專利名稱：采用極低頻率電磁場診斷和篩查疾病的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
所公開的是一種用于通過測量和分析極低頻率電磁場來診斷和篩查活體中的疾病狀態(tài)的新穎方法和裝置。這種場的測量是在身體上或身體內(nèi)的單個(gè)點(diǎn)或者幾個(gè)檢驗(yàn)點(diǎn)處進(jìn)行并且與一個(gè)或多個(gè)參考值對比。時(shí)變電磁場內(nèi)的信息被收集，然后通過診斷或篩查算法處理以提供關(guān)于所評價(jià)的組織的疾病狀態(tài)的信息。
背景技術(shù)：
廣為接受的是有機(jī)體、器官系統(tǒng)和細(xì)胞的生物活性產(chǎn)生可測量的電磁活動(dòng)。頻譜的一端是神經(jīng)組織的高頻活動(dòng)(交流電)并且另一端是假設(shè)表明非正常細(xì)胞或者組織生長的穩(wěn)態(tài)(直流電)活動(dòng)。例如，高頻(AC)電磁場測量的醫(yī)療應(yīng)用顯現(xiàn)在腦電圖和心電圖裝置中。最近以來，已經(jīng)研究直流電(DC)場來作為癌癥診斷方法。例如，B. H. Hirschowitz的美國專利No. 4，328，809和M. L. Faupel的美國專利No. 4，955，383構(gòu)想了測量和分析DC電位(electropotential)以診斷或者篩查疾病的裝置和方法。在這些發(fā)明中，通過對隨時(shí)間采集的大量信號求平均值來過濾出極低頻率交流電(AC)頻帶內(nèi)的信息。用主動(dòng)式或者被動(dòng)式數(shù)字或者模擬濾波器過濾出更高頻率的信息。此方式的其他表現(xiàn)已經(jīng)在Davis的美國專利No. 4，407，300和Stoller er al. Davis的美國專利No. 4，557，273中得到清楚表達(dá)， 例如，公開了通過測量施加到對象上的兩個(gè)電極之間所產(chǎn)生的電動(dòng)勢來診斷癌癥。
如果測量值是取自身體上的幾個(gè)檢驗(yàn)點(diǎn)(如前面所提及的Hirschowitz和Faupel 專利，以及Freeman的美國專利No. 4，416，288和Bai的美國專利No. 4，486，835中所構(gòu)想的)，來自于多個(gè)檢驗(yàn)點(diǎn)的平均DC電勢的對比可能特別引人注意。另外，平均DC電壓可通過判別函數(shù)分析做進(jìn)一步分析，特別是如由前面所提及的Faupel專利所公開的。
這些僅采用DC電位的疾病診斷技術(shù)犧牲了信息(例如，低頻AC信息)，以便易于處理來自于身體上的每一檢驗(yàn)點(diǎn)的單個(gè)過濾和/或平均測量值。不幸的是，這種信息的丟失可能損害很多疾病狀態(tài)的診斷準(zhǔn)確度。例如，涉及DC電勢的分析的臨床研究的公開披露表明，雖然對于大型(可觸知)癌癥可以存在一定程度的診斷準(zhǔn)確性，然而同樣的方式對于小型(不可觸知)癌癥表現(xiàn)得相對無效。由于已經(jīng)意識到疾病狀態(tài)的早期檢測為患者存活提供了最佳機(jī)會(huì)，因此對于先前的公開在此能力上的改進(jìn)是必要的。而且，先前的用于分析電位場的模式識別技術(shù)可能過于簡化了，這是因?yàn)樗鼈儾⑽纯紤]生物系統(tǒng)和它們的疾病狀態(tài)的復(fù)雜性。關(guān)于這一點(diǎn)，眾所周知的是惡性腫瘤(例如)的生物及伴生電磁活動(dòng)隨時(shí)間變化。為了使效果最大化，基于電磁場測量的新的診斷和篩查技術(shù)必須考慮電活動(dòng)(例如， 極低頻率AC場)的短期變化和隨著疾病狀態(tài)的發(fā)展而發(fā)生的長期變化。不能如此則導(dǎo)致引起診斷不準(zhǔn)確的主要缺陷。
例如，極低頻率交流電(ELFAC)的變化對于惡性腫瘤與良性腫瘤不同，因?yàn)榭刂拼┻^上皮組織層的離子傳送的門控機(jī)制在疾病和非疾病條件下不同，或者其他原因。眾所周知惡性上皮細(xì)胞不同程度地失去傳送離子和液體穿過上皮層的能力。正是由于限制性地分析平均和/或過濾DC成分的電信號而丟失此低頻時(shí)變現(xiàn)象。
另外，長時(shí)期的變化表明小型惡性腫瘤的電磁行為與大型腫瘤的顯著不同，其已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)由于腫瘤核內(nèi)的組織惡化而產(chǎn)生氧化還原電勢。另一因素是更小的腫瘤可能更具新陳代謝活性并且因此比更大的腫瘤相對更加去極化。
接下來，重要電磁變化的分析必須考慮到這些因素，以最大限度地診斷和篩查疾病狀態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容
所公開的是一種以一組新穎的模式識別輸出的形式來隨時(shí)間整合電磁信息以診斷和篩查疾病狀態(tài)的新穎的且改進(jìn)的方法和裝置。對模式識別的重要的診斷輸入在此指的是極低頻率交流電(ELFAC)。此方法和裝置發(fā)揮作用以測量和分析來自活體上或者內(nèi)部的疾病組織區(qū)域的電磁活動(dòng)。
進(jìn)一步公開的是一種用于模式識別的新穎的且改進(jìn)的方法和裝置，其考慮到了隨著疾病狀態(tài)發(fā)展而發(fā)生的生物變化。這是通過整合非電磁信息(例如，腫瘤的成像研究或者觸診所表明的疾病組織的大小或者區(qū)域)與電磁信息來實(shí)現(xiàn)的。
