pl - Uniwersytet Śląski

RZECZPOSPOLITA
POLSKA
(12)
OPIS PATENTOWY
(19)
(21) Numer zgłoszenia: 347750
Urząd Patentowy
Rzeczypospolitej Polskiej
(54)
PL
194256
(13) B1
(11)
(51) Int.Cl.
A61B 6/03 (2006.01)
(22) Data zgłoszenia: 25.05.2001
Sposób interaktywnego tomograficznego i przestrzennego obrazowania zmian
impedancji elektrycznej i magnetycznej struktury organizmów i urządzenie do
stosowania tego sposobu
(73) Uprawniony z patentu:
(43) Zgłoszenie ogłoszono:
Uniwersytet Śląski,Katowice,PL
02.12.2002 BUP 25/02
(72) Twórca(y) wynalazku:
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono:
31.05.2007 WUP 05/07
PL 194256 B1
(57)
1. Sposób interaktywnego tomograficznego
i przestrzennego obrazowania zmian impedancji elektrycznej i magnetycznej struktury wewnętrznej organizmów żywych lub materii nieożywionej w obszarze pól elektromagnetycznych, znamienny tym, że obraz przestrzennego rozkładu struktury impedancji elektrycznej
i magnetycznej badanego obiektu tworzy się na
podstawie trzech obrazów uzyskiwanych
z trzech pierścieniowo wytwarzanych wokół
badanego obiekt pól elektromagnetycznych,
dwóch pól generujących dwa obrazy tak zwane
płaszczyznowe - tomograficzne ograniczające
przestrzeń badanego obiektu oraz jednego pola
elektromagnetycznego generującego obraz
przestrzenny w wydzielonej przez pola płaszczyznowe części badanego obiektu.
Andrzej Dyszkiewicz,Cieszyn,PL
Zygmunt Wróbel,Katowice,PL
2
PL 194 256 B1
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest sposób interaktywnego tomograficznego i przestrzennego obrazowania zmian impedancji elektrycznej i magnetycznej struktury organizmów oraz urządzenie do stosowania tego sposobu.
Do jednych z podstawowych problemów współczesnej diagnostyki w naukach biologicznych,
medycynie i technice, należą metody obrazowania wnętrza struktur przestrzennych, takich jak żywe
organizmy lub odlewy z tworzyw sztucznych i metali. Obrazowanie wnętrza bryły, którego nie można
w żaden sposób zobaczyć bez zniszczenia materiału lub w przypadku obiektów biologicznych bez
wykonania laparoskopii czy operacji umożliwia realizację zadań diagnostycznych bez narażania zdrowia i życia organizmów żywych oraz ponoszenia dużych kosztów ekonomicznych. Do sposobów obrazowania można zaliczyć dwie niżej podane zasadnicze grupy.
Sposoby sensoryczne, bazujące wyłącznie na rejestracji różnych rodzajów energii emitowanych
przez żywy organizm lub bryłę. Należą do nich termografia, magnetometria, elektrografia.
Sposoby interaktywne, funkcjonujące w systemach oddziaływujących na badany obiekt sparametryzowaną wiązką wybranej energii, a następnie określających przestrzennie i ilościowo parametry
odbicia i pochłonięcia. Na podstawie rozkładu gęstości rejestrowanej wtórnie energii, możliwa jest
kreacja obrazu wnętrza badanej struktury. Ważnym problemem związanym z rozdzielczością metody
jest stosowanie mniejszej długości fali, a tym samym wyższej częstotliwości nośnika od wymiarów
liniowych struktur wewnętrznych, które chcemy zobaczyć. Możemy tu wymienić: radiografię, z której
wyewoluowała tomografia komputerowa ultrasonografie czyli tomografię ultradźwiękową, tomografię
jądrowego rezonansu magnetycznego i pozytronową tomografię emisyjną scyntygrafię.
Pomimo ograniczania do minimum ekspozycji pacjenta na oddziaływanie pól elektromagnetycznych istnieją jednak pewne zagrożenia, do których można zaliczyć zaburzenia regulacyjne ośrodkowego układu nerwowego, zaburzenia metaboliczne tkanek i narządów, efekty teratogenne w płodzie, szczególnie w I i II trymestrze ciąży, efekty neogenezy lub hamowania mechanizmów usuwających komórki nowotworowe w organizmie. Zadaniem niniejszego wynalazku jest usunięcie tych zagrożeń lub ich znaczne ograniczenie w praktyce diagnostycznej.
