Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Электроимпедансная томография
КТ грудной клетки человека, показывающая текущие пути для EIT corrected.jpg
Рисунок 1: Поперечный разрез грудной клетки человека с рентгеновской компьютерной томографии, показывающий линии тока и эквипотенциалы от приводных электродов. Обратите внимание, как линии изгибаются из-за изменения проводимости между разными органами. [1]
Цельизмерения используются для формирования томографического изображения части тела человека

Электроимпедансная томография ( EIT ) - это неинвазивный тип медицинской визуализации, при котором электрическая проводимость , диэлектрическая проницаемость и импеданс части тела выводится из измерений поверхностных электродов и используется для формирования томографического изображения.изображение этой части. Электропроводность значительно варьируется между различными биологическими тканями (абсолютная EIT) или движение жидкостей и газов внутри тканей (разница EIT). В большинстве систем EIT применяются небольшие переменные токи на одной частоте, однако некоторые системы EIT используют несколько частот, чтобы лучше различать нормальную и предполагаемую патологическую ткань в одном органе (многочастотная EIT или спектроскопия электрического импеданса).

Обычно проводящие поверхностные электроды прикрепляются к коже вокруг исследуемой части тела. Небольшие переменные токи будут подаваться на некоторые или все электроды, а результирующие эквипотенциалы будут записаны с других электродов (рисунки 1 и 2). Затем этот процесс будет повторяться для множества различных конфигураций электродов и, наконец, приведет к двумерной томограмме в соответствии с включенными алгоритмами восстановления изображения. [2] [3]

Поскольку содержание свободных ионов определяет проводимость ткани и жидкости, мышцы и кровь будут проводить приложенные токи лучше, чем жировая, костная или легочная ткань. [2] Это свойство можно использовать для восстановления статических изображений по морфологическому или абсолютному EIT (a-EIT). [4] Однако, в отличие от линейного рентгеновского излучения, используемого в компьютерной томографии, электрические токи распространяются в трехмерном пространстве по пути наименьшего сопротивления. Это означает, что часть электрического тока покидает поперечную плоскость и приводит к передаче импеданса. Этот и другие факторы являются причиной того, почему реконструкция изображения в абсолютном EIT настолько сложна, поскольку обычно существует более чем одно решение для восстановления изображения трехмерной области, спроецированной на двумерную плоскость.

Математически проблема восстановления проводимости по поверхностным измерениям тока и потенциала является нелинейной обратной задачей и крайне некорректно поставлена . Математическая постановка задачи связана с Альберто Кальдерон , [5] и в математической литературе обратных задач часто называют «обратной задачи Кальдерона» или «проблемы» Кальдерона. Существует обширное математическое исследование проблемы единственности решения и численных алгоритмов для этой задачи. [6]

По сравнению с проводимостью большинства других мягких тканей грудной клетки человека, проводимость легочной ткани примерно в пять раз ниже, что приводит к высокому абсолютному контрасту. Эта характеристика может частично объяснить количество исследований, проведенных в области визуализации легких с помощью EIT. [2] Кроме того, проводимость легких сильно колеблется во время цикла дыхания, что объясняет огромный интерес исследовательского сообщества к использованию ЭИТ в качестве прикроватного метода для визуализации неоднородности вентиляции легких у пациентов с механической вентиляцией легких. [4] Измерения EIT между двумя или более физиологическими состояниями, например, между вдохом и выдохом, поэтому называются EIT разницы во времени (td-EIT).

Разница во времени EIT (td-EIT) имеет одно большое преимущество перед абсолютным EIT (a-EIT): неточности, возникающие из-за межличностной анатомии, недостаточного контакта с кожей поверхностных электродов или переноса импеданса, могут быть исключены, поскольку большинство артефактов устраняются сами собой из-за простого вычитания изображения. в f-EIT. Это, скорее всего, причина того, что на сегодняшний день наибольший прогресс в исследованиях EIT был достигнут с разницей в EIT. [2] [4] [7]

Дальнейшие предлагаемые приложения EIT включают обнаружение / локализацию рака в коже , груди или шейке матки , локализацию эпилептических очагов , [8] визуализацию активности мозга. [9], а также диагностический инструмент при нарушении опорожнения желудка. [2] [8] [10] Попытки обнаружить или локализовать тканевую патологию в пределах нормальной ткани обычно основываются на многочастотной EIT (MF-EIT), также называемой электроимпедансной спектроскопией (EIS), и основаны на различиях в моделях проводимости на разных частотах.