進(jìn)一步公開的是一種從由于有機(jī)組織與測量儀器之間的分界面處的噪聲而產(chǎn)生的電磁活動(dòng)中識別并區(qū)分出診斷上重要的ELFAC活動(dòng)的新穎裝置。這是通過如下方式來實(shí)現(xiàn)的持續(xù)測量來自于從有機(jī)體獲得可測量信號的點(diǎn)的ELFAC活動(dòng)，但僅記錄并分析信號的表明ELFAC活動(dòng)已達(dá)到噪聲最小化并且因而達(dá)到診斷有效狀態(tài)的部分。由于期望在一個(gè)對象接一個(gè)對象的基礎(chǔ)上改變，因此本發(fā)明公開了一種用模式識別來確定噪聲最小化性能的新穎裝置。
在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明提供了一種用于針對疾病狀況篩查活體的器官系統(tǒng)的新穎的和改進(jìn)的方法和裝置。在一些實(shí)施方式中，噪聲最小化ELFAC從包括器官系統(tǒng)(例如前列腺或者乳房)的幾個(gè)位置記錄。采用非線性模式識別技術(shù)分析所產(chǎn)生的信息以確定沒有觀察到其他疾病相關(guān)癥狀的器官系統(tǒng)中是否疾病狀態(tài)。篩查精度的提高可以通過將對象變量(例如年齡或者器官特征(例如，大小)信息)與ELFAC數(shù)據(jù)整合至篩查模式識別程序中來實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明的又一其他實(shí)施方式提供了一種用于惡性疾病狀態(tài)的ELFAC診斷的新穎和改進(jìn)方法。在此實(shí)施方式中，采用特殊非線性模式識別程序分析來自于被懷疑隱藏了惡性活動(dòng)的組織之上和附近的位置的噪聲最小化ELFAC的記錄，所述特殊非線性模式識別程序?qū)LFAC數(shù)據(jù)與可疑組織的已知癥候(例如腫瘤大小、來自于成像研究的可疑水平、對象年齡等等)相結(jié)合。此方法的目的是利用在癌發(fā)生、腫瘤生長、癌轉(zhuǎn)移期間所發(fā)生的漸進(jìn)生理變化與它們所引起的電磁改變之間的相互作用。在器官系統(tǒng)的兩側(cè)對稱性可被測量裝置獲得的情況下，如對于乳房或者手足，可疑乳房或者手足與未受影響的或者相對的乳房或者手足的對比能夠被用于提供一組內(nèi)部控制測量值。同樣，控制或參考點(diǎn)可以是具有自測量系統(tǒng)校準(zhǔn)的任何電壓補(bǔ)償?shù)耐獠可睇}水溶液。


圖1是本發(fā)明的一些實(shí)施方式的裝置的框圖； 圖加和圖2b各自是圖1的裝置的電極的截面圖； 圖3是用于獲得噪聲最小化ELFAC信號的圖1的裝置的測量操作的流程圖； 圖4是表達(dá)疾病判斷模式識別程序的輸入和輸出的流程圖。
圖5是示出了由于皮膚/電極平衡而產(chǎn)生的偽電磁活動(dòng)與噪聲最小化ELFAC信號之間的差別的圖表。
圖6是本發(fā)明的一些實(shí)施方式所采用的被動(dòng)式雙極帶通濾波器的示意圖。
圖7是本發(fā)明的一些實(shí)施方式所采用的主動(dòng)式雙極帶通濾波器的示意圖。
圖8是描繪了本發(fā)明的一些實(shí)施方式中所采用的帶通濾波器的頻率響應(yīng)的曲線圖。
具體實(shí)施例方式根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的裝置的框圖在圖1中公開。本裝置執(zhí)行獲得并且分析噪聲最小化ELFAC數(shù)據(jù)并將那些數(shù)據(jù)與其他信息整合以提供疾病診斷所需的功能。為了說明，裝置10將作為配置用于皮膚癌診斷來進(jìn)行論述，但是應(yīng)當(dāng)意識到此方法和裝置能夠被重新配置并且類似地應(yīng)用于篩查和診斷活的人或者動(dòng)物的其他部分或器官，例如乳腺、 前列腺、結(jié)腸、肺、鼻咽、或者其他器官系統(tǒng)。
在圖1中，受試人的皮膚表面12可具有見于右前臂上的可疑損害14。損害的臨床檢查可能是不明確的并且需要更確定的診斷。在此情況下，損害的位置已知并且將一多傳感器陣列16應(yīng)用于可疑區(qū)域并且將參考感應(yīng)器應(yīng)用于相對的(左)前臂(未示出)上的鏡像位置。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，相對的前臂是用作參考。在其他示例中，參考可以是鹽溶液或者其他外部參考標(biāo)準(zhǔn)、或者是同一器官的非疾病部分、或者是患者的其他非疾病組織等等。然而，為了論述，假設(shè)損害14的區(qū)域未知，如篩查乳癌的情況那樣。在此情況下，大型電極陣列16可以用于識別產(chǎn)生在任一乳房上的任何可疑區(qū)域，如兩個(gè)乳房之間的ELFAC活動(dòng)的不對稱性所表明的。這表明本發(fā)明的裝置和方法的不同實(shí)施方式考慮到了根據(jù)具體應(yīng)用采用多種不同的電極陣列，以及此應(yīng)用是否用于疾病篩查或者診斷。同樣，記錄傳感器16b的數(shù)量可根據(jù)具體應(yīng)用來改變。然而，在兩個(gè)示例中，能夠用ELFAC數(shù)據(jù)的模式識別并結(jié)合其他臨床信息來檢測重大疾病。一旦被獲取，模擬電磁信號就通過帶通濾波器18，在模數(shù)轉(zhuǎn)換器 20處轉(zhuǎn)化成為數(shù)字形式，在CPU22處用ROMM和RAIC6處理，并且最終顯示在28處。在處理期間，將測得值與參考值相比較，并且如果需要的話針對其他特征調(diào)整測得值。然后，在篩查活動(dòng)的情況下，將結(jié)果與參考比較以表明疾病的似然性，并且在診斷的情況下，將結(jié)果與已知模式對比以表明疾病的可能性和類型。接下來將結(jié)合圖2、圖3和圖4更具體地公開描述本發(fā)明的實(shí)際步驟。
