JPH09510014A - 電気インピーダンス・トモグラフィ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 保持壁部（２１Ａ）内部に保持された材料（２０）内の電気的インピーダンスの分布の表示を得るための方法および装置を提供するものであり、壁部（２１Ａ）の隔てられた場所に取付けられ、相互に電気的に絶縁され壁部内に保持された材料（２０）と電気的に接触する状態におかれた複数の相互に離間された電極（２２）を提供し、入力電気信号を電気的基準接地と各電極（２２）との間に個々に印加し、どれかの電極（２２）に印加されるときに基準接地と他の各電極との間に各出力電気信号を生成させ、出力電気信号を測定し、結果として得られる測定データを処理して、前記材料（２０）内の電気的インピーダンスの分布の表示を提供することを含む。

Description

【発明の詳細な説明】 電気インピーダンス・トモグラフィ 本発明は、臨床的用途において時折知られており、プロセス槽あるいはパイプ ライン（ｐｒｏｃｅｓｓ ｖｅｓｓｅｌ ｏｒ ｐｉｐｅｌｉｎｅ）内部の材料 の抵抗率（ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ）の分布を迅速に評価するための有効な技術 として最近受入れられてきた電気インピーダンス・トモグラフィ（ｅｌｅｃｔｒ ｉｃａｌ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：ＥＩＴ）に関する。 ＥＩＴの臨床的用途において、例えば患者の胸郭の周囲に皮膚と電気的に接触 して隔てて配置された１組の電極を提供し、全ての可能な相互に隣接する電極対 の各々に順次一定電流または一定電圧の入力電気信号を印加することは公知であ る。入力信号が相互に隣接するどれか１対の電極に印加されつつある間、残りの 電極のそれぞれの相互に隣接する対間の電流または電圧が測定され、結果として 生じる測定データが周知の方法で処理されて、電極リングで囲まれる患者の断面 に跨がる電気的抵抗の分布の表示を生じてスクリーン上に表示する。 特に、内容物が異なる抵抗率の液体中の固体の懸濁物か、あるいは異なる抵抗 率の複数の相互に混合しない液体である時に、槽またはパイプラインの断面にわ たりその内容物の抵抗の分布を決定するためにアクリル樹脂その他の樹脂の如き 電気的に非伝導材料から作られた槽およびパイプラインに対して同様な方法でＥ ＩＴを使用することが知られるようになった。このようなＥＩＴの用途において 、内部の内容物と直接電気的に接触するように、電極が槽またはパイプラインの 壁面に取付けられてそれを貫通して突出することが公知である。その間に入力信 号が印加されあるいは出力信号が測定される電極対が実際にあるいは有効に抵抗 率の分布が決定されるべき材料内（通常、ほんの少しだけ内部）にあるという事 実を考慮するためには、データ処理アルゴリズムの小さな修正のみで済む。 また、導電性材料で作られた槽およびパイプラインと関連してＥＩＴを用いる ことも堤案されており、明らかに、大部分の産業用パイプラインおよび処理槽は 導電性の金属材料から構成されるので、このような材料に適合させる必要がある ので現在のＥＩＴ技術を修正する実際上の必要がある。電極を相互に絶縁状態に 保持することが必要であるから、これら電極を導電性の保持壁から絶縁して、こ れら電極が壁を貫通して内部の内容物と直接電気的に接触する状態に突出するよ う配置することが必要である。しかし、このことが行われる場合でも、入力信号 が１対の隣接電極間に印加される時、相互に隣接する他の電極対間で測定された 出力信号が低い振幅であり、その結果、周知の方法での信号処理の後に不充分な 低品質の抵抗率の分布の決定を導く低質の信号／雑音比を持つことが判る。 本発明の目的は、非導電体または導電体のいずれかの保持壁と関連して成功裏 に用いることができるＥＩＴ方法および装置を提供することにある。 本発明の第１の特質によれば、壁部の離れた場所に取付けられ、相互に電気的 に絶縁され、壁部内に保持された材料と電気的に接触する状態に配置された複数 の相互に隔てられた電極を提供することと、電気的に基準の接地と各電極間に、 各出力電気信号を基準接地とその他の各電極との間に生成させる入力電気信号を 、いずれかの電極に対して印加される間に、個々に印加することと、出力電気信 号を測定することと、前記材料内の電気的インピーダンスの分布の表示を生じる ために、結果として得られた測定データを処理することとを含む、保持壁部内に 保持された材料内の電気的インピーダンスの分布の表示を得る方法が提供される 。 