(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁場誘導トモグラフィー撮像用システムであって、
高周波エネルギー源と、前記高周波エネルギー源に接続された単一コイルとを有するコイル装置と、
前記コイル装置に接続され、前記コイル装置を制御するように構成された計算処理部であって、医療用撮像のために患者の標的エリアに対する複数の個別の場所において前記単一コイルによってコイル特性測定を実施し、複数のコイル特性測定値を取得するように、前記コイル装置を制御するように構成された、該計算処理部とを含み、
前記計算処理部は、前記標的エリアに対する複数の異なる位置において前記単一コイルで取得された複数のコイル特性測定値と前記標的エリアの導電率分布との間の関係を定義するモデルを使用して、前記複数のコイル特性測定値を処理して前記標的エリアの導電率分布の画像を生成し、出力するように構成され、
前記画像は、前記患者の健康状態を評価するために使用される、システム。
【請求項２】
前記コイル特性測定値が、前記単一コイルが前記標的エリアに隣接して配置されて高周波エネルギーで励磁された時に、前記標的エリアに誘導される渦電流から生じる前記単一コイルのインピーダンスの変化を示すコイル損失測定値を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記標的エリアの少なくとも一部分が骨組織によって遮られる、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記標的エリアが脳または脊柱の少なくとも一部分を含む、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記標的エリアがガスによって少なくとも部分的に占められた場所である、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記標的エリアが、気管、肺、胃、または腸の一つ以上を含む、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記画像は、がん組織を特定するために使用される、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記標的エリアが乳房または膵臓を含む、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記画像は、前記患者の熱傷状態を評価するために使用される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記コイル装置が、手持ちコイル装置であり、
前記複数のコイル特性測定値が、前記手持ちコイル装置を使用して取得される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記システムは、前記複数のコイル特性測定値が、前記単一コイルが前記患者にかぶさる一つ以上の非導電シートの上に配置されている間に取得されるように構成され、前記非導電シートが前記個別場所の一つ以上を示す印を持つ、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記システムは、前記複数のコイル特性測定値が、前記標的エリアが絶縁プレートに押し付けられている間に取得され、前記単一コイルが前記絶縁プレートの反対側の前記複数の個別場所に位置付けられるように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記システムは、
前記標的エリアを受け入れるように適応された形状を持ち、前記標的エリアの固定化を容易化するための非導電プレートを更に有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記システムは、
非導電面を有し、前記患者がその上に横たわるテーブルを更に有し、
前記システムは、前記複数のコイル特性測定値が、前記患者が、前記テーブル上に配置されている間に取得されるように構成され、前記単一コイルは、前記テーブルにある空洞内に配置されるように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記システムは、
前記患者がその上に横たわるテーブルを更に有し、
前記テーブルが一つ以上の非導電サポートを含み、それが前記標的エリアの固定化を容易化する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１６】
磁場誘導トモグラフィー撮像用システムであって、
高周波エネルギー源と、前記高周波エネルギー源に接続された単一コイルとを有するコイル装置と、
前記コイル装置に接続され、前記コイル装置を制御するように構成された計算処理部であって、医療用撮像のために患者の標的エリアに対する複数の個別の場所において前記単一コイルによってコイル特性測定を実施し、複数のコイル特性測定値を取得するように、前記コイル装置を制御するように構成された、該計算処理部とを含み、
前記単一コイルがプリント配線基板上の一つ以上の平面に配列された一つ以上の同心導電ループを含み、
前記計算処理部は、前記標的エリアに対する複数の異なる位置において前記単一コイルで取得されたコイル特性測定値と前記標的エリアの導電率分布との関係を定義するモデルを使用して、前記複数のコイル特性測定値から前記標的エリアの導電率分布の画像を生成、出力するように構成され、
前記画像は、前記患者の健康状態を評価するために使用される、システム。
【請求項１７】
前記コイル装置が、手持ちコイル装置であり、
前記複数のコイル特性測定値が、手持ちコイル装置を使用して取得される、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記システムは、前記複数のコイル特性測定値が、前記単一コイルが前記患者にかぶさる一つ以上の非導電シートの上に配置されている間に取得されるように構成され、前記非導電シートが前記個別場所の一つ以上を示す印を持つ、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記システムは、前記複数のコイル特性測定値が、前記標的エリアが絶縁プレートに押し付けられている間に取得され、前記単一コイルが前記絶縁プレートの反対側の前記複数の個別場所に位置付けられるように構成される、請求項１６に記載のシステム。
【請求項２０】
前記システムは、
非導電面を有し、前記患者がその上に横たわるテーブルを更に有し、
前記システムは、前記複数のコイル特性測定値が、前記患者が、前記テーブル上に配置されている間に取得され、前記単一コイルが前記テーブルにある空洞内に配置されるように構成される、請求項１６に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般的には医療用撮像を使用してヒトの健康状態を評価する方法、およびより具体的には単一コイル磁場誘導トモグラフィー撮像を使用したヒトの健康状態の評価に関連する。
【背景技術】
【０００２】
医療用撮像技術は、患者のさまざまな健康状態を評価するために使用されうる。医療用撮像技術は、費用および可搬性が大きく異なる可能性があり、比較的安価な超音波から、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャンおよび核磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）などのより高価な方法までの幅がある。ＣＴおよびＭＲＩ撮像システムの可搬性は限定されており、集団の特定メンバーおよび特定の状況での、このような撮像技術へのアクセスを困難にしている。超音波技術は比較的安価で可搬性があるが、その使用は、骨またはガスのいずれかが対象の標的エリアを遮る時は制限されうる。