Zgodnie z wynalazkiem, sposób interaktywnego tomograficznego i przestrzennego obrazowania
zmian impedancji elektrycznej i magnetycznej struktury wewnętrznej organizmów żywych lub materii
nieożywionej w obszarze pól elektromagnetycznych polega na tym, że obraz przestrzennego rozkładu
impedancji elektrycznej i magnetycznej badanego obiektu tworzy się na podstawie trzech obrazów
uzyskiwanych z trzech pierścieniowo wytwarzanych wokół badanego obiekt pól elektromagnetycznych, dwóch pól generujących dwa zwłaszcza obrazy płaszczyznowe - tomograficzne ograniczające
przestrzeń badanego obiektu oraz jednego pola elektromagnetycznego generującego zwłaszcza obraz przestrzenny w wydzielonej przez pola płaszczyznowe części badanego obiektu.
Zastosowanie tego sposobu w praktyce diagnostycznej stwarza możliwość stosowania niewielkich dawek ekspozycyjnych, leżących poniżej progu zaburzeń funkcji organizmu. Postać aplikowanej
energii wymuszającej jest łatwa dla modyfikacji parametrów a przedział uzyskiwanych częstotliwości
jest znacznie wyższy od fal ultradźwiękowych, z czym łączy się wyższa rozdzielczość. Do dalszych
cech i zalet wynalazku należy łatwość ekranowania urządzenia od otoczenia w zakresie zakłóceń RTV
oraz od innych pacjentów (klatka Faraday'a/) oraz niska cena i duża dostępność podzespołów służących do konstrukcji systemu.
Urządzenie według wynalazku jest uwidocznione w przykładach jego wykonania na rysunkach,
na którym fig. 1 przedstawia ogólny schemat urządzenia do interaktywnego tomograficznego i przestrzennego obrazowania zmian impedancji elektrycznej i magnetycznej struktury organizmów w postaci urządzenia stacjonarnego, fig. 2 - w postaci urządzenia przenośnego, fig. 3 przedstawia przestrzenny schemat rozmieszczenia poszczególnych zestawów cewek, jeden zestaw cewek przestrzennych oraz dwa zestawy cewek płaszczyznowych tomograficznych w pierścieniu diagnostycznym, gdzie poszczególne cewki są połączone w dwóch pierścieniach cewek płaszczyznowych,
fig. 4 przedstawia schematyczny układ generowanych pól elektromagnetycznych ich obrazy płaszczyznowe - tomograficzne ograniczające przestrzeń badanego obiektu oraz pole elektromagnetyczne generujące tak zwany obraz przestrzenny w wydzielonej przez pola płaszczyznowe części badanego obiektu.
PL 194 256 B1
3
Ogólny schemat stacjonarnego urządzenia do interaktywnego tomograficznego i przestrzennego obrazowania zmian impedancji elektrycznej i magnetycznej struktury organizmów jest uwidoczniony na fig. 1. Urządzenie składa się ze stelaża 1 na którym na ruchomej leżance 2 znajduje się badany
obiekt 3. Ruchoma leżanka 2 umożliwia prostopadłe przemieszczanie badanego obiektu 3 względem
pierścienia diagnostycznego 4. W pierścieniu diagnostyczny 4 są pierścieniowo umieszczone trzy
zestawy nadawczo-odbiorczych cewek 5a i 5b, 6a i 6b oraz 7a i 7b.
Nadawczo-odbiorcze cewki 5a -5b, 6a - 6b oraz 7a - 7b są połączone z trzema sterowanymi
generatorami impulsów pola elektromagnetycznego i czujnikami tego pola. Pracą generatorów impulsów pola elektromagnetycznego i czujnikami tego pola, steruję komputerowy systemem 11 przetwarzania i analizy obrazów zmian impedancji elektrycznej i magnetycznej struktury organizmów. Na fig. 2
jest uwidoczniony schemat przenośnego urządzenia w którym pierścień diagnostyczny jest wykonany
w postaci diagnostycznego pasa 4 nakładanego na badany obiekt.
