明借由電流控制技術(shù)形成虛擬電極，以提供一種不需增加實體電極即可改善原始電阻抗斷層成像系統(tǒng)的影像分辨率的方法。而本發(fā)明的電阻抗斷層成像系統(tǒng)可使用多個電極、至少一個信號產(chǎn)生器、至少一個信號接收器，以及至少一個電流控制器。換句話說，本發(fā)明將電流控制技術(shù)及虛擬電極技術(shù)結(jié)合至電阻抗斷層成像，進而在不需實際增加實體電極數(shù)量的情形下改善影像的分辨率。
文檔編號A61B5/053GK103181762SQ201210182769
公開日2013年7月3日 申請日期2012年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月30日
發(fā)明者蔡德明, 孫樹海 申請人:財團法人交大思源基金會