取決于應(yīng)用，ELFAC傳感電極能夠被單獨(dú)采用或者作為柔韌性粘合背襯上的一組傳感器。在兩種情況下，應(yīng)當(dāng)被保持電極的有效間隔，以使測量中的重疊最小化。例如，單獨(dú)的傳感器16b之間的距離應(yīng)當(dāng)為與皮膚或者其他組織接觸的傳感器區(qū)域的直徑的至少兩倍。如果傳感器16b是單獨(dú)應(yīng)用，技術(shù)人員必須被訓(xùn)練以合適的距離定位傳感器。理想地，電極16b應(yīng)當(dāng)是不會(huì)由于異金屬反應(yīng)而引起顯著電池效應(yīng)的類型。最新型的電極具有固體而非液體凝膠，但是固體凝膠并不穿透角質(zhì)層，因此信噪比并非最佳。另一方式是具有連接至測量裝置10的電導(dǎo)線32、包括銀或者其他導(dǎo)電部件30的傳感電極。此電氣連接通過導(dǎo)電頂片；34固定至銀部件30。一氯化銀薄層36沉積在銀部件30的表面上。此系統(tǒng)被嵌入到非導(dǎo)電塑料或者塑料墊板38中。器官組織12與氯化銀表面36之間的界面由已知類型的半液態(tài)電極膏、糊或者凝膠40(例如由Rose Labs有限公司生產(chǎn)的Synapse電極膏) 作為媒介(mediate)。電極膏40的主要目的是提供一條穿過皮膚12的電阻角質(zhì)層的導(dǎo)電路徑?？商鎿Q地，本發(fā)明考慮到皮膚12的角質(zhì)層還可機(jī)械地破壞，這通過采用記錄已知類型的小型或者微型電極(例如，加利福尼亞富勒敦的Beckman Coulter有限公司)或者通過在墊板上采用針形電極陣列來實(shí)現(xiàn)，所述針形電極剛剛穿透皮膚12的角質(zhì)層而其小直徑又不會(huì)引起組織破壞。此可替換的電極設(shè)計(jì)在圖2B中以42示出并且并不需要采用導(dǎo)電膏、糊或者凝膠40。在此實(shí)施方式中，導(dǎo)電部件30包含多個(gè)小的穿刺銀電極或鉬電極42， 這些電極中的每一個(gè)可連接至它自身的連接至測量裝置10的導(dǎo)線或者匯總至連接至測量裝置10的一根導(dǎo)線(未示出)。
可替換地，角質(zhì)層(其造成多于90%的皮膚電阻的原因)能夠通過受控地使用激光或者加熱金屬絲來去除。在此方式中，電磁頻譜的近紅外線范圍中的激光能夠聚焦在染色薄層上，該染色薄層吸收光能并且使角質(zhì)層消散而不會(huì)穿透至下面的真皮層。以這種或任意其他合適的方式能夠產(chǎn)生大小不同的一個(gè)或者多個(gè)微孔。在以此方式有選擇地破壞角質(zhì)層后，將電極放置到此位置以及測得的ELFAC電勢上。在此示例中，電極16或者多個(gè)電極可直接放置到由此產(chǎn)生微孔或多個(gè)微孔中，而不需要電極膏或凝膠40，并且不需要針形電極42。
測量裝置10包括具有固定至對象12的電極導(dǎo)線32的多路記錄輸入。參考導(dǎo)線固定至患者的非疾病區(qū)域，或者可替換地固定至外部生理鹽水溶液或者其他參考標(biāo)準(zhǔn)。雖然示例展示了使用單獨(dú)的參考電極，每一個(gè)記錄電極還能夠雙重地作為其他電極的參考電極。在此實(shí)施方式中，除一個(gè)以外的每一個(gè)記錄電極相對于剩余電極被掃描。接下來，一個(gè)不同的“記錄”電極被自動(dòng)選擇成為參考電極，并且如此反復(fù)直到每一個(gè)記錄電極也已起到參考電極的功能。由于這會(huì)為每一個(gè)記錄電極生成多個(gè)測量值，因此算術(shù)平均值、中位數(shù)或者眾數(shù)可被視為每一個(gè)記錄信道的代表。
測量裝置10能夠應(yīng)用選擇性帶寬濾波器18，例如，允許從0. OlHz到0. IHz的頻率范圍內(nèi)的ELFAC信號的分析。雖然用于癌癥診斷的本示例可以采用此特殊頻率范圍內(nèi)的信號，本發(fā)明還考慮到了采用對其他低頻范圍敏感的帶通濾波器，這取決于所診斷或者篩查的疾病的類型。一般地，更高的范圍可以應(yīng)用到存在由于皮膚而產(chǎn)生的更高電阻的情況中， 例如必須繞開電阻以檢測乳癌。產(chǎn)生于身體內(nèi)部的組織(例如食管、肺或者子宮)上的癌癥沒有這一問題并且可以更接近真實(shí)的DC ( 即，更低頻率)。在研究被實(shí)施以前我們并沒有實(shí)際的數(shù)字。帶通濾波器18可包括已知設(shè)計(jì)類型的一個(gè)或者多個(gè)濾波器，正如在用于此的方法中所描述的。
帶通濾波器原理上能夠通過串聯(lián)組合低通濾波器和高通濾波器來構(gòu)造。圖6示出了此類濾波器。第一部分(C1R1)將通過高頻信號同時(shí)第二部分(C2R2)將通過低頻(或者排除高頻的)信號。然而，此濾波器不能被認(rèn)為是高通濾波器和低通濾波器的簡單串聯(lián)，因?yàn)榈诙糠謱Φ谝徊糠旨虞d。結(jié)果，整體傳遞函數(shù)并不簡單地是高通和低通部分的各自傳遞函數(shù)的乘積。
濾波器的以上示例被稱為被動(dòng)式濾波器，因?yàn)樗鼈儾⒉徊捎梅糯笃?。此類濾波器的缺點(diǎn)之一是不存在增益并且負(fù)載電阻器&影響傳遞特征。一種建立用于低頻到中頻應(yīng)用的濾波器的更好方式是采用運(yùn)算放大器。此類濾波器被稱為主動(dòng)式濾波器。主動(dòng)式濾波器的優(yōu)點(diǎn)是能提供放大，并且具有其特征獨(dú)立于負(fù)載的濾波器。