本発明の別の特質によれば、材料を保持するための保持用壁部を持つ容器手段 と、相互に電気的に絶縁されて壁部内に保持された材料と電気的に接触するよう に配置された壁部の隔てられた場所に取付けられた複数の電極と、各出力電気信 号をその他の各電極との間に生成させる入力信号を生成して、どの電極に対して も印加された間に、電気的な基準接地と各電極間に個々に印加する手段と、出力 電気信号を測定する手段と、結果として生じる測定データを処理して前記材料内 の電気的インピーダンスの分布の表示を生じる手段とを含む、材料内の電気的イ ンピーダンスの分布の表示を得るための装置が提供される。 保持用壁部が電気的に良導体で作られる場合に本発明による方法および装置を 適用する際に、壁部それ自体が入力および出力の電気信号が印加されて測定され る基準接地として働くように作られ、電極が壁部に取付けられるが電気的にはこ の壁部から絶縁されことが望ましく、かつ壁部を貫通してその内部に保持された 材料と接触するようにすることが望ましい。 保持用壁部が非導電性であるならば、基準接地を提供する他の手段を考案しな ければならない。この目的のために、入力信号が基準接地に相対的に印加されつ つある電極の１つ、および基準接地に相対的に出力電気信号が測定されつつある 他の１つの電極を除いて、どんな瞬間も、電気的に一緒にまとめられた全ての電 極で構成される基準接地が配置される。 本発明の別の実施例において、基準接地が、インピーダンスの分布が再構成さ れるべき材料の内部でその境界から離して配置された少なくとも１つの電極によ り与えられる。この基準接地電極は、槽の中心に配置されるか、あるいは配置さ れない。攪拌器の如き装置の導電性要素が槽内に配置されるならば、この要素は 基準接地電極として働くようにされることができる。 本発明の臨床的用途における改変において、患者の皮膚がインピーダンス分布 が再構成されるべき材料の境界を構成し、他の保持壁部を提供する必要がない。 このような場合、電極は周知の方法で皮膚に対して添付され、皮膚を貫通する必 要はない。 本発明については、添付図面に関して方法および装置の両方に関して以降の記 述に更に説明され明らかにされる。 図１は、保持用壁部が非導電材料である円形断面の槽またはパイプライン内に 保持される材料に対して適用される公知の種類のＥＩＴを示し、 図２は、保持用壁部が金属の如き導電性材料である円形断面の槽またはパイプ ライン内に保持される材料に対する本発明によるＥＩＴの使用を示し、 図３は、図２に示された導電性の保持用壁部に取付けられ、壁部および相互に 電気的に絶縁された複数の類似の電極の１つの概略断面図、 図４は、図２に示された電極の１つに所与の電位または電流が印加される時の 他のこのような電極で測定される電位を表わし、 図５は、本発明によるイメージの再構成を実現する際に使用される如きピクセ ル感度係数の表示、 図６は、金属壁部を持つ槽中に保持された水中に浸漬する３つのガラス・ロッ ドの再構成されたイメージ、 図７は、複数の電極が取付けられた非導電性槽を表わし、かつ本発明の実施に おいて用いられる電極結線の適切な構成を示し、 図８は、図７と同様に、本発明の実施において用いられる電極の結線の別の適 切な構成を示す。 図１に示されたＥＩＴの公知の例において、抵抗率の分布が決定されるべき材 料２０が、アクリルその他の電気的に絶縁性の材料の円形壁部２１を有するパイ プラインまたは他の槽内に保持され、この壁部２１の周囲に複数の電極２２が等 間隔に隔てて取付けられ、それぞれが壁部内で材料２０と接触状態になるように 、かつ電気的な結線の取付けのため壁部外部から接することが可能なように壁部 を貫通して突出している。図１に略図的に示されるように、一定電流の供給源２ ３が相互に隣接する電極対２２の１対の間に接続され、電圧測定装置２４が、残 りの電極２２の相互に隣接する対間に接続されて、電流が、電流源２３が接続さ れる電極対間に流れる結果これら電極間に存在する電圧を測定する。このような 形態のＥＩＴを実施する際、電流源２３が、１対の相互に隣接した電極間に接続 された状態に維持され、相互に隣接した残りの電極対間の電圧が同様に測定され る。次に、電流源２３が相互に隣接した電極の異なる対間に接続され、その時残 る電極の相互に隣接した対間に結果として生じる電圧が測定され、このプロセス が、相互に隣接した電極の各対間に電流源が印加されるまで反復され、各対ごと に、残りの電極の各々の相互に隣接した電極対間の対応した電圧が測定される。 