[发明专利]使用微波监测身体

说明书

本发明涉及一种用于非侵入性测定身体的组织和器官的生理性质和病况的方法与设备，例如脑部，特别是通过测量所述脑部搏动的特性。

通常，可通过使用磁共振成像(MRI)扫描或计算机X射线断层扫描(CT)对身体的相关部位进行成像(即构建不同组织的可视化图)来辨识对于身体各部位的损伤或身体各部位的病理，例如脑病理，诸如蛛网膜下出血或中风。

MRI利用核磁共振在身体的原子的原子核中的性质来提供可在三个维度生成的图像。该设备非常庞大和笨重，而且还要求非常大的、大功率的磁体。这样的扫描仪不是便携式的。因此，MRI扫描仪在它们的使用方面是受限的，因为它们只能在医疗机构的专用单位中使用。

此外，MRI扫描仪要求患者被放置在一有限的空间内并保持静止达数量级为约15到90分钟之间的一延长的时间长度。在很多情况下，最小化治疗时间对于增加治疗的有利结果是至关重要的；MRI扫描仪所花费的时间长度与这个目标并不相符。

CT扫描仪利用电离辐射(例如X射线、γ射线、或正电子)源。在它们穿过身体后检测所述电离辐射，从而构建所扫描区域的断层图像。

存在一些缺点与CT扫描仪相关联。特定地，电离辐射的使用带来了癌症风险的增加。此外，CT扫描仪很笨重(即使便携式扫描仪也是体积庞大且笨重不利运输)且昂贵。

因此，存在对于便宜和轻量(高度便携)的设备的需要和对应的方法，它们可快速检测身体是否有问题，特别是脑部，且它们不会使患者暴露于电离辐射。

微波成像技术方面的最新进展显示其适用于无损测试方面中的潜力，包括医学领域。

在这样的技术中，微波设备将微波辐射施加至到成像物体。当辐射传输通过所述物体时，待成像的物体对微波电磁场产生影响。电磁场的这样的变化有关于衰减、反射、和衍射。这些过程都取决于所调查物体的介电常数和电导率的空间变化。介电常数测量当在电介质(可由所施加的电场所极化的电绝缘体)中形成电场时遭遇多少电阻。另一方面，电导率测量材料导通这样的电流的能力。

衰减是由于介电传播(微波在电场中传播的方式)在各种类型的组织中强度的逐渐损伤。这样类型的组织的复介电常数的所诱导的变化继而在不同组织之间的接口处创建反射。这反射导致在特定部位处的组合的反向传播和部分透射的波，即衍射。

流向脑部的血流不稳定；它与心跳同步变化。由于脑部被封闭在一有限的容积内(颅骨)，变化的血压导致脑部搏动。脑部的这个特性称为搏动，或颅内脉动。正常静止的成人的心率范围为每分钟60到80次。运动或压力后，心脏可跳动得更快。因此，脑部搏动频率为1赫兹或以下的数量级。

脑部的搏动可受到各种医疗性病况的影响，特别是脑血管病理，例如，诸如蛛网膜下出血或中风。因此，对脑部搏动特性的测量可用做这些(和其他)脑血管病理的指标。

根据本发明的第一个方面，此处提供一种测定脑部的第一部分的搏动特性的方法，包括：发送微波脉冲至所述脑部的所述第一部分；接收对应于所述脉冲的检测的信号；并处理所述信号。

所检测到的脉冲可以是从所述脑部的所述第一部分反射出来的反射的脉冲，或可以是传输通过所述脑部的所述第一部分的脉冲。

优选地，所述微波脉冲是超宽带微波脉冲。此处，“超宽带”具有本领域中已知的标准含义，即发射的信号带宽超过500MHz或中心频率的20％中较小者的脉冲。超宽带脉冲特别适合，因为它们可短距离(例如，传播达到身体里的约10cm处)和可具有低功耗(例如，-10到-30dBm)。

优先地，所确定的所述特性是所述脑部的所述第一部分的搏动(脉动)的频率。可选地或附加地，所确定的所述特性是所述脑部的所述第一部分的搏动(脉动)的幅度。可选地或附加地，所述特征可以是脑组织的运动的模式或特性。

优先地，所述方法还包括确定所述脑部的第二部分搏动的特性并且与所述脑部的所述第一部分的搏动特性相比较。此处，所述脑部的所述第一部分和所述第二部分可以是所述脑部中任何两个空间分离的区域。例如，所述脑部的所述第一部分可以是脑部半球中一个的一部分，且所述脑部的所述第二部分可以是所述脑部相对的半球的一部分。可选地，所述脑部的所述第一部分可以是所述脑部前面(前部)区域的一部分，且所述脑部的所述第二部分可以是所述脑部后面(后部)区域的一部分。

对所述脑部的第二部分的各搏动特性的比较可用于指示特定脑部病理的存在或不存在。例如，在对于所述脑部的一部分的创伤性头部损伤后，血流至颅骨可影响受损伤部分的搏动。受损伤部分和未受损伤部分的搏动之间的比较可允许确定特定脑部病理的存在或不存在。