Изобретение EIT в качестве метода медицинской визуализации обычно приписывается Джону Г. Вебстеру и публикации в 1978 г. [11], хотя первая практическая реализация медицинской системы EIT была подробно описана в 1984 г. благодаря работе Дэвида К. Барбера и Брайан Х. Браун . [12] Вместе Браун и Барбер опубликовали первую томограмму электрического импеданса в 1983 году, визуализируя поперечное сечение предплечья человека с помощью абсолютной EIT. [13] Несмотря на то, что за это время был достигнут значительный прогресс, большинство приложений a-EIT все еще считаются экспериментальными. [8] Однако два коммерческих прибора f-EIT для мониторинга функции легких. в реанимацию пациентов начали внедрять совсем недавно.

Методика, аналогичная EIT, используется в геофизике и мониторинге промышленных процессов - томография электросопротивления . По аналогии с EIT, поверхностные электроды размещаются на земле, в буровых скважинах или внутри емкости или трубы для обнаружения аномалий удельного сопротивления или мониторинга смесей проводящих жидкостей. [14] Методы настройки и реконструкции сравнимы с EIT. В геофизике эта идея возникла в 1930-х годах.

Томография электрического сопротивления также была предложена для отображения электрических свойств подложек [15] и тонких пленок [16] для электронных приложений.

Теория [ править ]

В этом прототипе электроды прикреплены вокруг грейпфрута, который представляет собой голову ребенка. В грейпфрут вводят жидкость, чтобы имитировать кровоизлияние в мозг.

Как упоминалось ранее, электрическая проводимость и диэлектрическая проницаемость различаются для разных типов биологических тканей и зависят от содержания в них свободных ионов. [2] [3] [8] Дополнительные факторы, влияющие на проводимость, включают температуру и другие физиологические факторы, например, дыхательный цикл между вдохом и выдохом, когда легочная ткань становится более проводящей из-за более низкого содержания изоляционного воздуха в ее альвеолах.

После размещения поверхностных электродов через клейкие электроды, электродную ленту или токопроводящий электродный жилет вокруг интересующей части тела, переменные токи обычно в несколько миллиампер с частотой 10–100 кГц будут подаваться на два или более приводных электрода. Остальные электроды будут использоваться для измерения результирующего напряжения. Затем процедура будет повторяться для множества «схем стимуляции», например, для последовательных пар соседних электродов, пока не будет завершен весь круг, и реконструкция изображения может быть выполнена и отображена цифровой рабочей станцией, которая включает сложные математические алгоритмы и априорные данные. [2] [3] [4] [17] [18] [19]

Сам ток подается с использованием источников тока , либо одного источника тока, переключаемого между электродами с помощью мультиплексора, либо системы преобразователей напряжения в ток , по одному на каждый электрод, каждый из которых управляется цифроаналоговым преобразователем . Измерения снова могут быть выполнены либо с помощью одной схемы измерения напряжения, мультиплексированной по электродам, либо с помощью отдельной схемы для каждого электрода. Более ранние системы EIT по-прежнему использовали аналоговую схему демодуляции для преобразования переменного напряжения в уровень постоянного тока перед тем, как пропустить его через аналого-цифровой преобразователь.. Новые системы преобразуют переменный сигнал непосредственно перед выполнением цифровой демодуляции. В зависимости от индикации некоторые системы EIT могут работать на нескольких частотах и ​​измерять как величину, так и фазу напряжения. Измеренные напряжения передаются на компьютер для восстановления и отображения изображения. Выбор диаграммы тока (или напряжения) существенно влияет на отношение сигнал / шум. С помощью устройств, способных подавать токи от всех электродов одновременно (например, ACT3 [20] ), можно адаптивно определять оптимальные схемы тока. [21]