全ての測定されたデータがコンピュータ手段（図示せず）によって周知の方法で 処理されて、材料２０における電気抵抗率の分布の表示を生じる。 図１はまた、材料２０が均一な電気抵抗率である場合に、１対の相互に隣接し た電極２２間に電流源２３からの入力電気信号を印加することにより材料２０中 に生じる電界を特徴付ける等電位線２５および電流線２６のシステムも示す。等 電位線２５は、周部のまわりの異なる位置における壁部２１の要素が全て異なる 電位であるように傘開（ｆａｎ ｏｕｔ）するであろうことが判り、材料２０が 均一な抵抗率でなく、かつその結果、図示されたパターンの等電位線および電流 線の対称性および規則性のより大きいか小さい摂動度がある場合でさえも、この ことが妥当することが判るであろう。電気的に絶縁する壁部２０が導電性壁部に 置換されても、その導電性が大きいほどそれが等電位面に更に一層近似するので 、図１に示されたタイプの電界パターンが得られないことが明らかであろう。 既に述べたように、保持用壁部が導電性であるならば、電極をその壁部から絶 縁することが必要である。しかし、これが行われても、図１に示されるように、 ２つの隣接電極間に電流源２３により印加される入力信号は２つの電極間に延在 する導電性壁部の部分によって大きく短絡される。電流源２３が接続される電極 から遠い距離における材料２０に生成される電界がこれら電極間の壁部の短絡作 用によって低減されると共に、出力信号が測定されつつある電極対間に延在する 導電性壁部の存在による類似の短絡作用のゆえに、２つの他の相互に隣接した電 極間で測定される出力信号が受入れがたく低い振幅になる。 しかし、本発明の実施において、入力および出力の電気信号が電極対間ではな く、各場合に、１つの電極と共通の電気的基準接地との間に印加されあるいは測 定される。導電性の保持壁部が図１の絶縁壁部２１と弁別するため２１Ａで示さ れ図２に略図的に示された本発明の実施例においては、この導電性の保持壁部は 共通の電気的基準点または接地として働く。壁部２１Ａに取付けられた電極２２ のそれぞれ１〜１６が付された各電極は、例えば、図３に示されるように、絶縁 スリーブ２７によって壁部から電気的に絶縁される。しかし、壁部２１Ａにおけ る電極の取付けが実際には図３に示されよりも更に複雑になる必要があり、それ は壁部２１Ａ内部の材料２０が、電極とそれらの取付け部が耐えることができね ばならない実質的な圧力下におかれるためである。 本発明によれば、図２に示されるように、電流源２３により与えられる入力電 気信号が接地、即ち導電性壁部２１Ａと、電極２２の１つ（図示のように、１６ が付されたもの）との間に印加され、出力電気信号は残りの電極２２（それぞれ １〜１５が付された）の各々と接地との間で、接地と番号１０を付した電極２２ との間に接続された状態で示される如き測定手段２４によって測定される。対応 する出力信号の組は、入力信号がそれぞれ他の各電極２２に印加される間に測定 され、次いで測定データの全てが、材料２０内の抵抗率分布の表示を得るため適 切なアルゴリズムの使用によって処理される。図２はまた、材料２０が均一な抵 抗率の場合に、電流源２３からの入力信号を接地（壁部２１Ａ）と番号１６が付 された電極２２との間に印加することにより材料２０に確立された電界パターン の等電位線２５と電流線２６をも示している。この場合に得られた電界パターン が図１に示されたものと非常に異なることが観察され、実際には、等電位線と電 流線（常に相互に直交している）は図１と図２間では相互に実質的に逆になって いる。図２に示されるように、入力信号が１つの電極２２に印加される（例えば 、９．６ＫＨzの周波数でｃｍピークピーク当たり１．５ｍＡの）注入電流であ り、出力信号が壁部２１Ａに対する他の電極２２（無論、絶縁された）の電位で ある場合、入力信号が電流源２３から印加される電極から遠い電極は入力信号に よって相対的に影響を受けないが、この効果はより近い電極において徐々に大き くなる。このことは図４に示され、同図は図２に示されるように、番号１６が付 された電極に対して入力信号が印加される時、番号１〜１５が付された電極の各 々において（ミリボルト単位で）測定される典型的な電圧を示す。このように得 られた電圧出力信号は、隣接した電極対間で測定されるものより実質的に大きく 、同じ入力信号が（図１に関して述べたように）前記の電極対間に印加されるが 、電極が導電性壁部から絶縁されてもこの壁部により生成される接地即ち短絡作 用を受ける。 絶縁材２７の存在、およびこれと対応して壁部２１Ａの材料と連続する導電性 材料の存在しないことおよび接地電位において、電極とすぐ隣接する材料２０に おける電界パターンに対して僅かな歪み作用を有する。