一種簡單的主動(dòng)式帶通濾波器(兩極系統(tǒng))在圖7中示出。增益的頻率響應(yīng)(Bode 曲線)在圖8中給出。
此帶通濾波器單獨(dú)地過濾輸出導(dǎo)線32的每一個(gè)上的信號，其隨后經(jīng)由單獨(dú)的信道將每一個(gè)經(jīng)過濾的信號傳遞到多路輸入模數(shù)轉(zhuǎn)換器20?？商鎿Q地，帶通濾波能夠在模數(shù)轉(zhuǎn)換后在數(shù)字域中發(fā)生。另外，帶通濾波器18能夠?yàn)槊恳粋€(gè)信道構(gòu)造獨(dú)立的濾波機(jī)制，并僅為每一個(gè)經(jīng)過濾的輸出連接至模數(shù)轉(zhuǎn)換器20的輸入的信道提供濾波。
模數(shù)轉(zhuǎn)換器20理想地應(yīng)當(dāng)是能夠多路輸入倍增的，例如National kmiconductor有限公司所生產(chǎn)的，并且被命名為ADC808。對于非常大型的測量陣列，例如那些為乳癌篩查所構(gòu)想的測量陣列，可能需要多于一個(gè)的多路輸入模數(shù)轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器的精確數(shù)量由信道轉(zhuǎn)換器的性能和具體應(yīng)用所需要的信道的數(shù)量來決定。
模數(shù)轉(zhuǎn)換器20將每一個(gè)信道的模擬信號轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號，其經(jīng)過單獨(dú)的輸出信道中轉(zhuǎn)至中央處理器22的多路輸入。中央處理器是也包含了 RAMM和R0IC6的更大控制系統(tǒng)的部件。中央處理器22中存儲的程序控制信號獲取和采樣率，并且然后處理數(shù)字輸入數(shù)據(jù)以產(chǎn)生面向用戶的關(guān)于所檢驗(yàn)的組織的疾病狀態(tài)的輸出?？刹捎脴?biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)鍵盤或者常規(guī)類型的觸摸屏或者其他輸入裝置或方法來輸入其他相關(guān)數(shù)據(jù)(例如患者年齡或者損害大小)。中央處理器然后用預(yù)編程的模式識別算法整合此信息與ELFAC數(shù)據(jù)。到達(dá)用戶的最終輸出隨之被饋給顯示裝置觀，例如計(jì)算機(jī)監(jiān)視器或者打印機(jī)。輸出還可本地或者遠(yuǎn)程存儲在網(wǎng)絡(luò)或者其他存儲系統(tǒng)中。根據(jù)具體應(yīng)用，輸出可形成關(guān)于疾病狀態(tài)存在的可能性的數(shù)字應(yīng)答、關(guān)于所討論的疾病是否存在的是/否應(yīng)答、或者表明疾病的嚴(yán)重程度的數(shù)量結(jié)果、和/或人造彩色圖像。
ELFAC裝置的功能和運(yùn)行將從實(shí)施基本方法的步驟的兩個(gè)示例中得以理解。第一個(gè)示例總結(jié)了用于篩查疾病的方法同時(shí)第二個(gè)示例通過診斷形式來表征本發(fā)明。
在篩查的情況下，損害的位置和布置不能被識別，因?yàn)閷ο鬀]有癥狀。在此情況下，相對大型的電極陣列16被定位在可懷疑的位置的表面12上。如果可疑位置可通過皮膚在外部評價(jià)，則電極可放置在皮膚上。如果需要更加侵入性的步驟，則電極可內(nèi)部地放置在對象器官或者位置處。在乳癌篩查的情況下，優(yōu)選地，兩個(gè)乳房的全部表面將被測量，因?yàn)橛脩舨⒉恢朗欠褚约昂翁幋嬖趷盒约膊?。一旦電極陣列16被定位，就將參考電極放置在組織的非疾病區(qū)域上或者放置在參考標(biāo)準(zhǔn)中。然后參考電極與每一個(gè)測量電極16之間的 ELFAC活動(dòng)被立即測量，進(jìn)而帶通濾波，并且通過預(yù)編程的算法處理，所述預(yù)編程算法確定是否以及在何時(shí)已經(jīng)從給定的檢驗(yàn)對象獲得診斷上有用的ELFAC讀數(shù)。此時(shí)波形中的每一個(gè)單獨(dú)電壓讀數(shù)被保存以用于模式識別。這區(qū)別于先前技術(shù)，在先前技術(shù)中，裝置通過主動(dòng)式過濾和隨時(shí)間采集的多個(gè)信號的算術(shù)平均的組合來過濾很低頻率AC信息。先前表現(xiàn)形式所采取的方法是通過利用此選擇性低通濾波和信號平均來僅僅識別代表性直流電(DC)成分。因此ELFAC成分中的任意信息都失去分析。
在診斷分析的情況下，傳感器16被放置在可疑部位，例如損害處。電極的數(shù)量和它們的定位將部分取決于可疑部位的大小。一般地，可疑部位及一些周圍組織應(yīng)當(dāng)被分析。 如對于篩查過程，參考電極被放置在參考部位處或者放置在參考標(biāo)準(zhǔn)中。參考部位可以是鏡像部位上的對應(yīng)位置(例如左臂對右臂)或者同一器官或者組織的非疾病部分，或者其他非疾病組織。參考電極與測量電極16的每一個(gè)之間的ELFAC活動(dòng)如上面針對篩查所描述的那樣來處理。