Если изображения должны отображаться в реальном времени, то типичным подходом является применение некоторой формы регуляризованной обратной линеаризации прямой задачи [22] или быстрой версии метода прямой реконструкции, такого как метод D-стержня. [23] Большинство практических систем, используемых в медицинской среде, генерируют «разностное изображение», то есть разница в напряжении между двумя временными точками умножается слева на регуляризованную обратную величину для расчета приблизительной разницы между изображениями диэлектрической проницаемости и проводимости. Другой подход заключается в построении конечно-элементной модели тела и корректировке проводимости (например, с использованием варианта метода Левенбурга – Маркварта).), чтобы соответствовать измеренным данным. Это сложнее, так как требует точной формы тела и точного положения электродов.

Большая часть фундаментальных работ, лежащих в основе электрического импеданса, была проделана в Политехническом институте Ренсселера, начиная с 1980-х годов. [3] [17] [21] [22] [24] [25] [26] См. Также работу, опубликованную в 1992 году в рамках проекта Glenfield Hospital Project (ссылка отсутствует).

Абсолютные подходы EIT нацелены на цифровую реконструкцию статических изображений, то есть двумерное представление анатомии в пределах интересующей части тела. Как упоминалось выше, и в отличие от линейных рентгеновских лучей в компьютерной томографии , электрические токи распространяются в трехмерном пространстве по пути наименьшего удельного сопротивления (рисунок 1), что приводит к частичной потере приложенного электрического тока (передача импеданса, например, из-за кровотока через поперечная плоскость). [3] [18] [19] Это одна из причин, почему реконструкция изображения в абсолютном EIT настолько сложна, поскольку обычно существует более чем одно решение для восстановления изображения трехмерной области, спроецированной на двумерную плоскость. . [4] [18]Другая трудность заключается в том, что с учетом количества электродов и точности измерения на каждом электроде можно различить только объекты, превышающие заданный размер. [26] [27] Это объясняет необходимость очень сложных математических алгоритмов, которые будут решать обратную задачу и ее некорректность.

Дальнейшие трудности при абсолютном EIT возникают из-за различий в проводимости электродов между и внутри индивидов со связанными искажениями изображения и артефактами. Также важно помнить, что интересующая часть тела редко бывает точно круглой и что анатомия у разных людей различается, например, форма грудной клетки, что влияет на расстояние между электродами. [28] Априорные данные, учитывающие типичные для возраста, роста и пола анатомические особенности, могут снизить чувствительность к артефактам и искажениям изображения. [29] Улучшение отношения сигнал / шум, например, за счет использования электродов с активной поверхностью, дополнительно снижает ошибки изображения. [30] [31]Некоторые из последних систем EIT с активными электродами контролируют работу электродов через дополнительный канал и могут компенсировать недостаточный контакт с кожей, удаляя их из измерений.

Разница во времени EIT обходит большинство этих проблем, записывая измерения у одного и того же человека между двумя или более физиологическими состояниями, связанными с линейными изменениями проводимости. Один из лучших примеров этого подхода - легочная ткань во время дыхания из-за линейных изменений проводимости между вдохом и выдохом, которые вызваны изменением содержания изоляционного воздуха во время каждого цикла дыхания. [2] Это позволяет выполнять цифровое вычитание записанных измерений, полученных во время цикла дыхания, и дает в результате функциональные изображения вентиляции легких. Одно из основных преимуществ состоит в том, что относительные изменения проводимости остаются сопоставимыми между измерениями, даже если один из записывающих электродов менее проводящий, чем другие, тем самым уменьшая большинство артефактов и искажений изображения. [7]Однако включение априорных наборов данных или сеток в разностную EIT по-прежнему полезно для проецирования изображений на наиболее вероятную морфологию органа, которая зависит от веса, роста, пола и других индивидуальных факторов. [29]

Проект с открытым исходным кодом EIDORS [32] предоставляет набор программ (написанных на Matlab / GNU_Octave ) для реконструкции и отображения данных под лицензией GNU GPL. Прямой нелинейный метод D-стержня [33] для нелинейной реконструкции EIT доступен в коде Matlab в [2] .