この効果は、壁面が接地 電位における連続的面を提供する場合、電極で測定される電位が、壁部内で距離 ｓ／４に配置される電極によって測定されるものと類似する結果となることが示 される。ここで、ｓは絶縁材２７の外径である。即ち、壁部２１Ａの実際の半径 がＲ_oであるならば、電極が配置される円の半径は有効にＲ_eとなる。ここで、Ｒ_e ＝Ｒ_o−ｓ／４である。直径ｓの絶縁材の存在の「侵入効果（ｉｎｔｒｕｓｉｖ e ｅｆｆｃｃｔ）」ｇは、ｇ＝Ｒ_o／Ｒ_eとして定義することができる。ｓ＜＜ Ｒ_oであるから、電流を電極２２の１つに印加することにより材料２０に生じる 電界の歪みは、壁部２１Ａの付近で最大となるが、より小さな半径では急激に無 視し得るようになる。 均一な導電率σの材料２０の場合、電流Ｉ_Lの１つの電極２２における注入は 、角度（π−θ）により壁部２１Ａ周囲に隔てて配置された電極において、下式 により与えられる電圧Ｖ（Ｒ_eθ）を生じることが示される。 これは、図４に示される電極に誘導された電圧の分布である。この電圧のプロ フィールと、図１に関して先に述べた如き１対の隣接電極間に入力電流信号を印 加することによる、絶縁槽の壁部の場合において得られる電圧との間の類似性は 、非導電性槽壁面での使用のため既に利用可能なデータ取得システム（電流源２ ３と出力信号測定手段２４）を用いて本発明が実施できるとの早期の確認をもた らし、電流の注入および電圧バッファ回路に対する非常に僅かな修正のみが必要 である。 材料２０の導電性が不均一性である場合に、容器壁部が既に知られる如き導電 性材料であり、かつ非導電性のパイプラインあるいは他の槽内に含まれる材料の ＥＩＴと関連して使用される時に、実質的に同じイメージ再構成アルゴリズムを 用いることができる。例えば、図２に関して先に述べたように、導電性容器壁部 と関連して本発明を実施する際、（Ｃｌｉｎ．Ｐｈｙｓ．Ｐｈｙｓｉｏｌ．Ｍｅ ａｓの１９８９年、１０（３）、２７５〜２８１においてＣ．Ｊ．Ｋｏｔｒｅに より記述された感度係数法（ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ）を用いて、定性的イメージ再構成（ｑｕａｌｉｔａｔｉｖｅ ｉｍａｇｅ ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ）アルゴリズムが使用された。図５ は、例えば、図３において番号１６および８が付された電極のような、入力信号 が印加されかつ出力信号が測定される電極が相互に直径方向に対向する場合にお けるピクセルの感度係数を示す。 両方の電極に近い領域において高い感度があるが、感度がこれらの領域から遠 去かると急速に低減することが判る。全ての可能な駆動／測定の組合わせと対応 する一連の感度マップを用いることにより、定性的（ｑｕａｌｉｔａｔｉｖｅ） イメージが再構成されて、電極２２のレベルにおける壁部２１Ａ内の材料２０の 断面にわたる導電率の変動を示す。図６は、水道水で充填された１６．６ｃｍの 直径の壁部２１Ａの境界から約２ｃｍ隔てられた３つの１ｃｍの直径のガラス・ ロッドの、このようにして得られた再構成イメージを示す。図６における明るい 陰の領域は、比較的低い導電率の領域を示し、３つのガラス・ロッドの位置と対 応しており、イメージのより暗い部分は包囲する水と対応する。 ゲセロウィッツ（Ｇｅｓｅｌｏｗｉｔｚ）により初めて展開され、後でリーア （Ｌｅｈｒ）により改良された如き導電性体部に対する感度の理論は、体部のイ ンピーダンス特性を図１に示された如き４電極（２ポート）の電流励起／電圧測 定技術から決定することを本質的に可能にした。しかし、この理論は、体部の外 層が非導電性であったことに基いて展開された。本発明の目的のためには、元の ４リード、２ポートのモデルが、図２に示される事例では、導電性の境界壁部２ １Ａが第３のリードとして働く等価の３リード、２ポートのモデルへ修正される 。このような修正にも拘わらず、ゲセロウィッツ／リーアの理論は変更されず、 槽の２次元断面を表わす弁別域（ｄｉｓｃｒｅｔｉｚｅｄ ｒｅｇｉｏｎ）はゲ セロウィッツの方法により、弁別領域の各々の感度係数を決定するために取扱う ことができる。図６に示されるイメージでは、槽の円形断面は、１００平方ピク セルの半径を持つ７，６８０平方ピクセルの1組に分けられた。これらのピクセ ルのそれぞれに対する感度係数Ｓは、ゲセロウィッツ法を用いて計算され、ピク セルのグレー・レベルＰ_x,_yからなる再構成イメージが、コータ（Ｋｏｔｒｅ） により堤案されるように、測定電圧の比の対数とのこれら係数の積（ｐｒｏｄｕ ｃｔ）から形成された。 