用于測(cè)量電磁性能的設(shè)備和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于測(cè)量一個(gè)或多個(gè)電磁性能（electromagneticproperty)的設(shè)備 和方法中的至少一個(gè)或多個(gè)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在很多情況下，確定對(duì)象或樣本的電磁性能是有用的。在過去二三十年，開發(fā)了實(shí) 驗(yàn)性的電學(xué)層析成像技術(shù)來實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)。在醫(yī)學(xué)應(yīng)用中，提出了電阻抗斷層成像（EIT) 系統(tǒng)。在這些系統(tǒng)中，導(dǎo)電電極連接至樣本（例如，人體的一部分），并且測(cè)量被用于使樣本 的導(dǎo)電率或電容率的圖像顯影。然而，這種系統(tǒng)還未廣泛地用于醫(yī)療機(jī)構(gòu)。一種相關(guān)技術(shù) 是電容層析成像（ECT)。ECT是一種用于從外部電容測(cè)量確定在對(duì)象的內(nèi)部的電容率分布 的方法。與EIT-樣，ECT系統(tǒng)依然主要在實(shí)驗(yàn)中。少量電極被用于使對(duì)象的近似切片的 一個(gè)或多個(gè)低分辨率圖像顯影。
[0003] 現(xiàn)有的電氣技術(shù)通常僅對(duì)有限范圍的變量來說是靈敏的。例如，ECT可以被用在 非導(dǎo)電系統(tǒng)上，而EIT適用于導(dǎo)電系統(tǒng)。用于導(dǎo)電率映射的EIT的缺點(diǎn)在于電極需要與樣 本直接接觸。因此，不能使整個(gè)范圍的導(dǎo)電率成像。這使其不適用于很多應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 根據(jù)第一方面，提供了一種用于確定興趣區(qū)域（regionofinterest)的一個(gè)或多 個(gè)電磁性能的設(shè)備，包括：至少一個(gè)測(cè)量接口，用于接收與所述興趣區(qū)域相對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多 個(gè)電感測(cè)量（inductivemeasurement)以及與所述興趣區(qū)域相對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)電容測(cè)量 (capacitivemeasurement);以及信號(hào)處理器，通信親接至所述至少一個(gè)測(cè)量接口并且被 布置為至少根據(jù)所接收的一個(gè)或多個(gè)電感測(cè)量獲得導(dǎo)電率的估計(jì)并且至少使用所述導(dǎo)電 率（electricalconductivity)的估計(jì)和接收到的所述一個(gè)或多個(gè)電容測(cè)量確定電容率測(cè) 量（permittivitymeasurement)〇
[0005] 根據(jù)第二方面，提供了一種測(cè)量興趣區(qū)域的一個(gè)或多個(gè)電磁性能的方法，包括：接 收與所述興趣區(qū)域相對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)電感測(cè)量；至少基于所接收的電感測(cè)量確定所述興 趣區(qū)域中的導(dǎo)電率的分布；接收與所述興趣區(qū)域相對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)電容測(cè)量；并且至少 使用所述導(dǎo)電率的分布和所述一個(gè)或多個(gè)電容測(cè)量來確定所述興趣區(qū)域中的電容率的分 布。
[0006] 從參照附圖對(duì)某些示例的做出的以下描述中，另外的特征和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易 見。
【附圖說明】
[0007] 圖1A是示出根據(jù)第一示例的設(shè)備以及興趣區(qū)域的示意圖；
[0008] 圖1B是示出根據(jù)第一示例的設(shè)備以及在興趣區(qū)域中存在的可移動(dòng)對(duì)象的示意 圖；