Na fig. 3 jest przedstawiony schematycznie przestrzenny rozkład rozmieszczenia poszczególnych zestawów nadawczo-odbiorczych cewek 5a - 5b, 6a - 6b oraz 7a i 7b. Dwa zestawy „małych"
tzw. tomograficznych nadawczo-odbiorczych cewek 5a i 5b, 6a i 6b są umieszczone w okręgu pierścienia diagnostycznego 4 w dwóch równoległych płaszczyznach o zadanej odległości miedzy nimi
które ograniczają przestrzeń badanego obiektu 3. Zestaw „dużych" to jest przestrzennych nadawczoodbiorczych cewek 7a - 7b umieszczony jest po powierzchni walca obejmującego badany obiekt 3.
Na fig. 4 przedstawiono schematycznie rozkład pól elektromagnetycznych generowanych przez
poszczególne pojedyncze cewki nadawczo-odbiorcze wchodzące w skład odpowiednio zestawów
nadawczo-odbiorczych cewek 5a - 5b, 6a - 6b oraz 7a - 7b. Pola elektromagnetyczne generowane
i odbierane przez poszczególne zestawy nadawczo-odbiorczych cewek 5a - 5b, 6a - 6b oraz 7a -7b
zilustrowano w postaci „rurek". Obraz „rurek" cyklicznie i rotacyjnie jest przesuwany w trzech płaszczyznach A, B oraz C zestawów cewek za pomocą trzech sekwencyjnie sterowanych generatorów
impulsów 8, 9, oraz 10 pola elektromagnetycznego i odpowiednio czujnikami tego pola. Pracą generatorów impulsów pola elektromagnetycznego i czujników tego pola, steruję komputerowy systemem 11
przetwarzania i analizy obrazów zmian impedancji elektrycznej i magnetycznej struktury organizmów.
Stacjonarne urządzenie do interaktywnego tomograficznego i przestrzennego obrazowania
zmian impedancji elektrycznej i magnetycznej struktury organizmów którego ogólny schemat ideowy
przedstawione na fig. 1, składa się jak już podano ze stelaża na którym na ruchomej leżance 2 znajduję się badany obiekt 3. Ruchoma leżanka 2 umożliwia prostopadłe przemieszczanie badanego
obiektu 3 względem diagnostycznego pierścienia 4. W diagnostycznym pierścieniu 4 są pierścieniowo
umieszczone trzy zestawy nadawczo-odbiorczych cewek 5a - 5b, 6a - 6b oraz 7a - 7b. Nadawczo-odbiorcze cewki 5a - 5b, 6a - 6b wytwarzają pole magnetyczne w dwóch „cienkich" warstwach ograniczających przestrzeń badanego obiekt 3 w kierunku równoległym. Nadawczo-odbiorcze cewki 7a 7b wytwarzają pole magnetyczne w przestrzenni ograniczonej dwoma płaszczyznami utworzonymi
z cewek nadawczo-odbiorczych 5a - 5b, 6a - 6b. Wszystkie trzy zestawy cewek nadawczo-odbiorczych są połączone z trzema sterowanymi generatorami 8, 9, 10 impulsów pola elektromagnetycznego i czujnikami tego pola. Pracą generatorów impulsów pola elektromagnetycznego i czujnikami
tego pola, steruje komputerowy systemem 11 przetwarzania i analizy obrazów zmian impedancji elektrycznej i magnetycznej struktury organizmów.
W przenośnym wykonaniu urządzenia uwidocznionego na fig. 2 diagnostyczny pierścień jest
zastąpiony diagnostycznym pasem 4.
Istotną cechą interaktywnego tomograficznego i przestrzennego obrazowania zmian impedancji
elektrycznej i magnetycznej struktury organizmów jest zastosowanie trzech zestawów cewek. Dwa
zestawy „małych" tomograficznych cewek 5a - 5b, 6a - 6b rozmieszczone w dwóch równoległych
okręgach diagnostycznego pierścienia 4 sondują tomograficznie badany obiekt 3 w dwóch „wąskich"
płaszczyznach. Zestaw „dużych" przestrzennych cewek 7a -7b sonduje przestrzennie badany obiekt 3.