図６に示されたイメージはコータの感度係数法を用いるイメージ再構成アルゴ リズムの使用によって得られたが、所望のイメージを得るため測定データを処理 する他の公知の方法もまた用いられることが理解されよう。例えば、変更された 境界条件に適当に適合した有限要素法（ＦＥＭ）も同様に用いることができる。 先の記述は検査した材料の抵抗値および抵抗率についてのものであるが、ＥＩ Ｔは一般に、特に本発明は抵抗要素のみでなく全体的にインピーダンスを調べる ために使用することができること、また従って、抵抗値および抵抗率とは広義の インピーダンスとして理解されるべきことが理解されよう。 また、本発明は特に導電性材料の容器壁面に関してＥＩＴを適用する際に遭遇 する諸問題の克服のため使用されるが、本発明はまた、非導電性の壁部を持つ槽 の場合にも、あるいは実に、試料の境界が表面に沿う方向において高いインピー ダンスである患者の皮膚である臨床的用途においても有効に適用できることも理 解されよう。このような場合は、無論、共通の電気的基準接地として（非導電性 の）容器壁部を用いることは不可能であるが、例えば、図７および図８に関して 次に述べる如き他の構成も可能である。 図７に示されるように、インピーダンス分布についてイメージが再構成される べき材料２０は、非導電性壁部２１を有するパイプラインまたは他の槽内に含ま れ、前記壁部に番号１ないし１６が付された複数の電極２２が壁部を貫通して材 料２０と電気的に接触するように突出して取付けられる。また、入力電気信号を 選択された電極２２に印加するための電流源２３と、選択された電極２２からの 出力信号を測定するための出力信号測定手段２４とが提供される。ここまでは、 この構成は、前掲の係属中の出願の図１に関して記述される如くである。しかし 、図７に示されるように、各電極２２はそれぞれの３路スイッチ２８に接続され 、これにより電極はシステムの基準接地の一部として働くように共通のコネクタ ・ストラップ２９に、あるいは結線３０に、あるいは結線３１に接続することが できる。信号源２３は、入力信号を、基準接地ストラップ２９と結線３０とこれ に接続されたどれかの電極２２の間に印加するように接続され、信号測定手段２ ４ はストラップ２９と結線３１とこれに接続されたどれかの電極との間に生成され る出力信号を測定するように同様に接続される。当該システムの使用においては 、データ収集中の所与の瞬間において、電流源２３と基準接地間で電流源２３に より印加される入力信号を受取るよう切換えられた（図７に示される番号１を付 した）１つの電極と、出力信号を装置２４に与えるため結線３１に接続された（ 図７に示される番号１０を付した）１つとを除いて、全ての電極２２がそれらの 各スイッチ２８によりストラップ２９に接続されてシステムの基準接地を形成す る。電極２２の各々は、装置２４による出力信号の測定のため結線３１に他の各 電極が個々に接続される期間中、結線２９に対して入力信号を印加するためにこ の結線に個々に接続される。このように、いかなる時も、２つの電極を除く全て の電極がシステムの基準接地を提供するため一緒になる。 図８に示される構成は、図７に関して先に述べたものと全体的に類似するが、 材料２０を含む槽内では非導電性である攪拌ブレード３３を持つ導電性の軸３２ を備えた攪拌器が設けられる。この場合、攪拌器の軸３２は、基準接地として慟 き、信号源２３および測定手段２４は、攪拌器と、それぞれ結線３０、３１との 間に接続される。図７に示されたストラップ２９は図示のように省かれ、スイッ チ２８により結線３０、３１に接続されないどの電極２２も遮断され浮動状態の ままである。図７および図８に関して述べたように、あるいは以下に述べる更に 他の変更例において、取得される測定データの処理に用いられるアルゴリズムは 、電極の接続によってセットアップされる特定の境界条件を考慮するために適切 な修正を通常必要とすることが理解されよう。図８にに示される如き槽の中心ま たはその付近の基準接地電極の使用は、さもなければ周部の境界付近の感度と比 較して低い槽の中心付近のシステムの感度を増大するために有効である。 図８に示される如き攪拌器または他の電極が、他の形態で図７に示される如き 構成において材料２０内に設けられるならば、周部の各電極２２のように、この 電極には、それを基準接地の結線２９に、あるいは結線３０、３１を介して入力 信号源２３または出力信号測定手段２４のいずれかに接続するスイッチ手段が与 えられる。