[发明专利]使用经引导电磁场确定非均匀样本的特性的层析成像系统及方法

说明书

本文提供一种用于通过引导电场穿过非均匀电介质样本的传播来确定非均匀电介质样本内特定区域的特性的系统。各种实施例包含用于产生电磁波形的至少一个电磁能量源，所述电磁波形包括沿着指定路径传播的电场，所述指定路径界定电场传播穿过的一系列空间区域。在一些实施例中，指定路径包含电场调制元件，所述电场调制元件确定沿着指定路径的电场传播的速率。一些实施例包含用于引导电场在指定路径中穿过非均匀电介质样本传播的多个导体，当电场沿着指定路径传播时，电场跨越多个导体中的两者或更多者之间。在一些实施例中，多个导体是在非均匀电介质样本的外部。

相关申请

本专利申请要求2018年4月25日提交的标题为“使用经引导电磁波确定非均匀对象的特性的层析成像系统及方法(Tomographic Systems and Methods for DeterminingCharacteristics of Inhomogenous Subjects Using Guided Electromagnetic Waves)”的第62/662,594号美国临时专利申请及2018年12月19日提交的标题为“将电介质特性的测量局部化到非均匀电介质内的区域的方法(Method to Localize Measurement ofDielectric Characteristics to a Region within Inhomogeneous Dielectrics)”的第62/781,846号美国临时专利申请的优先权及权益。上述揭示内容(包含其中引用的所有参考文献)在此以引用的方式全部并入本文中。

技术领域

本技术涉及用于确定对象的特性及/或内容物的询问系统。特别地但非限制性地，本技术提供用于确定电介质样本的特性及/或内容物的询问系统。

背景技术

本节中描述的方法可被实行，但不一定是先前已设想或实行的方法。因此，除非另有指示，否则不应仅凭借本节中所描述的方法的任何者包含在本节中而将其假定为现有技术。

电阻抗、电容及微波层析成像术有可能成为医学、安全及制造领域以及其它领域的有力工具，这些领域将受益于可从材料介电性质收集的大量诊断信息。与主要指示材料密度的X射线或超声波测量不同，介电性质对个别材料可以是唯一的，且例如可用于识别特定组织或肿瘤，或区分爆炸物与食品。迄今为止，已发现这些介电成像技术在精品诊断或允许进行介电测量的特定情况下的使用有限。

材料的介电性质不容易解析到特定的空间区域，因为介电结构可使电磁场的传播以非线性方式弯曲、扭曲、反射及衍射，从而使它们的空间位置及底层介电特性都变得模糊。

电磁场穿过受研究对象(即样本)的路径将根据场的频率或更一般地根据场的变化速率而改变。在静态条件下，或在波长比受调查介电结构长一个数量级或更多的情况下，受研究对象的阻抗特性将确定电流的路径——场将被牵引到最低阻抗的材料中。但是，随着频率增加，传播将呈现更多类似射线的行为，且传播将由传播速度最高的材料主导。

传统上，这两种方案的处理方式不同。低频或静态技术，例如电阻抗层析成像术(EIT)或电容层析成像术(ECT)(通常称为软场层析成像术，因为场的弯曲及折曲与穿过物体的X射线的硬场或直线形成对比)将电极阵列施加到受研究物体的表面，且循序地施加电流使其通过电极对以绘制等势线。接着，计算机算法迭代遍历区域的可能阻抗，以匹配在数据中测得的等势曲线。

低频或静态EIT/ECT场可极大地使内部细节模糊，尤其在距介电结构相当大的距离处，因为场随着距离趋向平滑。静态技术还难以应对多层结构，这是将EIT/ECT电极直接施加到受研究物体的关键原因，因为气隙会添加高阻抗层，且阻抗边界可使其中的场结构模糊。