Инициатива Open Innovation EIT Research [34] направлена ​​на продвижение разработки электроимпедансной томографии (EIT) в целом и, в конечном итоге, на ускорение ее клинического внедрения. Аппаратный и программный пакет EIT с функцией plug-and-play доступен через Swisstom и может быть приобретен по чистой себестоимости. [35] Реконструкция изображений и обработка необработанных данных, полученных с помощью этого набора, могут выполняться без каких-либо ограничений с помощью программных инструментов, предоставляемых через EIDORS.

Свойства [ править ]

В отличие от большинства других методов томографической визуализации, EIT не использует ионизирующее излучение. Токи, обычно применяемые при EIT, относительно малы и, безусловно, ниже порога, при котором они вызывают значительную нервную стимуляцию. Частота переменного тока достаточно высока, чтобы не вызывать электролитических эффектов в организме, а рассеиваемая омическая мощность достаточно мала и распространяется по телу, чтобы с ней легко справлялась система терморегуляции тела. Эти свойства позволяют EIT непрерывно применять у людей, например, во время искусственной вентиляции легких в отделении интенсивной терапии (ICU). Поскольку оборудование, необходимое для выполнения EIT, намного меньше и дешевле, чем при обычной томографии,EIT подходит для непрерывной визуализации вентиляции легких в реальном времени прямо у постели больного. Основным недостатком EIT по сравнению с обычной томографией является более низкое максимальное пространственное разрешение (примерно 15% диаметра электродной матрицы в EIT по сравнению с 1 мм в КТ и МРТ). Однако разрешение можно улучшить, используя 32 электрода вместо 16.[2] [4] [7] [20] Качество изображения можно дополнительно улучшить, построив систему EIT с активными поверхностными электродами, которые значительно уменьшают потери сигнала, артефакты и помехи, связанные с кабелями, а также длину кабеля и обращение с ним. [30] [31] В отличие от пространственного разрешения, временное разрешение EIT (0,1 миллисекунды) намного выше, чем при КТ или МРТ (0,1 секунды). [8]

Приложения [ править ]

Легкое (a-EIT, td-EIT) [ править ]

EIT особенно полезен для мониторинга функции легких, поскольку сопротивление легочной ткани в пять раз выше, чем у большинства других мягких тканей грудной клетки. Это приводит к высокому абсолютному контрасту легких. Кроме того, сопротивление легких увеличивается и уменьшается в несколько раз между вдохом и выдохом, что объясняет, почему мониторинг вентиляции в настоящее время является наиболее многообещающим клиническим применением EIT, поскольку механическая вентиляция часто приводит к повреждению легких, связанному с вентилятором (VALI). Возможность EIT для визуализации легких была впервые продемонстрирована в Политехническом институте Ренсселера в 1990 году с использованием алгоритма NOSER. [22]Разница во времени EIT может устранить изменения в распределении объемов легких между зависимыми и независимыми областями легких и помочь в настройке параметров вентилятора для обеспечения защитной вентиляции легких для пациентов во время критического заболевания или анестезии. [36]

Большинство исследований EIT были сосредоточены на мониторинге региональной функции легких с использованием информации, определяемой разницей во времени EIT (td-EIT). Однако абсолютная EIT (a-EIT) также может стать клинически полезным инструментом для визуализации легких, поскольку этот подход позволит напрямую различать состояния легких, которые возникают в областях с более низким сопротивлением (например, гемоторакс, плевральный выпот, ателектаз, отек легких) и с более высоким сопротивлением (например, пневмоторакс, эмфизема). [7] [37]

Адгезивные электроды на груди 10-дневного ребенка [38]
Реконструкция EIT (слева) и изменение импеданса за шесть вдохов, от. [38] Данные доступны по [39]

На приведенном выше изображении показано исследование 10-дневного ребенка, нормально дышащего с помощью EIT, с прикрепленными к груди 16 клеящимися электродами.