[0009] 圖1C是示出根據(jù)第二示例的設(shè)備以及興趣區(qū)域的示意圖；
[0010] 圖1D是示出根據(jù)第二示例的設(shè)備以及在設(shè)備與興趣區(qū)域之間的絕緣區(qū)域的示意 圖；
[0011] 圖2A是示出根據(jù)第一示例的多個(gè)傳感器元件的示意圖；
[0012] 圖2B是示出根據(jù)第二示例的多個(gè)傳感器元件的示意圖；
[0013] 圖2C是示出根據(jù)第三示例的多個(gè)傳感器元件的示意圖；
[0014] 圖2D是示出根據(jù)第四示例的多個(gè)傳感器元件的示意圖；
[0015] 圖2E是示出根據(jù)第五示例的多個(gè)傳感器元件的示意圖；
[0016] 圖3A是示出根據(jù)第四示例的設(shè)備的示意圖；
[0017] 圖3B是示出圖3A的設(shè)備的側(cè)視圖的示意圖；
[0018] 圖3C是示出圖3A和圖3B的設(shè)備的一部分的透視圖；
[0019] 圖4A是示出根據(jù)示例的信號(hào)處理器的示意圖；
[0020] 圖4B是示出圖4A的信號(hào)處理器通信耦接至多個(gè)傳感器元件的示意圖；
[0021] 圖4C是示出使用具有圖4B的信號(hào)處理器的信號(hào)控制器的示意圖；
[0022] 圖4D是示出根據(jù)示例的測(cè)量階段的第一部分的示意圖；
[0023] 圖4E是示出根據(jù)示例的測(cè)量階段的第二部分的示意圖；
[0024] 圖4F是示出根據(jù)另一示例的測(cè)量階段的示意圖；
[0025] 圖5是示出根據(jù)示例的信號(hào)處理器的實(shí)施方式的示意圖；
[0026] 圖6是示出根據(jù)示例的層析成像處理器的使用的示意圖；
[0027] 圖7A示出了第一示例興趣區(qū)域的照片以及對(duì)應(yīng)的來自層析成像處理器的第一示 例輸出；
[0028] 圖7B示出了第二示例興趣區(qū)域的照片以及對(duì)應(yīng)的來自層析成像處理器的第二示 例輸出；
[0029] 圖8是示出根據(jù)示例的測(cè)量興趣區(qū)域的一個(gè)或多個(gè)電磁性能的方法的流程圖；
[0030] 圖9是示出根據(jù)示例的驅(qū)動(dòng)一個(gè)或多個(gè)傳感器元件的方法的流程圖；
[0031] 圖10是示出根據(jù)示例的測(cè)量興趣區(qū)域的一個(gè)或多個(gè)電磁性能的方法的流程圖；
[0032] 圖11A是設(shè)備的示例應(yīng)用的前視圖的示意圖；
[0033] 圖11B是設(shè)備的示例應(yīng)用的側(cè)視圖的示意圖；
[0034] 圖12A示出了在測(cè)試?yán)械氖纠d趣區(qū)域的照片；
[0035] 圖12B示出了來自比較電容層析成像（ECT)處理器的針對(duì)測(cè)試?yán)氖纠敵?；?且
[0036] 圖12C示出了來自如在本文中所述的示例層析成像處理器的針對(duì)測(cè)試?yán)氖纠?輸出。
【具體實(shí)施方式】
[0037] 圖1A示出根據(jù)示例100的設(shè)備110。設(shè)備110用于測(cè)量興趣區(qū)域120中的一個(gè)或 多個(gè)電磁性能。興趣區(qū)域120可以是最接近設(shè)備110的空間，例如，線性區(qū)域、二維的平面 或三維的體積。興趣區(qū)域120表示設(shè)備110的測(cè)量范圍并且可以根據(jù)實(shí)施方式而變化。
[0038] 在某些情況下，可以在興趣區(qū)域120內(nèi)存在一個(gè)或多個(gè)對(duì)象。在圖1B中示出了它 的示例。任意的對(duì)象可以是靜止的或可移動(dòng)的，例如，如在圖1B中的虛線箭頭所示。諸如 空氣或液體混合物的對(duì)象可以被保持在流體中。流體可以是絕緣體，使得在興趣區(qū)域中的 任何對(duì)象130通過絕緣區(qū)域140而與設(shè)備110相隔離。換言之，設(shè)備110可以包括非接觸 式裝置，使得在設(shè)備110與至少一部分興趣區(qū)域120和所述區(qū)域中的任何對(duì)象130中任一 個(gè)之間沒有直接電接觸的情況下，可以發(fā)生對(duì)興趣區(qū)域120以及在所述區(qū)域中的任何對(duì)象 130的測(cè)量?？商鎿Q地，流體或流體混合物無論是否包含任何對(duì)象都可以表示要測(cè)量的一組 材料。