為了確定是否以及何時(shí)噪聲最小化并且因此從給定對象中獲得診斷上有用的 ELFAC信號，對這些信號的監(jiān)控必須從最后的電極放置在對象上時(shí)開始直到代表性ELFAC 信號被獲得為止持續(xù)進(jìn)行。眾所周知的是，噪聲是在皮膚/電極界面處由于皮膚角質(zhì)層的電阻特征而產(chǎn)生。為使皮膚表面電極成為由表面下的器官系統(tǒng)所產(chǎn)生的電磁場的有效換能器，角質(zhì)屏障必須被破壞。然而，即使采用最高度導(dǎo)電的電極糊和凝膠，達(dá)到信號平衡也會(huì)占用時(shí)間；對于給定對象為幾分鐘或者甚至更長的時(shí)間。但更具問題的是這樣的事實(shí)平衡時(shí)間可基于個(gè)體而顯著變化并且甚至可在個(gè)體內(nèi)在不同時(shí)間和/或檢驗(yàn)部位位置處改變。這是由于皮膚阻抗和與經(jīng)皮膚活動(dòng)有關(guān)的其他因素基于個(gè)體而改變。以前的電磁場測量的計(jì)時(shí)和持續(xù)時(shí)間是預(yù)定的并且對于每一個(gè)對象基本相同地構(gòu)建在機(jī)器中。這可導(dǎo)致診斷錯(cuò)誤，因?yàn)橐恍ο髸?huì)在平衡完成之前被測量。在這些情況下，所測量并分析的是噪聲而不是信號。本發(fā)明通過連續(xù)測量和監(jiān)控ELFAC活動(dòng)避免了這個(gè)問題。這是通過基于個(gè)體針對穩(wěn)定性分析每一個(gè)輸入信號來實(shí)現(xiàn)的。例如，未完成的信號平衡的典型表現(xiàn)是，在測量電極被應(yīng)用并且角質(zhì)層處于被導(dǎo)電糊或者凝膠滲透的過程中以后隨即可見的電勢的逐步降低(而不是升高)。最終，一旦平衡完成，緩慢升高和降低的ELFAC電勢的信息信號可被觀察到。在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明不會(huì)開始記錄和分析電磁信號直到中央處理器22中的模式識別軟件識別出表明平衡已經(jīng)發(fā)生的特征ELFAC波形。這意味著記錄時(shí)間和持續(xù)時(shí)間并不是預(yù)設(shè)的并且對于每一個(gè)對象都相同，但意味著電磁活動(dòng)的記錄和分析將不會(huì)發(fā)生直到信噪比對于每一個(gè)所檢驗(yàn)的對象最大化。每一個(gè)患者和每一個(gè)步驟因此被單獨(dú)且獨(dú)立地評價(jià)，以獲取每一個(gè)患者的每一次檢驗(yàn)中的噪聲最小化數(shù)據(jù)。在一些實(shí)施方式中，平衡期間所獲得的信號能夠被記錄，但并不用于篩查或者診斷分析中。
如上所描述的，一旦噪聲最小化ELFAC信號被識別，它們就被記錄并保持在RAM存儲器26中以進(jìn)行分析。預(yù)編程的分析軟件此時(shí)采用已知類型的非線性模式識別技術(shù)，例如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或者分類決策樹(例如，CART)。特別地，預(yù)定頻率范圍內(nèi)的所有記錄的電壓隨著可選對象變量(例如患者年齡、損害大小、乳癌(或者所篩查的疾病)的家族史、成像研究結(jié)果，等等)一起被饋給模式識別程序。本發(fā)明考慮到了將根據(jù)這些和其他關(guān)鍵變量針對對象的子集采用不同的模式識別程序。例如，在一些實(shí)施方式中，由于激素環(huán)境的差異，惡性乳腫瘤的生理活動(dòng)對于絕經(jīng)期前的婦女與絕經(jīng)期后的婦女是不同的，可在分析中考慮這些差異。不可觸知的小型乳癌可以比大型腫瘤更具代謝活性，大型腫瘤的中心核經(jīng)常變成壞死的。同樣，皮膚損害的代謝活性可以與物理性質(zhì)相關(guān)聯(lián)，那些損害表現(xiàn)為更暗的、凸起的類似痣的結(jié)構(gòu)，其更有可能具有高度代謝活性。
圖3中的流程圖提供了用于皮膚損害診斷的模式識別程序的輸入、中央處理、和輸出的示例。啟動(dòng)開關(guān)44開始中央處理器22的運(yùn)行，初始化處理運(yùn)算46。初始化處理使得裝置10的各個(gè)部件進(jìn)入操作模式，包括重設(shè)和激活控制寄存器以讀取來自于模數(shù)轉(zhuǎn)換器20的數(shù)據(jù)48。與先前技術(shù)的裝置相反，本發(fā)明并不在48處起動(dòng)預(yù)定的多個(gè)測量周期。 而是，數(shù)據(jù)被連續(xù)讀取直到在50處完成平衡并且對于每一個(gè)記錄信道診斷上有用的ELFAC 被識別。50處的連續(xù)數(shù)據(jù)評估通過步驟48反向循環(huán)直到確定所有或者大部分信道承載噪聲最小化ELFAC信號。
圖5表現(xiàn)了作為時(shí)間和幅度的函數(shù)的電磁數(shù)據(jù)。在48處的數(shù)字化的ELFAC信號在50處被確定出被噪聲112遮蔽或者已經(jīng)達(dá)到了噪聲最小化狀態(tài)114。只有已經(jīng)到達(dá)噪聲最小化狀態(tài)114的信號在52處被記錄(保存)并且在M處被存儲以用于處理。
假如確定大量信道不能在合理時(shí)長內(nèi)(例如，大約15分鐘)傳送噪聲最小化 ELFAC信號，運(yùn)行會(huì)關(guān)閉并且中央處理器22會(huì)經(jīng)由輸出顯示裝置觀傳遞指令，以便醫(yī)療技術(shù)人員檢查接觸點(diǎn)或者采取其他故障檢查方法。在一些信道不能傳送噪聲最小化ELFAC信號的情況下，將使用那些能夠傳送此類信號的信道，條件是非傳送信道的數(shù)量并不是很大。 也就是說如果基本上所有信道正在傳送，則傳送信道將被應(yīng)用?！盎旧纤小币馑际撬行诺赖闹辽?0%能夠傳送噪聲最小化ELFAC信號。