Przestrzeń badanej struktury obiektu 3 jest ograniczona powierzchnią w kształcie walca którego powierzchnię boczną tworzy zestaw przestrzennych cewek 7a - 7b natomiast dwie równoległe podstawy
walca tworzą dwa zestawy tomograficznych cewek 5a - 5b, 6a - 6b.
Każda nadawcza cewka 5a, 6a oraz 7a z zestawu nadawczo-odbiorczych cewek 5a - 5b,
6a - 6b oraz 7a - 7b wytwarza pole elektromagnetyczne w przestrzeni pierścienia diagnostycznego 4,
w którym znajduje się badany obiekt 3 na przykład kończyna. Odbiorcze cewki 5b, 6b oraz 7b z zestawu cewek nadawczo-odbiorczych 5a - 5b, 6a - 6b oraz 7a - 7b rejestrują zmiany wartości impedancji elektrycznej i magnetycznej. Wielowarstwowa budowa organizmu żywego lub niejednorodności
4
PL 194 256 B1
struktury badanej bryły powodują niejednorodny przestrzennie rozkład indukcji magnetycznej. Jeżeli
proces indukcja - pomiar przemieszcza się po obwodzie pierścienia diagnostycznego, otrzymuje się
dane o rozkładzie indukcji z różnych kierunków kątowych. Umożliwia to stworzenie mapy rozkładu
indukcji z możliwością przełożenia na skalę szarości i generowanie obrazu przestrzennego rozkładu
zmian impedancji elektrycznej i magnetycznej struktury badanych organizmów oraz poszerzenie zakresu możliwości diagnostycznych organizmów żywych przy zastosowaniu wiązki wymuszającej
o niskim widmie energetycznym, co jest zadaniem a zarazem główną cechą i zaletą wynalazku.
Zastrzeżenia patentowe
1. Sposób interaktywnego tomograficznego i przestrzennego obrazowania zmian impedancji
elektrycznej i magnetycznej struktury wewnętrznej organizmów żywych lub materii nieożywionej
w obszarze pól elektromagnetycznych, znamienny tym, że obraz przestrzennego rozkładu struktury
impedancji elektrycznej i magnetycznej badanego obiektu tworzy się na podstawie trzech obrazów
uzyskiwanych z trzech pierścieniowo wytwarzanych wokół badanego obiekt pól elektromagnetycznych, dwóch pól generujących dwa obrazy tak zwane płaszczyznowe - tomograficzne ograniczające
przestrzeń badanego obiektu oraz jednego pola elektromagnetycznego generującego obraz przestrzenny w wydzielonej przez pola płaszczyznowe części badanego obiektu.
2. Urządzenie do wykonania sposobu według zastrz. 1, znamienne tym, że pierścień diagnostyczny (4) obejmujący obiekt (3) składa z trzech pierścieniowo i równolegle umieszczonych zestawów
nadawczo- odbiorczych cewek (5a - 5b), (6a - 6b) oraz (7a - 7b), dwa zestawy „małych" tak zwanych
tomograficznych nadawczo-odbiorczych cewek (5a - 5b), (6a - 6b) umieszczone równolegle
w zadanej odległości ograniczające przestrzeń badanego obiektu (3) oraz jednego zestawu „dużych"
tzw. przestrzennych nadawczo-odbiorczych cewek (7a - 7b) umieszczonych po powierzchni walca
ograniczonego płaszczyznami utworzonymi z nadawczo-odbiorczych cewek (5a - 5b), oraz nadawczoodbiorczych cewek (6a - 6b).
3. Urządzenie według zastrz. 2, znamienne tym, że poszczególne tomograficzne nadawczoodbiorcze cewki (5a - 5b) i (6a - 6b) oraz przestrzenne nadawczo-odbiorcze cewki (7a - 7b) są połączone ze sterowanymi generatorami impulsów (8), (9), (10) pola elektromagnetycznego i czujnikami
tego pola, które są połączone z komputerowym systemem (11) przetwarzania i analizy obrazów zmian
impedancji elektrycznej i magnetycznej struktury organizmów.
Rysunki
PL 194 256 B1
5
6
PL 194 256 B1
Departament Wydawnictw UP RP
Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.