Реконструкция изображения на основе измерений абсолютного импеданса требует учета точных размеров и формы тела, а также точного расположения электродов, поскольку упрощенные предположения могут привести к серьезным артефактам реконструкции. [28] Хотя первоначальные исследования, оценивающие аспекты абсолютной EIT, были опубликованы, эта область исследований еще не достигла уровня зрелости, который сделал бы ее пригодной для клинического использования.

Напротив, разница во времени EIT определяет изменения относительного импеданса, которые могут быть вызваны либо вентиляцией, либо изменениями объема легких в конце выдоха. Эти относительные изменения относятся к базовому уровню, который обычно определяется распределением внутригрудного импеданса в конце выдоха. [7] Разница во времени Изображения EIT могут генерироваться непрерывно прямо у постели больного. Эти атрибуты делают региональный мониторинг функции легких особенно полезным, когда есть необходимость улучшить оксигенацию или CO 2.устранение и когда изменения в терапии предназначены для достижения более однородного газораспределения у пациентов с механической вентиляцией легких. Визуализация легких с помощью EIT может выявить изменения в региональном распределении объемов легких между, например, зависимыми и независимыми областями легких при изменении параметров вентилятора. Таким образом, измерения EIT могут использоваться для определения конкретных настроек аппарата ИВЛ для обеспечения защитной вентиляции легких для каждого пациента. [40]

Помимо применимости EIT в отделениях интенсивной терапии, первые исследования пациентов со спонтанным дыханием открывают дальнейшие многообещающие возможности применения. [41] Высокое временное разрешение EIT позволяет проводить региональную оценку общих динамических параметров, используемых при тестировании функции легких (например, объем форсированного выдоха за 1 секунду). [42] Кроме того, специально разработанные методы слияния изображений, совмещающие функциональные данные EIT с морфологическими данными пациента (например, изображения КТ или МРТ ), могут использоваться для получения всестороннего понимания патофизиологии легких, что может быть полезно для пациентов, страдающих обструктивным заболеванием. заболевания легких (например, ХОБЛ , МВ ). [43]

После многих лет исследований EIT легких с предварительным оборудованием EIT или серийными моделями, производимыми в очень небольшом количестве, две коммерческие системы для EIT легких недавно вышли на рынок медицинских технологий: Dräger PulmoVista® 500 и Swisstom BB 2 Swisstom AG . Обе модели в настоящее время устанавливаются в отделениях интенсивной терапии и уже используются в качестве помощников в процессах принятия решений, связанных с лечением пациентов с острым респираторным дистресс-синдромом (ОРДС).

Растущая доступность коммерческих систем EIT в отделениях интенсивной терапии покажет, применимы ли многообещающие доказательства, полученные на животных моделях, к людям (рекрутирование легких под контролем EIT, выбор оптимальных уровней PEEP, обнаружение пневмоторакса, профилактика связанных с вентилятором повреждений легких ( ВАЛИ) и др.). Это было бы очень желательно, учитывая, что недавние исследования показывают, что у 15% пациентов с механической вентиляцией легких в отделении интенсивной терапии разовьется острое повреждение легких (ОПЛ) с сопутствующим прогрессирующим коллапсом легких, что связано с предположительно высокой смертностью в 39%. [44]Совсем недавно первое проспективное испытание на животных механической вентиляции под контролем EIT и результатов могло продемонстрировать значительные преимущества в отношении механики дыхания, газообмена и гистологических признаков повреждения легких, связанного с вентилятором. [45]

Помимо визуальной информации (например, региональное распределение дыхательного объема), измерения EIT предоставляют необработанные наборы данных, которые можно использовать для расчета другой полезной информации (например, изменения внутригрудного объема газа во время критического заболевания) - однако такие параметры все еще требуют тщательной оценки и Проверка. [40]

Еще одним интересным аспектом грудной EIT является ее способность записывать и фильтровать пульсирующие сигналы перфузии. Хотя по этой теме опубликованы многообещающие исследования [46], эта технология все еще находится в зачаточном состоянии. Этот прорыв позволит одновременно визуализировать как регионарный кровоток, так и региональную вентиляцию, что позволит клиницистам определять местонахождение физиологических шунтов, вызванных региональным несоответствием вентиляции и перфузии легких, и реагировать на них, что связано с гипоксемией.