一旦噪聲最小化ELFAC信號已經(jīng)被識別，它們就被捕獲并存儲在存儲器M中。這與只有平均DC成分被存儲在存儲器中用于處理的現(xiàn)有技術(shù)裝置形成對照。模式識別模塊 58與已知類型的非線性模式識別程序(比如整合了 ELFAC數(shù)據(jù)和患者變量56 (例如患者年齡、損害大小或者形狀、來自于成像研究的可疑水平程度等等)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或者決策樹)共同作用以獲得模式識別結(jié)果60，其導(dǎo)致了可疑損害是否為惡性的(如在診斷模式中采用的)或者器官系統(tǒng)是否可能隱藏有隱蔽的惡性疾病(如在篩查模式中所采用的)的可能性報(bào)告62。所產(chǎn)生的可能性報(bào)告可用于在64處指示CANCER(如果其超過了特定值，例如0.05(5% ))或者NO CANCER(如果其并未超過此值，如圖4中66處)。此指示、或潛在可能性或其他解釋，可被輸出到顯示裝置(例如監(jiān)視器或者打印機(jī))和/或存儲在存儲器中。如果本發(fā)明在診斷模式中使用，用于指明癌癥的可能性截止點(diǎn)可被降低，以使具有高度先驗(yàn)流行性疾病的癥候人群中的錯(cuò)誤陰性結(jié)果(即，遺漏的癌癥)最小化。另一方面，如果本發(fā)明是應(yīng)用在篩查設(shè)定中，其中先驗(yàn)流行性疾病相對較低，76處的處理可以被校準(zhǔn)以在更高的可能性截止點(diǎn)處指明癌癥。根據(jù)具體應(yīng)用，在64或66處向用戶的輸出除了指明 CANCER或者NO CANCER之外，還可指明診斷正確的概率或者可能性，或者表明疾病嚴(yán)重程度的數(shù)量輸出。一旦輸出64或者66產(chǎn)生，程序就于68處終止。
58處的模式識別模塊的配置的一個(gè)示例在圖4中給出。模式識別程序起始于70 處。在56處經(jīng)由標(biāo)準(zhǔn)裝置(例如鍵盤或者來自于觸摸屏的菜單或者任何合適的輸入裝置) 輸入的主要臨床信息，構(gòu)成此順序中的起始步驟。例如，在72處程序根據(jù)對象是為絕經(jīng)期前還是絕經(jīng)期后分叉(diverge)，如果對象處于絕經(jīng)期前，則對應(yīng)月經(jīng)周期的日子的數(shù)值在 74處被輸入。如果對象處于月經(jīng)周期的激素活躍階段，則程序在76處再次分叉。這是由于已知疾病狀態(tài)要受到系統(tǒng)激素變化的影響。如果對象處于激素活躍階段，則模式識別程序可能更大程度對兩個(gè)鏡像器官系統(tǒng)或者位置78之間(例如兩個(gè)手足之間或者兩個(gè)乳房之間)的點(diǎn)對點(diǎn)ELFAC電勢中的差異進(jìn)行加權(quán)。如果在78處發(fā)現(xiàn)顯著差異，則PRR值60會(huì)指明更高的癌癥可能性，同時(shí)如果這些差異并未被觀察到，則檢查波形特征80 (例如頻率、 ELFAC波的波峰和/或波谷處的電勢)，以在82或84處確定可能性結(jié)果。另一方面，如果患者并未處于月經(jīng)周期的激素活躍階段內(nèi)，則可以在86處通過模式識別程序來對癥狀區(qū)域(例如，在同一乳房或者手足上)附近的電極部位的最大差異進(jìn)行更大程度的加權(quán)。然后，如果獲得主動(dòng)響應(yīng)，此程序可前進(jìn)至在88處的可能性輸出，或者前進(jìn)至80以進(jìn)行波形評價(jià)以及隨后的可能性輸出。模式識別值可以根據(jù)輸入來自于78還是86而不同。
返回至圖4中的72，如果患者并未處于絕經(jīng)期前，則與輸入對應(yīng)于月經(jīng)周期的日子的值無關(guān)，如在74處。為了說明，數(shù)據(jù)流可根據(jù)在92處的所檢驗(yàn)的可疑損害是否可觸知而前進(jìn)。如果可獲得來自于成像研究的更精確的尺寸信息，則這些數(shù)據(jù)也可以得到應(yīng)用。如果損害是不可觸知的，則程序可前進(jìn)至，在94處確定ELFAC波是否指明可疑損害區(qū)域中的一般去極化(與從相對的乳房或者手足所采集的測量值有關(guān))，并經(jīng)由98在96、或104或者106處具有最終可能性輸出。另一方面，如果在92處損害是可觸知的，則模式識別程序在100處將對來自于癥狀區(qū)域附近的電極部位(例如，同一乳房或者手足上)的最大ELFAC 差異進(jìn)行加權(quán)，而不是對與相對的乳房或者手足有關(guān)的整個(gè)去極化加權(quán)。
如果ELFAC差異高于由預(yù)編程算法98所確定的預(yù)設(shè)閾值，則在106處指明更高的疾病可能性。在94和100處的每一情況下，陰性結(jié)果將導(dǎo)致98處的波形特征分析，且陰性結(jié)果導(dǎo)致104處的更低疾病可能性的報(bào)告并且陽性結(jié)果導(dǎo)致106處的更高疾病可能性的報(bào)告O 雖然圖4提供了模式識別流程的一個(gè)實(shí)施方式，本發(fā)明同樣考慮到可將其他生理變量增加到模式識別模塊58中。例如，損害可觸知性92同樣能夠被整合到針對絕經(jīng)期前對象的判定順序中。另外，80、84、86、90、96、102、104和106處的可能性報(bào)告可與來自于其他診斷研究或者先前的ELFAC檢驗(yàn)的可疑指數(shù)的水平整合。變量的類型和數(shù)量會(huì)取決于疾病診斷或者篩查的具體用途。例如，疾病篩查模式識別模塊不會(huì)包括損害特征，例如圖4中的可觸知性或大小92。取而代之的是，在此可更依賴于人口統(tǒng)計(jì)學(xué)變量，例如對象年齡或者所篩查疾病狀態(tài)的家族史。