【０００３】
磁場誘導トモグラフィー撮像は、ヒト組織内の電磁特性分布（例えば、導電率または誘電率）を撮像するために使用されうる。より具体的には、磁場誘導トモグラフィー技術は、組織に隣接して配置された誘導コイルにより組織に誘導される渦電流に基づく、ヒト組織の電磁特性の低コスト非接触測定を提供できる。磁場誘導トモグラフィー撮像の既存技術は一般的に、多数のコイル（例えば、コイルアレイ）のサンプルの近くへの配置、および試料の近くに配置された多数のコイル内のコイル対について測定された相互インダクタンスに基づいて画像を構築することを伴う。例えば、ソースコイルのアレイおよび検出コイルのアレイは試料に隣接して配置されうる。高周波エネルギーを使用して一つ以上のソースコイルを励磁することができ、応答を検出コイルで測定できる。試料の導電率（または誘電率）分布は、検出コイルの応答から決定されうる。
【発明の概要】
【０００４】
本開示の態様および利点は、以下の記述で部分的に説明される、または記述から習得されうる、または実施形態の実施を通して習得される場合がある。
【０００５】
本開示の一つの態様例は、患者の健康状態を評価するための方法を対象としている。方法は、医療用撮像のために患者の標的エリアを特定する工程と、単一コイルを使用して標的エリアの複数のコイル特性測定値を取得する工程とを含む。複数のコイル特性測定は、標的エリアに対して複数の個別場所にある単一コイルを使用して実施される。方法は、複数のコイル特性測定値を処理して標的エリアの導電率分布の画像を生成する工程をさらに含む。方法は、患者の健康状態を評価するために画像を出力する工程をさらに含む。
【０００６】
また、本開示の一つの態様例は、磁場誘導トモグラフィー撮像用システムを対象としており、前記システムは、
高周波エネルギー源と、前記高周波エネルギー源に接続された単一コイルとを有するコイル装置と、
前記コイル装置に接続され、前記コイル装置を制御するように構成された計算処理部であって、医療用撮像のために患者の標的エリアに対する複数の個別の場所において前記単一コイルによってコイル特性測定を実施し、複数のコイル特性測定値を取得するように、前記コイル装置を制御するように構成された、該計算処理部とを含み、
前記計算処理部は、前記標的エリアに対する複数の異なる位置において前記単一コイルで取得された複数のコイル特性測定値と前記標的エリアの導電率分布との間の関係を定義するモデルを使用して、前記複数のコイル特性測定値を処理して前記標的エリアの導電率分布の画像を生成し、出力するように構成され、
前記画像は、前記患者の健康状態を評価するために使用される。また、前記単一コイルがプリント配線基板上の一つ以上の平面に配列された一つ以上の同心導電ループを含んでいてもよい。その他、変形および変更を、本開示の態様例およびその他の態様に加えることができる。
【０００７】
さまざまな実施形態のこれらおよびその他の特徴、態様および利益は、以下の記述および添付請求項を参照することによってより良く理解されるであろう。本明細書に組み込まれ本明細書の一部をなす添付の図面は、本開示の実施形態を図示し、記述と共に、関連原理を説明する役割を果たす。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
当業者を対象とした、実施形態の詳細な記述が本明細書に説明されており、これは以下の添付図を参照する。
【図１】本開示の実施形態例による患者の健康状態を評価するための方法例の流れ図を示す。
【図２】本開示の実施形態例による、標的エリエに対して複数の個別場所にある単一コイルで複数のコイル特性測定を実施するために使用されうる医療用診察台の例を示す。
【図３】本開示の実施形態例による、標的エリアに対して複数の個別場所にある単一コイルで複数のコイル特性測定を実施するために使用されうる非導電プレートの例を示す。
【図４】本開示の実施形態例による、標的エリアに対して複数の個別場所にある単一コイルで複数のコイル特性測定を実施するために使用されうる複数の重複非導電シートを示す。
【図５】本開示の実施形態例により生成された導電率分布の画像の例を示す。
【図６】本開示の実施形態例により生成された導電率分布の画像の例を示す。
【図７】本開示の実施形態例による単一コイルを使用した磁場誘導トモグラフィー撮像用システムの例を示す。
【図８】本開示の実施形態例による磁場誘導トモグラフィー撮像用コイルの例を示す。
【図９】本開示の実施形態例による磁場誘導トモグラフィー撮像用コイルの接続トレース例を示す。
【図１０】本開示の実施形態例による磁場誘導トモグラフィー撮像用コイルと関連する回路の例のブロック図を示す。
【図１１】本開示の実施形態例による方法例のプロセスフロー図を示す。
【図１２】本開示の実施形態例によるコイルの例を使用して得られたコイル特性測定値の実験結果を示す。
【図１３】本開示の実施形態例によるコイルの例を使用して得られたコイル特性測定値の実験結果を示す。
【図１４】本開示の実施形態例によるシミュレーション導電率分布に対して得られたコイル特性測定値の実験結果を示す。
【図１５】本開示の実施形態例によるシミュレーション導電率分布に対して得られたコイル特性測定値の実験結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
ここで、実施形態を詳細に参照するが、その一つ以上の例を図に示す。各例は、実施形態の説明方法として提供されており、本発明を限定するものではない。実際に、本開示の範囲または精神から逸脱することなく、実施形態に様々な改造および変形をなすことができることは、当業者にとって明らかであろう。例えば、一つの実施形態の一部として図示または記述される特徴を、別の実施形態とともに使用して、なおさらなる実施形態を生じる可能性がある。従って、本開示の態様はこのような改造および変形を網羅することが意図されている。
【００１０】
概要
一般的に、本開示の態様例は、単一コイルを使用した磁場誘導トモグラフィー撮像で健康状態を評価するための方法を対象とする。ＣＴスキャンおよびＭＲＩ撮像技術など、既存の医療用撮像技術は高価な場合があり、集団の特定メンバー（例えば、農村集団または戦闘状態の兵士）が利用するのは難しい可能性がある。超音波撮像技術は、より安くてより利用しやすい（例えば、可搬性）、ＣＴスキャンおよびＭＲＩ撮像技術の代替策を提供できる。しかし、超音波技術の使用は、例えば、骨またはガスが対象の標的エリアを遮る時は制限されうる。
【００１１】
磁場誘導トモグラフィー撮像は、患者の医療用撮像用に低コスト解決策を提供できる。導電率および誘電率などの電磁特性は、脂肪、骨、筋肉および様々な臓器による自然なコントラストのため、生体組織では空間的に異なる。結果として、磁場誘導トモグラフィー撮像技術を使用して得られる導電率または誘電率の分布は、肺および腹部領域、脳組織、脊柱、ならびにその他の撮像技術（超音波など）を使用して撮像することが困難であるかまたは困難でない場合のある体のその他の領域を含む、体の様々な領域を撮像するために使用されうる。
【００１２】
典型的な既存の磁場誘導トモグラフィーシステムは、複数のコイル（例えば、ソースコイルのアレイおよび検出コイルのアレイ）を使用して、導電率マップを生成する。複数コイルの使用は、磁場誘導トモグラフィーシステムの複雑性を増加させ、システムのコストの増加および可搬性の低下につながる。これは、例えば農村地域での、磁場誘導トモグラフィー撮像システムへの利用可能性の低下をもたらしうる。
【００１３】
本開示の態様例は、単一コイルを使用した磁場誘導トモグラフィーでヒト（またはその他の生命体）の健康状態を評価する方法を対象とする。より具体的には、患者の標的エリアを医療用撮像のために特定しうる。標的エリアには、骨組織によって少なくとも部分的に遮られるかまたはガスによって少なくとも部分的に遮られうる場所など、患者の任意の適切な場所を含みうる。複数のコイル特性測定値は、標的エリアに対して複数の異なる個別場所の一つにある単一コイルを使用して、標的エリアに対して取得されうる。