このことは、入力信号を前記電極に印加することを可能にし、出力信 号は電極２２の各々において逐次測定され、また、入力信号が電極２２の各々に 対して逐次印加される時、連続的な出力信号を内部電極において測定することを 可能にする。このような手段により、付加的な測定データを得ることができ、こ れが壁部２１から遠い位置にある材料２０の各部に関するシステムの感度を改善 する。 ここでは、図８と同様に、あるいは入力信号が印加されあるいは出力信号が測 定され、あるいは信号基準接地としてまたはその一部として働く内部電極を提供 する図７の先に述べた修正と同様に、本発明による単一の電極の励起（ｅｘｃｉ ｔａｔｉｏｎ）および測定が臨床的用例において用いられる時、このような内部 電極を同様に用いることができると言うことができる。このように、本発明によ るＥＩＴ胸郭検査においては、絶縁ケーブルの自由終端における内部電極を食道 を経て胸郭内の要求されるレベルまで通すことができる（２電極信号入力および ２電極出力信号測定を用いる従来のＥＩＴの場合において既に堤案されたように ）。 図１および図２により示されるように、検査されるべき材料本体周囲の導電境 界の提供は、この境界が非導電性である場合と比較して、前記本体における等電 位線と電流線のパターンを交換する効果を有する。ＥＩＴの臨床的用途において 、このような事実の利点を享受し得る状況があり得る。例えば、患者に適用され る電極は、検査されるべき患者の部位周囲に装着できる導電性（かつ、望ましく は弾性）のバンドまたはベルトで絶縁状態に取付けることができる。あるいは、 前記ベルトは非導電性材料でもよいが、論文「ＥＩＴにおける複合電極の使用（ Ｕｓｉｎｇ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ ｉｎ ＥＩＴ）」（Ｐ ｉｎｇ Ｈｕａ等。ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．ｉｎ Ｂｉｏｍｅｄ．Ｅｎｇ．，４ ０，Ｎｏ．１（１９９３年１月））に示唆される如き複合電極を取付けてもよい 。そこに堤案されたように、複合電極は、はるかに大きな表面積の外部電極で包 囲された小さな内部電極を含み、その意図するところは、入力電流信号が２つの 複合電極の外側電極間に印加でき、出力電圧信号は同じかあるいは異なる対の複 合電極の内部電極間で測定されることである。しかし、このような複合電極のベ ルト はまたこれが患者に取付けられ、その全ての外側電極が一緒に有効な導電性の外 側帯域として、信号基準接地としてまとめられるならば、基準接地に関して入力 信号および出力信号が複合電極の個々の内部電極へ印加されあるいは該電極で測 定されるかぎり、本発明によってＥＩＴを実施する際に使用することもできる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９６年１月２４日 【補正内容】 （３４条補正） （英文明細書第１〜２ベージに対応） 明細書 電気インピーダンス・トモグラフィ 本発明は、臨床的用途において時折知られており、プロセス槽あるいはパイプ ラィン内部の材料の抵抗率の分布を迅速に評価するための有効な技術として最近 受入れられてきた電気インピーダンス・トモグラフィ（ＥＩＴ）に関する。 ＥＩＴの臨床的用途において、例えば患者の胸郭の周囲に皮膚と電気的に接触 して隔てて配置された１組の電極を提供し、全ての可能な相互に隣接する電極対 の各々に順次一定電流または一定電圧の入力電気信号を印加することは公知であ る。入力信号が相互に隣接するどれか１対の電極に印加されつつある間、残りの 電極のそれぞれの相互に隣接する対間の電流または電圧が測定され、結果として 生じる測定データが周知の方法で処理されて、電極リングで囲まれる患者の断面 に跨がる電気的抵抗の分布の表示を生じてスクリーン上に表示する。 また、セットされた電流パターンを用いる医療的な電気的インピーダンスをイ メージ化技術を採用することも米国特許第５ ２７２ ６２４号から公知であり 、これにおいて、電流が検査中の身体の周部に隔てて置かれた電極のアレイの各 々に同時に注入され、この電流の振幅は前記周部の例えば余弦波状（ｃｏｓｉｎ ｕｓｏｉｄａｌ）の分布に従って変動する。注入電流のパターンは次に電極アレ イ周囲で順次変更され、入力信号の振幅は特定の関心のある用途に対して最適な 弁別性を与えるようにされる。米国特許第５ ２７２ ６２４号の技術は、共通 点または接地基準に関して各電極あるいはその付近で生じる電圧の測定を含む。 