因此，對于不同的生理情況，需要不同的判斷截止點(diǎn)或者子模塊(例如，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、決策樹)，比如圖4中的78、82、88、94、98、和100，以使利用電磁場進(jìn)行疾病診斷和篩查的有效性最大化。
本發(fā)明的方法和裝置使被設(shè)計(jì)以在疾病狀態(tài)的診斷和篩查中利用極低頻率交流電(ELFAC)信號的生物調(diào)整模式識別來提供更高的準(zhǔn)確度。信號從身體上的大量不同部位測得，包括已知或者可疑疾病部位。來自于不同部位的信號的提供信息的方面(例如周期、 波峰、波谷、斜率)與其他信息的對比與對象變量整合，以提供檢測和診斷疾病狀態(tài)(例如上皮惡性腫瘤)的更高準(zhǔn)確度。
權(quán)利要求
1.一種篩查或者診斷檢驗(yàn)對象中的疾病狀況的方法，包括經(jīng)由至少一個(gè)傳感器電極和至少一個(gè)參考電極來獲得檢驗(yàn)部位與參考部位之間的電磁頻率信號；對由所述傳感器電極獲得的信號進(jìn)行帶通濾波，以生成傳感器ELFAC信號；對由所述參考電極獲得的信號進(jìn)行帶通濾波，以生成參考ELFAC信號；基于所述ELFAC信號確定疾病的似然性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述ELFAC信號被發(fā)送至處理單元以在所述確定步驟中使用，并且其中，所述處理單元將確定的結(jié)果輸出至顯示裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述確定步驟包括對選自周期、頻率、波峰、波谷、斜率、分維、和混沌中的一個(gè)或多個(gè)ELFAC場波形測量量進(jìn)行比較。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述比較步驟進(jìn)一步包括將相似的傳感器和參考數(shù)據(jù)與低風(fēng)險(xiǎn)疾病狀態(tài)相關(guān)聯(lián)；以及將相異的傳感器和參考數(shù)據(jù)與高風(fēng)險(xiǎn)疾病狀態(tài)相關(guān)聯(lián)；
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，將所述參考電極放置在所述檢驗(yàn)對象上的與所述檢驗(yàn)部位互補(bǔ)或者對稱的位置處。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述參考電極與參考標(biāo)準(zhǔn)溶液接觸。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，將噪聲最小化ELFAC數(shù)據(jù)用于所述確定步驟，其中，通過在平衡周期期間在所述傳感器電極和所述參考電極處連續(xù)測量ELFAC波形來確立噪聲最小化狀況，其中，當(dāng)基本上所有被測量的ELFAC場達(dá)到平衡時(shí)，所述平衡周期結(jié)束， 并且噪聲最小化數(shù)據(jù)被獲得。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，不執(zhí)行所述比較步驟，除非并且直到已經(jīng)獲得噪聲最小化ELFAC數(shù)據(jù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，噪聲最小化ELFAC數(shù)據(jù)與用戶輸入生物對象變量整合并且利用模式識別技術(shù)來比較，并且疾病狀態(tài)存在的可能性作為所述模式識別的結(jié)果被確定。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述生物對象變量選自所述對象的年齡、絕經(jīng)期階段、月經(jīng)周期的日子、可疑損害的可觸知性、可疑損害的大小、可疑損害的尺寸、以及它們的組合。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述生物對象變量為所述對象的絕經(jīng)期階段， 從所述對象的絕經(jīng)期階段來確定要用于給定對象的所述模式識別技術(shù)和波形值。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述生物對象變量為所述對象的月經(jīng)周期的日子，從所述對象的月經(jīng)周期的日子來確定要用于給定對象的所述模式識別技術(shù)和波形值。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述生物對象變量為所述可疑損害的可觸知性，從所述可疑損害的可觸知性來確定要用于給定對象的所述模式識別技術(shù)和波形值。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，可疑損害的大小或尺寸確定要用于給定對象的所述模式識別技術(shù)和波形值。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述對象的年齡確定要用于給定對象的所述模式識別技術(shù)和波形值。