【００１４】
複数のコイル特性測定は、単一コイルでさまざまな方法で実施されうる。例えば、一つの実施では、患者は標的エリア（例えば、乳房）を非導電プレートに押し当てることができる。非導電プレートの反対側に配置された単一コイルは、非導電プレートに対する複数の個別場所で、複数のコイル特性測定値を取得できる。別の例として、患者は、非導電テーブル上に仰臥位または腹臥位で横たわることを求められることがあり、選択的な追加的非導電サポートが患者の標的エリアを動かないようにするのを助ける。単一コイルは、患者の下に横たわる非導電テーブルの空洞内に配置されうる。単一コイルは、標的エリアに対する複数の個別場所で複数のコイル特性測定を実施するように（例えば、移動装置によって）位置づけられ制御されうる。また別の例として、複数のコイル特性測定値は、単一コイルを含む手持ち装置を使用し、医療専門家によって取得されうる。医療専門家は、患者にかぶせた一つ以上の非導電シートの層の上に表示される印に従って、患者に対して単一コイルを位置づけることができる。
【００１５】
三次元導電率マップまたは三次元誘電率マップなどの三次元電磁特性マップは、単一コイルを使用して取得された複数のコイル特性測定値から生成されうる。より具体的には、本発明の発明者らは、単一コイルを使用して得られたコイル損失測定値と試料の電磁特性分布との関係を定義するモデルを発見した。一つの実施では、モデルは、ＲＦエネルギーで励磁され、任意の三次元導電率分布を持つ任意の形状の物体の近くに配置された時、誘導される渦電流から生じる複数の同心導電ループを持つ単一平面多重ループコイルのインピーダンス（例えば、抵抗損）の変化の実数部を説明する定量的分析モデルである。
【００１６】
モデルを使用して、単一コイルを使用して得られた複数のコイル特性測定値から標的エリアに対する三次元電磁特性マップを生成しうる。標的エリアの一つ以上の画像を、三次元電磁特性マップから生成しうる。例えば、標的エリアの導電率分布の画像を生成しうる。医療専門家による検査のために、一つ以上の画像を出力装置に出力しうる（例えば、プリンターで印刷する、表示装置上に表示するなど）。画像は、がん組織の特定、熱傷の状態の評価、末梢動脈疾患の評価、その他の健康状態の評価など、患者のさまざまな健康状態を評価するために、医療専門家によって分析されうる。
【００１７】
健康状態を評価するための方法の例
図１は、本開示の実施形態例による単一コイル磁場誘導トモグラフィー撮像技術を使用した、健康状態を評価するための方法（１００）の例のプロセスフロー図を示す。図１は、例示および考察の目的のために特定の順序で実施されるステップを示す。当業者であれば、本明細書に提供された開示を使用して、本明細書に開示された方法のいずれのステップも、本開示の範囲から逸脱することなく、さまざまな方法で変更、省略、再配置、適合、または説明されうることを理解するであろう。
【００１８】
（１０２）で、方法は、医療用撮像用に患者の標的エリアを特定する工程を含む。標的エリアを特定する工程には、患者の特定エリアまたは場所を撮像するための命令を受信する工程を含みうる。本開示は、例示目的でヒト患者の標的エリアの撮像を参照して考察されるが、当業者であれば、本明細書に提供された開示を使用すれば、本開示の態様がその他の生体医学撮像用途（例えば、獣医学撮像用途）に適用できることを理解するであろう。
【００１９】
標的エリアは、撮像されることが望ましい患者の適切な任意の部分でありうる。特定の実施では、標的エリアは、超音波など、その他の撮像技術を使用して撮像することが困難な患者の部分を含みうる。より具体的には、標的エリアの少なくとも一部は、骨組織によって遮られている可能性がある。例えば、標的エリアは、患者の頭蓋骨の下の脳組織の一部または患者の椎骨の下の脊髄を含みうる。別の例として、標的エリアの少なくとも一部分は、ガスによって占められうる。例えば、標的エリアは、患者の気管、肺、胃、腸、膵臓、またはその他の腹部領域の一つ以上を含みうる。
【００２０】
また図１の（１０４）を参照すると、複数のコイル特性測定値が、図７のシステム２００などの、磁場誘導トモグラフィー撮像システムの単一コイルを使用して取得されうる。本明細書で使用される場合、複数のコイル特性測定値の取得には、例えばメモリに保存されたコイル特性測定値にアクセスする工程、コイル特性測定値を受信する工程、および／または単一コイルを使用してコイル特性測定を実際に実施する工程を含みうる。コイル特性測定値には、例えば、単一コイルが標的エリアに隣接して配置されて高周波エネルギーで励磁された時に、標的エリア内に誘導される渦電流から生じる単一コイルのインピーダンスの変化を示すコイル損失測定値を含みうる。単一コイルは、プリント配線基板上の一つ以上の平面に配置された複数の同心導電ループを含みうる。
【００２１】
コイル特性測定は、標的エリアに対して複数の個別場所にある単一コイルを使用して、標的エリアに対して実施されうる。位置データは、標的エリアの画像の生成に使用するために、各コイル特性測定値と関連付けられうる。コイル特性測定は、患者の標的エリアに対する複数の個別場所に対して、さまざまな方法で実施されうる。
【００２２】
例えば図２は、標的エリエに対して複数の個別場所にある単一コイルで複数のコイル特性測定を実施するために使用されうる医療用診察台１１０例を示す。医療用診察台１１０は非導電の上面１１２を含みうる。患者は、腹臥位または仰臥位など、さまざまな体位の一つで、上面１１２に横たわるよう指示されうる。表面１１２は、標的エリアの固定および限局化を助けうるその他任意の非導電支持構造に加えて、患者の体表面を機械的に安定化するのを助ける。医療用診察台１１０は、表面１１２の下に配置された空洞１１４を含みうる。コイル装置１２０は空洞１１４内に位置しうる。コイル装置１２０は、図８に示されるコイル３００など、本開示の態様例に従って構成された単一コイル１２５を含みうる。図２を参照すると、移動装置（図２では図示せず）は、矢印１１６および１１８によって示される方向にコイル装置１２０を移動し、患者の標的エリアに対して複数の個別場所にある単一コイル１２５で複数のコイル特性測定を実施するように構成されうる。
【００２３】
図３は、標的エリアに対して複数の個別場所にある単一コイルで複数のコイル特性測定を実施するための非導電プレート１３０の例を示す。より具体的には、患者は標的エリア１３２（例えば、乳房）の少なくとも一部分を、非導電プレート１３０の一表面に押し付けるように指示されうるか、または非導電プレート１３０の表面は、標的エリア１３２（例えば、乳房）をより快適な方法で受け入れて固定するように成形されうる。コイル装置１２０は非導電表面１３０の反対側に配置されうる。コイル装置１２０は、図８に示されるコイル３００など、本開示の態様例に従って構成された単一コイル１２５を含みうる。図２を参照すると、移動装置（図２では図示せず）は、矢印１３４および１３６によって示される方向にコイル装置１２０を移動し、患者の標的エリアに対して複数の個別場所にある単一コイル１２５で複数のコイル特性測定を実施するように構成されうる。
【００２４】
本開示のその他の態様例によると、複数のコイル特性測定は、本開示の態様例に従って構成された単一コイルを持つ手持ちコイル装置を使用して、医療専門家により手動で実施されうる。医療専門家によって手動で実施されるコイル特性測定用に、正確な位置データを取得する必要がある。正確な位置データを取得する技術の例が、図７の磁場誘導トモグラフィー撮像システム２００例を参照して、以下に詳細に記載される。
【００２５】
各コイル特性測定に対して正確な位置情報を維持する技術の一例には、標的エリアに対して複数の所定場所でコイル特性測定を実施することを含む。図４は、本開示の態様例による手持ちコイル装置を使用して、複数のコイル特性測定を実施するための技術の一例を示す。