Грудь (MF-EIT) [ править ]

EIT изучается в области визуализации груди как альтернативный / дополнительный метод к маммографии и магнитно-резонансной томографии (МРТ) для выявления рака груди. Низкая специфичность маммографии [47] и МРТ [48] приводит к относительно высокому уровню ложноположительных результатов скрининга, с большим стрессом для пациентов и расходами для медицинских структур. Разработка альтернативных методов визуализации для этого показания была бы желательна из-за недостатков существующих методов: ионизирующего излучения в маммографии и риска индукции нефрогенного системного фиброза (NSF) у пациентов со сниженной функцией почек при введении контрастного вещества, используемого при МРТ молочной железы. , Гадолиний. [49]

Литература показывает, что электрические свойства нормальных и злокачественных тканей груди различаются [50], что создает основу для обнаружения рака посредством определения электрических свойств.

Ранней коммерческой разработкой нетомографической визуализации электрического импеданса было устройство T-Scan [51], которое, как сообщалось, улучшало чувствительность и специфичность при использовании в качестве дополнения к скрининговой маммографии. В отчете Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) описывается исследование с участием 504 субъектов, в котором чувствительность маммографии составила 82%, 62% только для Т-сканирования и 88% для обоих вместе. Специфичность составила 39% для маммографии, 47% для одного Т-сканирования и 51% для двух вместе взятых. [52]

Несколько исследовательских групп по всему миру активно разрабатывают эту технику. Частотная развертка кажется эффективным методом обнаружения рака груди с помощью EIT. [53]

Патент США US 8200309 B2 объединяет сканирование электрического импеданса с магнитно-резонансной визуализацией с низкочастотной плотностью тока в клинически приемлемой конфигурации, не требующей использования хелата гадолиния в магнитно-резонансной маммографии.

Шейка матки (MF-EIT) [ править ]

Помимо своей новаторской роли в разработке первых систем EIT в Шеффилде [8] профессор Брайан Х. Браун в настоящее время активно занимается исследованиями и разработками спектроскопа электрического импеданса на основе MF-EIT. Согласно исследованию, опубликованному Брауном в 2000 году, MF-EIT может прогнозировать [цервикальную интраэпителиальную неоплазию] (ЦИН) 2 и 3 степени по мазку Папаниколау с чувствительностью и специфичностью 92% каждый. [54] Будет ли цервикальный MF-EIT вводиться в качестве дополнения или альтернативы мазку Папаниколау, еще предстоит решить. Браун - академический основатель Zilico Limited.который распределяет спектроскоп (ZedScan I). Устройство получило сертификат ЕС от уполномоченного органа в 2013 году и в настоящее время внедряется в ряде клиник Великобритании и в системы здравоохранения по всему миру.

Мозг (a-EIT, td-EIT, mf-EIT) [ править ]

EIT был предложен в качестве основы для визуализации головного мозга для выявления и мониторинга церебральной ишемии , кровотечения и других морфологических патологий, связанных с изменениями импеданса из-за набухания нейрональных клеток, то есть церебральной гипоксемии и гипогликемии .