16.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其包括檢測并分析所述對象中的遠(yuǎn)離所述檢驗(yàn)部位的至少一個(gè)位置與所述參考部位之間的ELFAC波形數(shù)據(jù)，并且比較遠(yuǎn)程測量部位ELFAC數(shù)據(jù)與從位于所述檢驗(yàn)部位的至少一個(gè)傳感器電極測得的ELFAC數(shù)據(jù)之間的關(guān)系；其包括通過所述ELFAC數(shù)據(jù)的比較來確定疾病狀態(tài)的存在或不存在。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述對象上的遠(yuǎn)程位置處的所述傳感電極與所述檢驗(yàn)部位隔開。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，電位測量量從檢驗(yàn)對象的身體之上或之內(nèi)的一個(gè)或者多個(gè)位置順序地采集。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，電位測量量從對象人或動(dòng)物的身體之上或之內(nèi)的一個(gè)或者多個(gè)位置同時(shí)地或并發(fā)地采集。
20.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，進(jìn)一步包括針對每個(gè)可能的傳感器電極/參考電極組合對ELFAC信號進(jìn)行編組； 計(jì)算從噪聲最小化ELFAC測量量采集的所述信號的集中趨勢的量； 比較集中趨勢的所述量來達(dá)到疾病診斷和篩查的目的。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括通過將激光聚焦在放置在皮膚表面上的染色層上來去除所述檢驗(yàn)部位和所述參考部位的至少一個(gè)處的角質(zhì)層，以促進(jìn)所述電極的接觸。
22.一種用于在檢驗(yàn)對象之上或之內(nèi)的檢驗(yàn)部位處檢測或者診斷疾病的裝置，所述裝置包括至少一個(gè)傳感器電極，被設(shè)計(jì)用于與所述檢驗(yàn)位置接觸； 至少一個(gè)參考電極，被設(shè)計(jì)用于與一參考部位接觸；帶通濾波器，允許0. OOlHz至0. IHz頻率范圍內(nèi)的極低頻率交流電(ELFAC)通過；處理元件，被配置用以收集、分析和存儲從所述電極獲得的數(shù)據(jù)；其中，所述傳感器電極、參考電極經(jīng)由所述帶通濾波器操作性地耦接于所述處理元件。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的裝置，其中，所述參考電極與所述傳感電極的類型相同并且放置在遠(yuǎn)離所述檢驗(yàn)對象之上或之內(nèi)的檢驗(yàn)部位的位置處。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的裝置，其中，所述參考電極與生理鹽水溶液或者其他人造參考材料接觸。
25.根據(jù)權(quán)利要求22所述的裝置，進(jìn)一步包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器部件，被連接以接收來自每個(gè)所述傳感器電極和所述參考電極的每個(gè) ELFAC信號；以及其中，所述處理元件被連接以接收每個(gè)所述數(shù)字信號，所述處理元件運(yùn)行以比較所述數(shù)字ELFAC信號，以產(chǎn)生疾病診斷或可能性指示。
26.根據(jù)權(quán)利要求22所述的裝置，其中，所述傳感器電極或所述參考電極中的至少一個(gè)包括粘性外部部分，其將所述電極固定至所述檢驗(yàn)或參考部位的表面， 內(nèi)部部分，進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)微型或小型電極，該一個(gè)或多個(gè)微型或小型電極的長度能夠穿透所述檢驗(yàn)部位處的皮膚角質(zhì)層或器官系統(tǒng)的外層，以及其中，每個(gè)微型或小型電極操作性地耦接于所述處理元件。
27.根據(jù)權(quán)利要求22所述的裝置，其中，所述處理元件包括平衡模塊，在所述平衡模塊中分析每個(gè)ELFAC信號以進(jìn)行平衡，從而僅當(dāng)達(dá)到平衡時(shí)，所述處理才執(zhí)行進(jìn)一步的分析。
28.根據(jù)權(quán)利要求22所述的裝置，其中，所述處理元件包括模式識別模塊，在所述模式識別模塊中，所述傳感器ELFAC數(shù)據(jù)與所述參考ELFAC數(shù)據(jù)相比較，并且與所呈現(xiàn)的疾病狀態(tài)的似然性關(guān)聯(lián)。
全文摘要
通過測量和分析極低頻率電磁場(特別是極低頻率交流電)來診斷或者篩查活體中的疾病狀態(tài)的新穎方法和裝置。這種場的測量在身體之上或之內(nèi)的單個(gè)點(diǎn)或幾個(gè)檢驗(yàn)點(diǎn)處執(zhí)行，并且與一個(gè)或多個(gè)參考比較。時(shí)變電磁場中的信息被收集，然后通過診斷或篩查算法處理，以提供關(guān)于所評價(jià)組織的疾病狀態(tài)的信息。
文檔編號A61B5/04GK102186412SQ200980140642
公開日2011年9月14日 申請日期2009年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月22日
發(fā)明者馬克·L·福佩爾 申請人:馬克·L·福佩爾