【００２６】
より具体的には、既知の厚さを持つ一つ以上の非導電シートを、患者の標的エリア上にかぶせることができる。例えば、第一の非導電シート１５０は標的エリアの上に配置されうる。示されるように、第一の非導電シート１５０は、どこで各コイル特性測定を実施するかを医療専門家に指示する複数の印（例えば、「１」、「２」、［３」、「４」、「５」、「６」など）を含む。各測定に対する位置情報は、印の場所および非導電シート１５０の深さまたは厚さから決定されうる。
【００２７】
医療専門家が、非導電シート１５０上の印によって示されるコイル特性測定を実施したら、一つ以上の第二の非導電シートを第一の非導電シート１５０の上にかぶせうる。例えば、第二の非導電シート１５２および第二の非導電シート１５４は、第一の非導電シート１５０の上に配置されうる。示されるように、第二の非導電シート１５２および第二の非導電シート１５４は、どこで各コイル特性測定を実施するかを医療専門家に指示する複数の印（例えば、「７」、「８」、［９」、「１０」）を含みうる。
【００２８】
医療専門家が、第二の非導電シート１５２および１５４上の印によって示されるコイル特性測定を実施したら、一つ以上の第三の非導電シートを第二の非導電シート１５２および１５４の上に配置されうる。例えば、第三の非導電シート１５６は、第二の非導電シート１５２および１５４の上に配置されうる。示されるように、第三の非導電シート１５６は、どこで各コイル特性測定を実施するかを医療専門家に指示する複数の印（例えば、「１１」、「１２」）を含みうる。このプロセスは、コイル特性測定のために何回でも繰り返して、標的エリアに対して複数の個別場所にある単一コイルで複数のコイル特性測定を実施しうる。
【００２９】
上述の例は、例示および考察の目的で複数の非導電シートを参照しながら記載されている。当業者であれば、本明細書に提供された開示を使用すれば、上述の技術は単一または複数の非導電シートを使用して実施できることを理解するであろう。例えば、図４の印「１」〜「１２」は、単一の非導電シート上に配置されうる。
【００３０】
図１に戻って（１０６）を参照すると、方法（１００）は、コイル特性測定値を処理して標的エリアの画像を生成する工程を含む。例えば、単一コイルで取得されたコイル特性測定値と標的エリアの導電率分布との関係を定義するモデルにアクセスしうる。標的の三次元導電率マップは、複数のコイル特性測定値に少なくとも部分的に基づいたモデルを使用して生成されうる。標的エリアの導電率分布の一つ以上の画像が、三次元導電率マップから生成されうる。複数のコイル特性測定値を処理して標的エリアの導電率分布の画像を生成する方法の一例が、図１１を参照して下記に詳細に記載される。
【００３１】
図１の（１０８）を参照すると、方法は、健康状態を評価するために標的エリアの画像を出力する工程を含む。例えば、画像は、医療専門家による検査および分析のために、印刷装置で適切な有形媒体上に印刷されうる。別の例として、画像は、医療専門家による検査および分析のために、表示装置上に表示されうる。
【００３２】
図５は、本開示の実施形態例による単一コイルを使用して、複数のコイル特性測定値から生成されうる標的エリアの導電率分布の画像１８０の一例を示す。画像１８０は、脊柱管を横に切って明らかにした、患者の脊柱の横断像を提供している。画像１８０は、センチメートル単位で、ｘ、ｙ、およびｚ軸に沿って導電率分布をプロットしている。画像１８０は、Ｓ／ｍ単位で導電率の変化の程度と関連するグレースケールの色を示すスケール１８２を含む。示されるように、画像１８０は、脊髄領域のヒト組織の領域の対比導電率を示している。
【００３３】
図６は、本開示の実施形態例による単一コイルを使用して、複数のコイル特性測定値から生成されうる画像１９０の別の例を示す。画像１９０は、脊椎に平行で脊柱からオフセットされ、いずれかの肋骨または椎骨部横突起を示す、患者の脊髄領域の矢状断像を提供している。画像１８０は、センチメートル単位で、ｘ、ｙ、およびｚ軸に沿って導電率分布をプロットしている。画像１９０は、Ｓ／ｍ単位で、標的エリアの導電率の変化の程度と関連するグレースケールの色を示すスケール１９２を含む。示されるように、画像１９０は、脊髄領域のヒト組織の領域の対比導電率を示し、患者の脊髄領域の画像を提供できる。このスライスは、肋骨と椎骨の横突起との接続と関連する構造を横切して明らかにしている。画像１８０および１９０は、その他の画像と共に、健康状態およびその他の目的で患者の脊髄領域の異なる画像を提供できる。
【００３４】
単一コイル磁場誘導トモグラフィー撮像技術を使用して健康状態を評価するための用途の一例には、本開示の態様例に従って生成された画像を使用して標的エリアのがん組織を特定することが含まれうる。より具体的には、がん組織は、血管新生のために電気伝導率の上昇を示しうることが知られている。標的エリアの導電率分布の画像は、膵臓などの内臓のがん組織を特定する上で特に有用でありうる。乳房内の脂肪組織は非常に低い導電率を示しうるので、乳房組織のがんの特定は、単一コイル磁場誘導トモグラフィーの特に適切な用途でありうる。乳房のがん組織は、脂肪組織よりも導電率がかなり高く、組織の導電率分布の画像で目立つことが期待されうる。
【００３５】
単一コイル磁場誘導トモグラフィー撮像技術を使用して健康状態を評価するための用途の別の例には、本開示の態様例に従って生成された画像を使用して患者の熱傷の状態を評価することが含まれうる。熱傷は、熱傷の重度のレベルに応じて、第１度、第２度、第３度、第４度として分類されうる。第１度熱傷は、典型的には皮膚の外層のみを含むのに対し、より重度の第３度熱傷は実際に皮膚を燃やし尽くす可能性がある。第４度熱傷は骨まで組織を除去しうる。すべての熱傷で、皮膚および下層組織の物理的特性の一部の変化がある。例えば、脂肪層の破壊、体液貯留、血流の変化などがありうる。熱傷は、傷害の機構（温度、持続時間、場所など）に基づいて、異なる特性も示しうる。例として、日焼けは広い範囲に及びうるがあまり深くない一方、電撃傷は皮膚の最も下に現れうる。
【００３６】
本開示の態様例に従って生成された標的エリアの画像は、熱傷の治療の早期の、おそらくは移送中に使用されて、熱傷の重症度、タイプおよび深さを特定し、適切な治療が行われることを保証しうる。より具体的には、画像を分析し、深い熱傷のくぼみの特定によって、または皮膚の下の目に見えない損傷のギャップの特定によって、皮膚の物理的特性の変化を特定しうる。体液の貯留、血流の喪失、炭化組織、欠損組織なども、標的エリアの導電率分布の画像から特定されうる。
【００３７】
単一コイル磁場誘導トモグラフィー撮像技術を使用して健康状態を評価するための用途の別の例には、本開示の態様例に従って生成された画像を使用して末梢動脈疾患の存在を評価することが含まれうる。小血管の絶縁性質のために、組織導電率は、血管が拡張した時に減少し、血管が収縮した時に増加することが示されている。本開示の態様によると、標的エリアの導電率分布の画像は、標的エリアの血管の拡張または収縮の意図的誘導の組み合わせで生成されうる。画像を分析して、血管系の復元力を明らかにしうる。例えば、正常な血圧を持つ健康な個人は、腕または脚が短時間持ち上げられた時に、導電率の約０．５Ｓ／ｍの増加を示す。このような増加を示さない個人は、血管の硬化の兆候を示しうる。
【００３８】
単一コイル磁場誘導トモグラフィー撮像用途の上述の例は、例示および考察の目的で提供されている。当業者であれば、本明細書に提供された開示を使用すれば、本開示の態様例による単一コイル磁場誘導トモグラフィー撮像は、本開示の範囲から逸脱することなく、患者のさまざまな健康状態を評価するために使用されうることを理解するであろう。
【００３９】
磁場誘導トモグラフィー撮像用システムの例