しかし、電流はこの接地基準とは独立的に注入される。 特に、アクリルその他の樹脂の如き電気的に非伝導材料から作られた槽および パイプラインに対して内容物が異なる抵抗率の液体中の固体の懸濁物か、あるい は異なる抵抗率の複数の相互に混合しない液体である時に、槽またはパイプライ ンの断面にわたりその内容物の抵抗率の分布を決定するためにＥＩＴを適用する こともまた知られるようになった。このようなＥＩＴの用途において、内部の内 容物と直接電気的に接触するように、電極が槽またはパイプラインの壁面に取付 けられてそれを貫通して突出することを提供することも公知である。その間に入 力信号が印加されあるいは出力信号が測定される電極対が実際にあるいは有効に 、抵抗率の分布が決定されるべき材料内（通常、ほんの少しだけ内部）にあると いう事実を考慮するためには、データ処理アルゴリズムの小さな修正のみで済む 。 また、導電性材料で作られた槽およびパイプラインと関連してＥＩＴを用いる ことも堤案されており、大部分の産業用パイプラインおよび処理槽は導電性の金 属材料から構成されるので、このような材料に適合させる必要があるので現在の ＥＩＴ技術を修正する実際上の必要がある。電極を相互に絶縁状態に保持するこ とが必要であるから、これら電極を導電性の保持壁から絶縁して、これら電極が 壁を貫通して内部の内容物と直接電気的に接触する状態に突出するよう配置する ことが必要である。しかし、このことが行われる場合でも、入力信号が１対の隣 接電極間に印加される時、相互に隣接する他の電極対間で測定された出力信号が 低い振幅であり、その結果、周知の方法での信号処理の後に不充分な低品質の抵 抗率の分布の決定を導く低質の信号／雑音比を持つことが判る。 処理反応炉およびパイプラインにおける流体混合物に対するＥＩＴの適用の有 効な概要は、Ｆ．Ｊ．Ｄｉｃｋｉｎ等の「電気インピーダンス・トモグラフィを 用いる処理槽内の多重成分混合物の組成および運動の決定−Ｉ、原理および処理 工学応用（Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎ ｄ Ｍｏｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｕｌｔｉｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ｍｉｘｔｕｒｅｓ ｉｎ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｖｅｓｓｅｌｓ ｕｓｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ−Ｉ．Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ａｎ ｄ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ）」 （Ｆ．Ｉ．Ｄｉｃｋｉｎその他、Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｓｃｉｃｎｃｃ、第４８巻、第１０部、１８８３〜１８９７ページ、１９９３年 ）に見出すことができる。 本発明の目的は、非導電体または導電体のいずれかの保持壁と関連して成功裏 に用いることができるＥＩＴ方法および装置を提供することにある。 本発明の第１の特質によれば、壁部の離れた場所に取付けられ、相互に電気的 に絶縁され、壁部内に保持された材料と電気的に接触する状態に配置された複数 の相互に隔てられた電極を提供することと、電気的に基準の接地と各電極間に、 各出力電気信号を基準接地とその他の各電極との間に生成させる入力電気信号を 、いずれかの電極に対して印加される間に、個々に印加することと、出力電気信 号を測定することと、前記材料内の電気的インピーダンスの分布の表示を生じる ために、結果として得られる測定データを処理することとを含む、保持壁部内に 保持された材料内の電気的インピーダンスの分布の表示を得る方法が提供される 。 本発明の別の特質によれば、材料を保持するための保持用壁部を持つ容器手段 と、相互に電気的に絶縁されて壁部内に保持された材料と電気的に接触するよう に配置された壁部の隔てられた場所に取付けられた複数の電極と、入力信号を生 成し、電気的な基準接地と各電極の間に個々に印加し、いずれかの電極に対して 印加される間に、各出力電気信号を基準接地とその他の各電極との間に生成させ るする手段と、 【図１】 【図２】 【図３】 【図４】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 ９４２４１２９．