[发明专利]电子成像和治疗系统

说明书

本发明涉及一种电磁成像和治疗(EMIT)系统。特别地，本发明是关于一种仪器和方法，在其中构成优选与低频率微波协同的多频率微波，产生多源在外部聚焦的微波用于组织切除。本发明包括几种版本的基频水平不同的EMIT系统。此外，本发明还包括一个执行软件的计算机，该软件特意配置和编制到有一个成像和三维层析成像接口的EMIT系统中。

微波层析成像是一项相对新的技术，在医疗和相关行业有巨大的应用潜力。特别地，基于组织介电特性的差异，这项技术在应用到内部、非侵入式的、实时成像组织和器官的生理特性方面变得明显成熟和实用。

现有微波层析成像技术通过检测在微波束遇到物体后物体对微波束的作用，利用微波照射给一个物体成像。在反射的微波中由于这一遭遇影响的改变取决于成像物体的组织介电常数和传导性。特别地，对于给定的微波频率，反射微波回波的可观察改变表示成像组织的一个特定信号。

微波是超高到极高频率无线电波，波长很短，范围从约130厘米下至一毫米的几分之几。频率范围在0.1千兆赫(GHZ)到3000GHZ。目前用作生物组织微波成像的的微波范围在0.5到3GHZ。然而，也可以使用其它的微波范围。选择范围的决定因素是照射应是非电离的，以防止破坏组织成分或细胞。因此，当决定一个可相容的频率范围时，应当考虑生物物理参数。

现有技术利用两种主要的微波成像技术。第一种是静态显像，它基于与物体相互作用后测定微波照射的绝对介电常数形成图象。第二种是动态成像，它是基于在微波照射入射时物体中发生的介电常数的变化形成的。后一种形式的成像在生物组织成像应用中非常有用，用来监测正在进行的生理变化。静态和动态成像技术需要主动的成像步骤，其中微波扫描器使用移动或扫描入射照射，并基于与要成像的物体的相互作用检测微波照射的变化。

使用动态成像，图象是基于从几个数据组记录的衍射区中的差异重显的，这几个数据组是用一个变化的介电参比从身体获取的。然而，在较大身体中的内部成像会引起清晰度的问题，这限制了动态成像的应用和范围。本发明，包括与此有关的附加说明，通过结合生物物理、计算机软件和微波层析成像技术，比现有技术有显著的进步，能提供更高清晰度的图像。

本发明结合并执行生物物理、算法/计算机和微波层析成像设备和方法以提供一个三维层析成像系统。具体地说，本发明包括一种用于医疗生理层析成像的新方法和系统，其中一个单频三维微波层析成像系统(3DMWT)与一个单频三维电子阻抗层析成像系统(3DEIT)结合，能够对整个生物体例如人体躯干成像。

特别地，本发明基于组织的介电特性差异，提供一种在内部、非侵入式的、实时成像组织和器官的生理特性和临时变化的方法。例如使用本发明已经表明，心肌的介电特性是其生理状况，包括局部血液供应、局部缺血、梗塞的灵敏指示器。心肌介电特性的变化程度提供了足够的数据，用于微波层析成像重显。更具体地说，本发明包括一种具有许多微波频率(微波波谱)和一个频率(约0.2MHZ)低于细胞膜舒张的频率的EMIT系统。本发明的频率组成使得能够估计组织的生物物理参数如细胞体积分数、胞内和膜电阻率、细胞膜的电容、组织自由水和结合水含量以及组织温度。应当注意到信息不仅对心脏病学是很关键，而且对其它医学分支，尤其是肿瘤学、沁尿学、神经病学和(初步信息)HIV研究也是很关键的。

而且，本发明提供数学模型和计算机执行的算法，用于构造迄今为止还无法得到的大量重显的清晰结构图像，描述在物体内介电特性的精确分布。

进而，本发明提供一种治疗设备，该设备通过电磁能量聚焦使组织内部局部过热。

附图简述

图1是3D层析成像系统的全图。

图2是3D层析成像系统的主要组件的示意图。

图3是显示单窗菜单的MW补丁的屏幕。

图4是显示MW补丁校准菜单的屏幕。

图5是显示一个4窗口菜单的MW补丁的屏幕。

本发明提供一种三维微波层析成像系统，该系统与一个三维电子阻抗层析成像系统结合。特别地，本发明包括包括一个单频三维微波层析成像系统，该系统与一个三维电子阻抗层析成像系统结合，能对整个生物体例如，人体躯干或其一部分成像。本发明的说明书提供了理论和实验值，表明了本发明比现有技术多的一些优点和进步在医学诊断和治疗上是可以利用的。