図７は、ヒト組織試料など、試料２１０の磁場誘導トモグラフィー撮像用システム２００の例を示す。システム２００は、本開示の態様例による磁場誘導トモグラフィー撮像のためのコイル特性測定値を得るために、単一コイル２２５を持つコイル装置２２０を含む。コイル２２５は、プリント配線基板上の一つ以上の平面に配置された複数の同心導電ループを持つ単一コイルでありうる。本開示の態様例による磁場誘導トモグラフィー撮像のためのコイル設計の一例が、図８および９を参照して以下にさらに詳細に記述される。
【００４０】
図７のコイル装置２２０は、コイル２２５が試料２１０に隣接して配置された時、定められた周波数（例えば、１２．５ＭＨｚ）のＲＦエネルギーでコイル２２５を励磁するように構成されたＲＦエネルギー源（例えば、発振回路）を含みうる。励磁されたコイル２２５は磁場を生成でき、これは試料２１０の渦電流を含みうる。試料のこれらの誘導された渦電流は、コイル２２５のコイル損失（例えば、インピーダンスの変化）を生じうる。コイル装置２２０は、試料２１０に対して特定の場所でのコイル特性測定中のコイル２２５と関連するコイル損失を決定するために、回路（例えば、測定回路）を含みうる。
【００４１】
コイル特性測定値は、コイル装置２２０を試料２１０に対して様々に異なる場所または配向に位置づけながら、コイル装置２２０の単一コイル２２５を使用して取得できる。収集されたコイル特性測定値は、計算システム２４０に提供され、ここでコイル特性測定値を分析して、試料２１０の三次元導電率マップまたは三次元誘電率マップなど、試料２１０の三次元電磁特性マップを生成しうる。
【００４２】
一部の特定実施では、コイル装置２２０は移動装置２３０上に取り付けられうる。移動装置２３０は、例えば、計算システム２４０またはその他の適切な制御装置によって制御され、コイル２２５を試料２１０に対して複数の異なる個別場所に位置づけるために、試料２１０に対するｘ、ｙ、およびｚ軸に沿ってコイル装置２２０を移動させるロボット装置でありうる。コイル装置２２０を（例えば、計算システム２４０により）制御して、複数の個別場所のそれぞれにあるコイル２２５を使用してコイル特性測定値を取得しうる。
【００４３】
代替的に、コイル装置２２０は、コイル特性測定の実行のために、複数の個別場所に手動で位置づけることができる。例えば、医療専門家は、手持ちコイル装置２２０を試料２１０に対して手動で位置づけて、試料２１０に対する複数の個別場所でコイル特性測定値を取得できる。
【００４４】
試料２１０の正確な三次元電磁特性マップを生成するために、位置データを、得られたコイル特性測定値のそれぞれと関連付ける必要がある。位置データは、コイル２２５の位置（例えば、試料２１０に対してｘ軸、ｙ軸、ｚ軸によって定義される）に加えてコイル２２５の配向（例えば、試料２１０に対する傾斜角）を示しうる。コイル２２５を位置づけるために移動装置２３０を使用する時、コイル２２５の位置および配向は、複数の個別場所に位置づけられるべき移動装置２３０を制御する位置づけ制御コマンドに少なくとも一部基づいて決定されうる。
【００４５】
本開示の一つの実施形態では、試料２１０およびコイル装置２２０の上方に位置づけられたカメラ２３５によって取り込まれた画像は、コイル装置２２０と関連するさまざまなセンサーからの信号と共に処理されて、各コイル特性測定値に対する位置データを決定しうる。より具体的には、コイル装置２２０は、一つ以上のモーションセンサー２２６（例えば、３軸加速度計、ジャイロスコープ、および／またはその他のモーションセンサー）および深さセンサー２２８を含みうる。表面に対する単一コイル２２５の配向は、モーションセンサー２２６からの信号を使用して決定されうる。例えば、３軸加速度計からの信号を使用して、コイル特性測定中の単一コイル２２５の配向を決定しうる。
【００４６】
深さセンサー２２８を使用して、単一コイルから試料２１０までの距離（例えば、ｚ軸に沿った位置）を決定しうる。深さセンサー２２８は、表面に対するコイル２２５の場所を決定するように構成された一つ以上の装置を含みうる。例えば、深さセンサー２２８は、一つ以上のレーザーセンサーおよび／または音響位置センサーを含みうる。別の実施では、深さセンサー２２８は、試料２１０の画像を取り込むように構成された一つ以上のカメラを含みうる。画像は処理されて、例えば、ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ−ｆｒｏｍ−ｍｏｔｉｏｎ技術を使用して、試料２１０までの深さを決定しうる。
【００４７】
カメラ２３５によって取り込まれた画像を使用して、ｘ軸およびｙ軸に沿ったコイル２２５の位置を決定しうる。より具体的には、コイル装置２２０は、コイル装置２２０の表面上に位置するグラフィックも含みうる。複数のコイル特性測定が実施されるにつれ、画像取り込み装置２３５はグラフィックの画像を取り込むことができる。画像を計算システム２４０に提供することができ、計算システムはグラフィックの場所に基づいて画像を処理し、試料２１０に対するｘ軸およびｙ軸に沿った位置を決定することができる。特定の実施では、カメラ２３５は、視差効果から生じる誤差を減らすためにテレセントリックレンズを含みうる。
【００４８】
計算システム２４０は、コイルの場所および配向データと共にコイル特性測定値を受信し、データを処理して、試料２１０の三次元電磁特性マップを生成することができる。計算システム２４０は、デスクトップ、ラップトップ、サーバ、携帯装置、一つ以上のプロセッサを持つディスプレー、または一つ以上のプロセッサおよび一つ以上の記憶装置を持つその他の適切な計算装置のうち一つ以上など、一つ以上の計算装置を含みうる。計算システム２４０は、（例えば、クラスタまたはその他の分散型計算システムの）一つ以上のネットワークコンピュータを使用して実施されうる。例えば、計算システム２４０は、一つ以上の遠隔装置２６０と（例えば、有線または無線接続またはネットワークを通して）通信しうる。
【００４９】
計算システム２４０は、一つ以上のプロセッサ２４２および一つ以上の記憶装置２４４を含む。一つ以上のプロセッサ２４２は、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、集積回路またはその他の適切な処理装置など、任意の適切な処理装置を含みうる。記憶装置２４４は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードドライブ、フラッシュドライブ、光学媒体、磁気媒体またはその他の記憶装置を含むがこれらに限定されない、さまざまな有形非一時的コンピュータ可読媒体の一つ以上の単一または複数部分を含みうる。計算システム２４０は、一つ以上の入力装置２６２（例えば、キーボード、マウス、タッチスクリーン、タッチパッド、マイクなど）および一つ以上の出力装置２６４（例えば、ディスプレー、スピーカーなど）をさらに含みうる。
【００５０】
記憶装置２４４は、一つ以上のプロセッサ２４２によって実行された時、一つ以上のプロセッサ２４２に演算を実施させる命令２４６を保存できる。計算装置２４０は、命令２４６にアクセスすることによって望ましい機能を提供する専用マシンとして機能するように適合されうる。命令２４６はハードウェアまたはソフトウェアで実行されうる。ソフトウェアが使用される時、任意の適切なプログラミング、スクリプト作成、またはその他のタイプの言語または言語の組み合わせを使用して、本明細書に含まれる教示を実施しうる。
【００５１】
示されるように、記憶装置２４４は、一つ以上のプロセッサ２４２によって実行される時、一つ以上のプロセッサ２４２に磁場誘導トモグラフィー（「ＭＩＴ」）モジュール２４８を実行させる命令２４６を保存できる。ＭＩＴモジュール２４８は、図１１に開示した方法など、単一コイルを使用した磁場誘導トモグラフィー撮像のために本明細書に開示された方法の一つ以上を実行するように構成されうる。
【００５２】