[0039] 圖1C示出根據(jù)第二示例105的另一個(gè)設(shè)備115。設(shè)備115還被用于測(cè)量興趣區(qū) 域125中的一個(gè)或多個(gè)電磁性能。在這種情況下，興趣區(qū)域125是在由設(shè)備115的構(gòu)件形 成的邊界內(nèi)的密封面積或體積。例如，在這種情況下，興趣區(qū)域125可以是掃描裝置的內(nèi)部 或者傳送一個(gè)或多個(gè)流體的管道的內(nèi)部。圖1D示出第二示例的另一個(gè)實(shí)施方式，其中，設(shè) 備115通過一個(gè)或多個(gè)中間區(qū)域135與興趣區(qū)域相隔離。例如，這些中間區(qū)域135中的至 少一個(gè)可以包括絕緣材料，使得設(shè)備115通過絕緣體與興趣區(qū)域125相隔離。在這種情況 下，設(shè)備115運(yùn)行在非接觸模式下，例如，在設(shè)備115與興趣區(qū)域125之間沒有直接導(dǎo)電路 徑。例如，設(shè)備115可以被布置為在管線布置的外部，該管線布置包括具有外部聚合物外殼 的內(nèi)部金屬管。如通過圖1A至圖1D的示例所示，設(shè)備110、115可以是非侵入式的，例如， 可以位于興趣區(qū)域的旁邊并且不需要延伸到興趣區(qū)域中。
[0040] 圖2A至圖2E示出了根據(jù)一系列示例的多個(gè)傳感器元件布置。這些布置被示例性 示出并且作為示例，以幫助解釋在本文中描述的具體設(shè)備和方法的操作；還可以實(shí)施未被 示出的其它布置。
[0041] 圖2A示出了根據(jù)示例的傳感器元件的第一布置200。第一布置200包括兩類傳 感器元件的一維陣列210。多個(gè)第一傳感器元件220被布置為提供與最接近一維陣列210 的興趣區(qū)域相對(duì)應(yīng)的電感測(cè)量。然后，多個(gè)第二傳感器元件230被布置為提供與最接近一 維陣列210的同一興趣區(qū)域相對(duì)應(yīng)的電容測(cè)量。例如，多個(gè)第一傳感器元件和多個(gè)第二傳 感器元件可以與興趣區(qū)域上的面對(duì)準(zhǔn)，使得一維陣列210的頂部與在圖1A和圖1B中的設(shè) 備110或者與在圖1C和圖1D中的設(shè)備115對(duì)準(zhǔn)。在后一種情況下，可以具有η個(gè)第一傳 感器元件220和m個(gè)第二傳感器元件230,η和m使得傳感器元件被布置在興趣區(qū)域125的 至少一部分周長(zhǎng)的周圍。同樣，雖然在圖2A中示出了 4個(gè)傳感器元件，但是可以在實(shí)施方 式中采用η個(gè)第一傳感器元件220和m個(gè)第二傳感器元件230,其中，η和m大于1。在一 個(gè)實(shí)施方式中，傳感器元件不與對(duì)象和/或興趣區(qū)域直接電氣接觸。在圖2A中，傳感器元 件一維地交替。
[0042] 第一布置200能夠測(cè)量興趣區(qū)域的一個(gè)或多個(gè)電磁性能。例如，第一布置200可 以輸出信號(hào)的陣列：來自該第一傳感器元件組的信號(hào)可以被用于生成一組導(dǎo)電率測(cè)量和/ 或磁導(dǎo)率測(cè)量（permeabilitymeasurement)，并且來自第二傳感器元件組的信號(hào)可以被用 于生成一組電容率測(cè)量。這些測(cè)量可以是一個(gè)或多個(gè)線性陣列的形式，例如，長(zhǎng)度是η和m 的線性陣列或者元組（tuple)的陣列。第二傳感器元件的電容測(cè)量可以表示位于興趣區(qū)域 中的一個(gè)或多個(gè)介電材料的相對(duì)比例或特征以及位置。
[0043] 在這種情況下，電容率測(cè)量可以表示電場(chǎng)影響以及如何被位于興趣區(qū)域中的對(duì) 象或材料（諸如介電材料）影響。在興趣區(qū)域中的對(duì)象或材料中形成電場(chǎng)可以被看作是 電阻的測(cè)量?？梢砸悦棵追ɡ‵m1)來測(cè)量。在本文中引用的磁導(dǎo)率可以表示支持形成 磁場(chǎng)的對(duì)象或材料的能力，例如，響應(yīng)于所施加的磁場(chǎng)來通過對(duì)象或材料獲得的磁化強(qiáng)度 (magnetisation)。可以以每米亨利（Hm3或者每平方安培牛頓（NA2)來測(cè)量磁導(dǎo)率。
[0044]在一個(gè)示例中，第一傳感器元件可以包括例如電路幾何圖形的線圈布置。第二傳 感器元件