６ (32)優先日 1994年11月25日 (33)優先権主張国 イギリス（ＧＢ） (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＡＵ，ＣＮ，ＧＢ，ＪＰ，Ｎ Ｏ，ＵＳ (72)発明者 ディキン，フレイザー・ジョン イギリス国チェシャー シーダブリュー ４・８ジェイエイチ，ニア・グレウィー, ゴーストリー，ウッズランズ・ドライブ ７ (72)発明者 ウィリアムズ，リチャード・アンドリュー イギリス国コーンウォール ティーアール 11・５エイチエイ，フォルマウス，モーナ ンスミス，カーリドナック・ロード，ロー ズミュリオン（番地なし)

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．保持壁部内に保持される材料内の電気的インピーダンスの分布の表示を得る 方法において、 相互に離間されて前記壁部の隔てられた場所に取付けられ、相互に電気的に絶 縁され、壁部内に保持された材料と電気的に接触するように配置された複数の電 極を提供するステップと、前記電極のいずれかに印加される間に基準接地と他の 各電極との間に各出力電気信号を生成させる入力電気信号を、電気的な基準接地 と各電極間に個々に印加する電極を提供するステップと、前記出力電気信号を測 定するステップと、結果として得る測定データを処理して前記材料内のその電気 的インピーダンスの分布の表示を提供するステップと、 を含む方法。 ２．前記保持壁部が導電性であり、それが入力および入出力電気信号が印加され かつ測定される前記電気的な基準接地として用いられる請求の範囲第１項記載の 方法。 ３．前記保持壁部が非導電性であり、前記基準接地が、いずれの時点においても 、入力信号が印加されているおよび出力信号が測定されている２つの電極を除く 全ての電極を一緒に接続することにより形成される請求の範囲第１項記載の方法 。 ４．基準接地として、前記材料内でかつその境界から隔てられた電極を提供する ステップを含む請求の範囲第１項記載の方法。 ５．臨床的用途において、前記境界壁部が患者の皮膚であり、電極が該皮膚と接 触して適用される請求の範囲第１項記載の方法。 ６．前記電極がベルトに取付けられ、該ベルトが患者の一部の周囲に取付けられ る請求の範囲第５項記載の方法。 ７．前記ベルトが導電性でありかつ電極から電気的に絶縁され、前記基準接地と して用いられる請求の範囲第６項記載の方法。 ８．材料体内の電気的インピーダンスの分布の表示を得る装置において、 前記材料を保持するための保持壁部を有する容器手段と、相互に電気的に絶縁 されて壁部内に保持される材料と電気的に接触する状態に配置された、前記壁部 の隔てられた場所に取付けられる複数の電極と、入力信号を生成しかつ電気的基 準接地と各電極間で個々に印加する手段であって、電極のいずれか１つに入力信 号が印加されるときに出力電気信号を電気的基準接地と他の各電極との間に生成 させる手段と、前記出力電気信号を測定する手段と、結果として得られる測定デ ータを処理して、前記材料内部のその電気的インピーダンスの分布の表示を提供 する手段と、 を備える装置。 ９．前記電極が壁部に取付けられて、該壁部を貫通して壁部内に保持される材料 と電気的に接触する状態に突出する請求の範囲第８項記載の装置。 １０．前記壁部が導電性であり、取付けられた電極が該壁部から電気的に絶縁さ れる請求の範囲第９項記載の装置。 １１．前記保持壁部が導電性であって、入出力電気信号が印加されて測定されて いる関連する前記電気的基準接地を生成する請求の範囲第８項記載の装置。 １２．前記保持壁部が非導電性であり、前記基準接地を構成するため、入力信号 が印加されている、および出力信号が測定されている２つの電極を除く全ての電 極をいかなる時も一緒に接続するスイッチ手段が提供される請求の範囲第８項記 載の装置。 １３．基準接地として、前記材料内部にあってかつその境界から隔てられた電極 を含む請求の範囲第８項記載の装置。 １４．前記基準接地が、別の目的をも供する攪拌器の如き手段によって構成され る請求の範囲第１３項記載の装置。 １５．臨床的用途において、患者の皮膚が境界壁部を構成し、電極が該皮膚と接 触する状態に適用される請求の範囲第８項記載の装置。 １６．前記電極がベルトに取付けられ、該ベルトが患者の１つの部位の周囲に取 付けられる請求の範囲第１５項記載の装置。 １７．前記ベルトが導電性であり、かつ前記電極から電気的に絶縁されて前記基 準接地を構成する請求の範囲第１６項記載の装置。