図７の一つ以上の記憶装置２４４は、コイル特性測定値、位置データ、三次元電磁特性マップ、およびその他のデータなどのデータも保存できる。示されるように、一つ以上の記憶装置２４４は、分析モデル２５０と関連するデータを保存できる。分析モデル２５０は、単一コイルで取得されたコイル特性測定値と試料２１０の電磁特性分布との関係を定義できる。分析モデル例の特徴が、以下でさらに詳細に記述される。
【００５３】
ＭＩＴモジュール２４８は、入力装置２６２から、コイル装置２２０から、移動装置２３０から、一つ以上の記憶装置２４４、またはその他のソースに保存されたデータから入力データを受信するように構成されうる。ＭＩＴモジュール２４８は次に、開示された方法に従ってこのようなデータを分析し、三次元電磁特性マップなどの利用可能出力を、出力装置２６４を介して使用者に提供する。分析は、代替的に、一つ以上の遠隔装置２６０によって実行されうる。
【００５４】
本明細書に記述された技術は、計算システム、サーバ、データベース、ソフトウェアアプリケーション、およびその他のコンピュータベースのシステムに加えて、取られた措置、およびこのようなシステムへと／から送信される情報を参照する。当業者であれば、本明細書に提供された開示を使用して、コンピュータベースのシステムの固有の柔軟性により、構成要素間およびその中で、さまざまに異なる可能な構成、組み合わせ、ならびにタスクおよび機能の分割が可能であることを認識するであろう。例えば、本明細書に記述されたプロセスは、単一の計算装置または組み合わせで動作する複数の計算装置を使用して実行されうる。データベースおよびアプリケーションは、単一システムまたは複数のシステム全体にわたって分配されて実行されうる。分配された構成要素は、順次にまたは並行して動作しうる。
【００５５】
単一コイルの定量的分析モデルの例  
単一コイルによって得られる複数のコイル特性測定値から、三次元導電率マップを取得するための定量分析モデル例をこれから説明する。定量モデルが、任意の導電率分布に対して開発されているが、誘電率および透磁率は空間的に均一であるとしている。過渡電流がループに沿ったすべての点で同じ値を持つと見なして、すべてが共通平面内にあり直列に接続されており、複数の同心円形ループを含むコイル形状に対して、定量分析モデルが開発された。導電率分布は、空間的には任意に異なることが許容される一方、電界に対する解決策は小さな導電率の限度（＜１０Ｓ／ｍ）で追求される。無電荷状態が保持されると想定され、それによって電界はゼロ発散を持つと見なされる。これらの条件下で、電界は外部電流および渦電流のみによる。
【００５６】
定量分析モデルは、試料の導電率分布、試料に対する単一コイルの位置および配向、コイルの形状（例えば、複数の同心導電ループのそれぞれの半径）およびその他のパラメータを含む、さまざまなパラメータを持つコイルのインピーダンスの実数部の変化（例えば、抵抗損）と相関しうる。モデルの一例が以下に提供されている：
【００５７】
【数１】
0006313465.tif 000002
【００５８】
−δＺｒｅはコイル特性測定値（例えば、コイルのインピーダンス損失の実数部）である。μは自由空間の透磁率である。ωはコイルの励起周波数である。ρｋおよびρｊは、各相互作用ループ対ｊ，ｋの各導電ループｊおよびｋの半径である。関数Ｑ１／２はリング関数または円環調和関数として知られており、ここに示されるように引数ηｊおよびηｋを持つ：
【００５９】
【数２】
0006313465.tif 000003
【００６０】
【数３】
0006313465.tif 000004
【００６１】
ループがすべてＸＹ平面内に横たわるように、同心ループの中心に配置された座標系に関して、ρはコイル軸から試料内の点までの半径距離であるのに対し、ｚはコイル平面から試料内の同じ点までの距離である。
【００６２】
モデルは、導電率
【００６３】
【数４】
0006313465.tif 000005
【００６４】
を位置の関数として導入する。（例えば、四面体要素の）有限要素メッシュを使用して積分を評価し、複数のコイル特性測定値の導電率分布を生成できるが、これは以下でさらに詳細に記述される。
【００６５】
磁場誘導トモグラフィー撮像用コイル装置の例
上記に示されるように、発明者らは、直列に接続された複数の同心導電ループを持つ単一コイルにより取得された複数のコイル特性測定値と、試料の導電率分布との関係を定義する定量分析モデルを開発した。定量モデルの例によって意図されるコイルに近似するコイル設計例をこれから説明する。
【００６６】
本開示の態様例によるコイルは、多層プリント配線基板上の２つの平面に配列された複数の同心導電ループを含みうる。複数の同心導電ループは、第一の平面内に位置する複数の第一の同心導電ループ、および第二の平面内に位置する複数の第二の同心導電ループを含みうる。第二の平面は、第一の平面から平面分離距離だけ間隔を置くことができる。平面分離距離は、コイルが、本明細書に開示された磁場誘導トモグラフィー撮像のための定量分析モデル例に意図された単一平面に近似するように選択されうる。
【００６７】
さらに、複数の導電ループは、複数の接続トレースを使用して直列に接続されうる。複数の接続トレースは、接続トレースによって生成される磁場への寄与が減少されうるように配列することができる。このように、本開示の態様例によるコイルは、互いに同心円をなすように配列され、同じ平面に位置する複数の円形ループに近似した挙動を呈しうる。
【００６８】
図８は、本開示の態様例による磁場誘導トモグラフィー撮像用に使用されるコイル３００の例を示す。示されるように、コイル３００は１０個の同心導電ループを含む。より具体的には、コイル３００は、第一の平面に配置された５つの同心導電ループ３１０および第二の平面に配置された５つの第二の同心導電ループ３２０を含む。第一および第二の同心導電ループ３１０および３２０は、多層プリント配線基板上の１ｍｍまたは０．５ｍｍ銅トレースでありうる。実施の一例では、どちらかの平面の５つの同心導電ループの半径は、それぞれ約４ｍｍ、８ｍｍ、１２ｍｍ、１６ｍｍ、および２０ｍｍにセットされる。本開示の範囲から逸脱することなく、その他の適切な寸法および間隔を使用しうる。
【００６９】
示されるように、複数の第一の同心導電ループ３１０のそれぞれは、それが複数の第二の同心導電ループ３２０の一つと重なるように配置される。さらに、第一の同心導電ループ３１０および第二の同心導電ループ３２０は、平面分離距離３１５で分離される。平面分離距離３１５は、コイル３００が、定量分析モデルによって意図される同心ループの単一平面に近似するように選択される。例えば、平面分離距離は、約０．５ｍｍなど、約０．２ｍｍ〜約０．７ｍｍの範囲でありうる。
【００７０】
複数の第一の導電ループ３１０は第一の最も内側の導電ループ３１４を含みうる。第一の最も内側の導電ループ３１４はＲＦエネルギー源に連結されうる。複数の第二の導電ループ３２０は第二の最も内側の導電ループ３２４を含みうる。第二の最も内側の導電ループ３２４は、基準ノード（例えば、接地ノードまたは共通ノード）に連結されうる。
【００７１】
コイル３００は、第一の同心導電ループ３１０および第二の同心導電ループ３２０を直列に接続するために使用される複数の接続トレース３３０をさらに含む。より具体的には、接続トレース３３０は、複数の第一の同心導電ループ３１０を互いに直列に連結し、複数の第二の同心導電ループ３２０を互いに直列に連結しうる。接続トレース３３０は、最も外側の第一の同心導電ループ３１２を最も外側の第二の同心導電ループ３１４と直列に連結する接続トレース２３５も含みうる。
【００７２】
図９により詳細に示されるように、接続トレース３３０は、接続トレースから発している磁場が互いに反対になるように配列されうる。より具体的には、接続トレース３３０は、第一の平面に位置する複数の接続トレースの一つの電流が第二の平面に位置する接続トレースの一つの電流と反対になるように、放射状に整列されうる。例えば、図９を参照すると、第一の平面に配列された接続トレース３３２は、第二の平面に配列された接続トレース３３４とほぼ放射状に整列しうる。接続トレース３３２に流れる電流は、接続トレース３３２および３３４によって生成される磁場が互いに対抗またはキャンセルするように、接続トレース２３４に流れる電流と反対でありうる。
【００７３】
図９にさらに示されるように、複数の第一の導電ループ２１０および第二の導電ループ３２０のそれぞれは、接続トレース３３０を使用して導電ループの接続を促進するために、ギャップ３４０を含みうる。各ギャップは、約０．５ｍｍなど、約０．２ｍｍ〜約０．７ｍｍの範囲でありうる。
【００７４】
ギャップ３４０は互いにオフセットされて、複数の同心導電ループ３１０および３２０を直列に接続するのを促進しうる。例えば、複数の第一の同心導電ループ３１０の一つと関連するギャップは、複数の第一の同心導電ループ３１０のもう一つと関連するギャップからオフセットされうる。同様に、複数の第二の同心導電ループ３２０の一つと関連するギャップは、複数の第二の同心導電ループ３２０のもう一つと関連するギャップからオフセットされうる。第一の同心導電ループ３１０の一つと関連するギャップも、複数の第二の同心導電ループ３２０の一つと関連するギャップからオフセットされうる。オフセットされたギャップは、コイル３００と関連する同じ軸に沿っていない可能性がある。
【００７５】
以下の実験結果に示されるように、図８および９のコイル３００は、磁場誘導トモグラフィー撮像のための定量分析モデルによって意図されるコイルの良好な近似を提供しうる。このように、コイル３００を使用したコイル特性測定値を使用して、対象試料（例えば、ヒト組織試料）の三次元電磁特性マップを生成しうる。
【００７６】
コイル特性測定値を取得するための回路の例
図１０は、図８および９のコイル３００を使用してコイル特性測定値を得るために使用されうる回路４００例の図を示す。示されるように、図１０の回路４００は、コイル３００をＲＦエネルギーで励磁するように構成されたＲＦエネルギー源４１０（例えば、発振回路）を含む。ＲＦエネルギー源４１０は、固定周波数でＲＦエネルギーをコイル３００に適用するように構成された固定周波数水晶発振器でありうる。固定周波数は、例えば、約１２．５ＭＨｚでありうる。実施形態の一例では、ＲＦエネルギー源４１０は、コイル３００の複数の第一の同心導電ループの最も内側の導電ループに連結されうる。コイル３００の複数の第二の同心導電ループの最も内側の同心導電ループは、基準ノード（例えば、共通または接地）に連結されうる。
【００７７】
回路４００は、一つ以上のプロセッサ４２０を含み、回路４００のさまざまな側面を制御することに加えて、回路４００によって得られた情報（例えば、測定回路４３０によって得られた情報）を処理することができる。一つ以上のプロセッサ４２０は、デジタル信号プロセッサ、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、集積回路またはその他の適切な処理装置など、任意の適切な処理装置を含みうる。
【００７８】
一つ以上のプロセッサ４２０は、コイル３００を使用してコイル損失測定値を取り込むために、回路４００のさまざまな構成要素を制御するように構成されうる。例えば、一つ以上のプロセッサ４２０は、コイル特性測定のためにコイル３００が試料に隣接して位置づけられた時、コイル３００を共振または近共振へと駆動するように、コイル３００と並列に連結されたバラクタ４１５を制御できる。一つ以上のプロセッサ４２０は、測定回路４３０も制御して、コイル３００が試料に隣接して位置づけられた時、コイル特性測定値を得ることができる。
【００７９】
測定回路４３０は、コイル３００でコイル特性測定値を得るように構成されうる。コイル特性測定値は、試料に誘導された渦電流から生じるコイル３００のコイル損失を示しうる。一つの実施では、測定回路４３０は、コイル３００のアドミタンス変化の実数部を測定するように構成されうる。コイル３００のアドミタンス変化の実数部は、分析モデルの目的のためにアドミタンスの逆数としてコイル３００のインピーダンス変化の実数部に変換されうる。
【００８０】
コイル３００のアドミタンスはさまざまな方法で測定されうる。一つの実施形態では、測定回路４３０は、位相偏移測定回路４３２および電圧利得測定回路４３４を使用してアドミタンスを測定する。例えば、測定回路４３０は、Ａｎａｌｏｇ  Ｄｅｖｉｃｅｓ社からのＡＤ８３０２位相および利得検出器を含みうる。位相偏移測定回路４３２は、コイル３００に関連する電流と電圧の間の位相偏移を測定できる。電圧利得測定回路４３４は、コイル３００と直列に連結された検出抵抗器の電圧とコイル３００に渡る電圧の比率を測定できる。コイル３００のアドミタンスは、測定回路４３０によって得られるコイル３００の位相および利得に基づいて（例えば、一つ以上のプロセッサ４２０により）派生されうる。
【００８１】
コイル特性測定値が得られたら、一つ以上のプロセッサ４２０は、コイル特性測定値を、例えば記憶装置に保存できる。一つ以上のプロセッサ４２０は、通信装置４４０を使用してコイル特性測定値を処理のために一つ以上の遠隔装置に伝達し、試料の三次元電磁特性マップを生成することもできる。通信装置４４０は、有線または無線接続および／またはネットワークにより、情報を遠隔装置に伝達するための任意のインターフェースまたは装置を含みうる。
【００８２】
磁場誘導トモグラフィー撮像のための方法の例
図１１は、本開示の態様例による磁場誘導トモグラフィー撮像のための方法（５００）の例のプロセスフロー図を示す。方法（５００）は、図７に示される計算システム２４０の一つ以上の計算装置など、一つ以上の計算装置によって実行されうる。さらに図１１は、例示および考察の目的のために特定の順序で実施されるステップを示す。当業者であれば、本明細書に提供された開示を使用して、本明細書に開示された方法のいずれのステップも、本開示の範囲から逸脱することなく、さまざまな方法で変更、省略、再配置、適合、または説明されうることを理解するであろう。
【００８３】
（５０２）で、方法は、試料に対して複数の異なる個別場所で単一コイルを使用して実施された複数のコイル特性測定値にアクセスする工程を含みうる。例えば、複数のコイル特性測定値は、記憶装置からアクセスできる、またはコイル特性測定値を取得するために構成された単一コイルを持つコイル装置から受信できる。コイル特性測定値は、単一コイルがＲＦエネルギーで励磁されて、複数の個別場所の一つに試料に隣接して配置された時、単一コイルによって取り込まれるコイル損失測定値でありうる。
【００８４】
一つの実施では、単一コイルは複数の同心導電ループを含みうる。例えば、単一コイルは、第一の平面に配列された複数の第一の同心導電ループ、および第二の平面に配列された複数の第二の同心導電ループを持つ。複数の同心導電ループは、コイルによって生成される磁場に対する影響が減少するように配列された接続トレースを使用して、接続されうる。例えば、単一コイルは、図８および９に示されるコイル３００のコイル形状を持ちうる。
【００８５】
コイル特性測定は、試料に対する複数の個別位置で実施されうる。各コイル特性測定値は、試料に対して異なる個別位置でとられうる。より多くの数のコイル特性測定値は、三次元電磁特性マップ生成の正確性の増加につながりうる。
【００８６】
特定の実施形態では、コイル特性測定値は、コイル特性測定値の複数の異なるデータセットを含みうる。データセットのそれぞれは、単一コイルを使用して複数のコイル特性測定を実施することにより構築されうる。単一コイルは各データセットに対して異なりうる。例えば、各データセットは、その他のデータセットと関連したその他の単一コイルのいずれかに対して、異なる全体的サイズおよび／または外径を持つ単一コイルと関連しうる。データセットは異なる時点で取得されうる。データセットは本開示の態様例に従って集合的に処理し、以下に記述されるように試料の三次元電気特性分布を生成しうる。
【００８７】
図１１の（５０４）で、方法は、位置データを複数のコイル特性測定値のそれぞれと関連付ける工程を含む。各コイル特性測定値の位置データは、コイル特性測定が実施された時の試料に対する単一コイルの位置および配向を示しうる。位置データは、例えば、計算システムの記憶装置で、各コイル特性測定値と関連付けられうる。
【００８８】
位置データは様々な方法で取得されうる。一つの実施では、位置データは、試料に対する複数の個別場所に、試料に対して単一コイルを位置付けるために使用される移動装置と関連するデータから各測定値に対して取得されうる。例えば、移動装置は、試料に対する複数の画定された場所に、単一コイルを位置付けるために制御されうる。位置データはこれらの画定された場所から決定されうる。
【００８９】
単一コイルと関連付けられた一つ以上のセンサー（例えば、一つ以上のモーションセンサーおよび一つ以上の深さセンサー）からの信号は、コイル特性測定値の位置データを決定するためにも使用されうる。複数のコイル特性測定が実施される時、単一コイルを含むコイル装置の画像も取り込まれうる。単一コイルの位置は、例えば、画像に示されるコイル装置の表面上のグラフィックの位置に基づいて決定されうる。
【００９０】
（５０６）で、方法は、単一コイルで取得されたコイル特性測定値と試料の電磁特性との関係を定義する分析モデルにアクセスする工程を含む。例えば、分析モデルは、例えば記憶装置からアクセスしうる。一つの特定の実施では、分析モデルは、複数の同心導電ループを持つ単一コイルのインピーダンスの変化と試料の導電率分布とを関連付ける。より具体的には、分析モデルは、単一コイルのインピーダンスの変化と様々なパラメータを関連付けることができる。パラメータは、試料の導電率分布、各コイル損失測定値と関連する位置および配向、ならびにコイルの形状（例えば、同心導電ループのそれぞれの半径）を含みうる。
【００９１】
（５０８）で、方法は、複数のコイル特性測定値および関連する位置データに基づいて、分析モデルを評価する工程を含む。より具体的には、複数の取得されたコイル特性測定値に最も近いものをもたらす導電率分布を決定するために、モデルを使用して反転を実施しうる。一つの態様例では、反転は、試料を有限要素メッシュに離散化することによって実施されうる。有限要素メッシュは、四面体要素など、複数の多角形要素を含みうる。有限要素メッシュの形状および解像度は、分析されている試料に合わせることができる。実用性上、コイル場所位置を使用して、コイルが行ったことのある空間領域のメッシングを避けて、効率を改善することができる。有限要素メッシュが試料に対して生成されたら、有限要素メッシュの導電率分布を、非線形または拘束条件付き最小二乗法を使用して計算しうる。
【００９２】
より具体的には、複数の電磁特性分布候補を有限要素メッシュに対して計算しうる。これらの電磁特性分布候補のそれぞれは、平均二乗誤差など、費用関数を使用して評価されうる。費用関数は、取得されたコイル特性測定値とモデルを使用した理論的コイル特性測定値との差に少なくとも一部基づいて、費用を各電磁特性分布候補に割り当てることができる。最低費用の電磁特性分布候補を、試料に対する電磁特性分布として選択できる。当業者であれば、本明細書に提供された開示を使用すれば、その他の適切な技術を使用し、本開示の範囲から逸脱することなく、分析モデルを使用して電磁特性分布を決定しうることを理解するであろう。
【００９３】
（５１０）で、反転アルゴリズムを使用して特定された電磁特性分布に基づいて、三次元電磁特性マップが生成されうる。三次元特性マップは、試料に関連する複数の三次元点に対する電磁特性分布（例えば、導電率分布）を提供できる。次に三次元電磁特性マップの断面に沿った二次元図を取込み、例えば表示装置上に表示しうる。三次元電磁特性マップの三次元図を生成し、回転し、例えば表示装置上に表示しうる。
【００９４】
実験結果１
図８および９に示されたコイル３００のコイル形状を持つ２つのコイルが作成された。コイル「Ｒ」は１ｍｍのトレース幅であった。コイル「Ｓ」は０．５ｍｍのトレース幅であった。各トレースは２オンスの銅で作られた。コイル「Ｒ」上のトレースは、０．６８ｍｍの同等の円形ワイヤ直径を持ち、同等とは同一の周囲を持つという意味であった。コイル「Ｓ」上のトレースは、０．３６ｍｍの同等の円形ワイヤ直径であった。
【００９５】
コイルは、３０ｃｍ×３０ｃｍ×１３ｃｍの深さのタンクに入った既知の導電率を持つＫＣｌ水溶液を含む試料に対して、複数の個別場所に位置付けられた。自由空間に対するアドミタンス変化が測定され、次に損失を計算するために使用された。次にこれは、上述の定量分析モデルを使用して計算された理論的損失と比較された。
【００９６】
図１２は、理論的損失とコイル「Ｒ」に対する観測損失との比較を示している。図１２は、横座標に沿って試料からの深さ、または上方の距離、および縦座標に沿ってコイル損失をプロットしている。曲線６０２はコイル「Ｒ」に対する観測損失を示す。曲線６０４は、厚さ１３ｃｍの無限平板に対する理論的損失を示す。曲線６０６は、有限平板に対する理論的損失を示す。
【００９７】
図１３は、理論的損失とコイル「Ｓ」に対する観測損失との比較を示している。図１０は、横座標に沿って試料からの深さ、または上方の距離、および縦座標に沿ってコイル損失をプロットしている。曲線６１２はコイル「Ｓ」に対する観測損失を示す。曲線６１４は、厚さ１３ｃｍの無限平板に対する理論的損失を示す。曲線６１６は、有限平板に対する理論的損失を示す。
【００９８】
図１２および１３に示されるように、図８および９のコイル３００のコイル形状を使用して得られたコイル特性測定値は、本明細書に開示された定量分析モデル例を使用した理論的抵抗損を近接したものとなっている。結果として図８および９のコイル３００は、本開示の態様例による単一コイルを使用した磁場誘導トモグラフィー撮像のために効果的に使用されうる。
【００９９】
実験結果２
本開示の態様例による定量分析モデル例をテストするため、９ｃｍ×９ｃｍの正方形で２ｃｍの厚さの平板を含む試料が２つの層に細分された。有限要素メッシュが、３８０個の五面体要素および３４２個のノードから成る試料に対して生成された。電気導電率はメッシュノードにわたって分布し、隅の近くの１．０Ｓ／ｍから中心近くの３．０Ｓ／ｍまで導電率が異なった。図１３は、以下に従って試料に対して定義された理論的導電率分布６２０を示す：
【０１００】
【数５】
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【０１０１】
９個の仮想コイル特性測定値が、９個の個別コイル位置での単一コイルを使用してシミュレーションが実施された。逆転は、９個のコイル特性測定値に少なくとも一部基づいて、定量分析モデルを使用して実施された。図１４は、逆転を使用して決定された、結果得られた三次元導電率マップ６３０を示す。示されるように、三次元導電率マップ６３０は真の導電率分布６２０に近似しており、試料に対して個別位置にある単一コイルによる、９個のコイル特性測定値のみを使用して決定される。
【０１０２】
本主題は、その特定の実施形態例に関して詳細に記述されているが、当然のことながら、当業者であれば、上記の理解を得ることで、このような実施形態に対する改造、その変形、およびそれとの等価物を容易に作ることができる。従って、本開示の範囲は限定としてではなく例としてであり、当業者にとっては明らかであるので、本開示はこのような改造、変形および／または本主題への追加の包含を排除しない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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