Хотя максимальное пространственное разрешение EIT, составляющее примерно 15% диаметра электродной матрицы, значительно ниже, чем у КТ или МРТ головного мозга (около одного миллиметра), временное разрешение EIT намного выше, чем при КТ или МРТ (0,1 миллисекунды по сравнению с 0,1 секунды). . [8] Это делает EIT также интересным для мониторинга нормальной функции мозга и нейрональной активности в отделениях интенсивной терапии или в предоперационных условиях для локализации эпилептических очагов с помощью телеметрических записей. [8]

В 1992 году Холдеру удалось продемонстрировать, что изменения внутримозгового импеданса могут быть обнаружены неинвазивно через череп с помощью измерений поверхностных электродов. Модели экспериментального инсульта или припадка на животных показали увеличение импеданса до 100% и 10% соответственно. Более современные системы EIT предлагают возможность подачи переменного тока от несмежных электродов привода. Пока церебральная EIT еще не достигла зрелости, чтобы быть принятой в клиническую практику, но в настоящее время проводятся клинические исследования инсульта и эпилепсии. [8]

При этом использовании EIT зависит от приложения низкочастотных токов над черепом, которые составляют около <100 Гц, поскольку во время покоя нейронов на этой частоте эти токи остаются во внеклеточном пространстве и, следовательно, не могут проникать во внутриклеточное пространство внутри нейронов. Однако, когда нейрон генерирует потенциал действия или вот-вот будет деполяризован , сопротивление его мембраны, препятствующее этому, будет снижено в восемьдесят раз. Когда это происходит в большем количестве нейронов, это приводит к изменениям удельного сопротивления примерно на 0,06–1,7%. Эти изменения удельного сопротивления обеспечивают средства обнаружения когерентной нейрональной активности в большем количестве нейронов и, таким образом, томографическое изображение активности нервного мозга.

К сожалению, хотя такие изменения можно обнаружить, «они слишком малы для обеспечения надежного производства изображений». [55] Перспективы использования этого метода для этой индикации будут зависеть от улучшенной обработки или записи сигнала. [55]

В исследовании, проведенном в июне 2011 года, сообщалось, что томография функционального электрического сопротивления от Evoke Response (fEITER) использовалась для визуализации изменений активности мозга после инъекции анестетика. Одним из преимуществ этого метода является то, что необходимое оборудование достаточно компактно и его легко транспортировать, чтобы его можно было использовать для контроля глубины анестезии в операционных. [9]

Перфузия (td-EIT) [ править ]

Благодаря относительно высокой проводимости кровь может использоваться для функциональной визуализации перфузии в тканях и органах, характеризующихся более низкой проводимостью, например, для визуализации регионарной перфузии легких. [4] [56] Предпосылкой этого подхода является то, что импеданс пульсирующей ткани изменяется в соответствии с различиями в наполнении кровеносных сосудов между систолой и диастолой, особенно при инъекции физиологического раствора в качестве контрастного вещества. [46]

Спортивная медицина / уход на дому (a-EIT, td-EIT) [ править ]

Измерения электрического импеданса также могут использоваться для вычисления абстрактных параметров, т. Е. Невизуальной информации. Последние достижения в технологии EIT, а также меньшее количество электродов, необходимых для регистрации глобальных, а не региональных параметров у здоровых людей, могут использоваться для неинвазивного определения, например, VO 2 или артериального давления в спортивной медицине или при уходе на дому. [46]

Коммерческие системы [ править ]

a-EIT и td-EIT [ править ]

Несмотря на то, что медицинские системы EIT не использовались широко до недавнего времени, несколько производителей медицинского оборудования поставляют коммерческие версии систем визуализации легких, разработанных исследовательскими группами университетов. Первая такая система производится Maltron International [57], которая распространяет систему Sheffield Mark 3.5 с 16 электродами. Аналогичные системы - это система Goe MF II, разработанная Геттингенским университетом , Германия и распространяемая через CareFusion (16 электродов), а также Enlight 1800, разработанный в Медицинской школе Университета Сан-Паулу и Политехническом институте Университета Сан-Паулу. , Бразилия, которую распространяетTimpel SA (32 электрода). Эти системы обычно соответствуют законодательству о медицинской безопасности и в основном используются клиническими исследовательскими группами в больницах, большинство из которых находятся в отделениях интенсивной терапии .

Первое устройство EIT для мониторинга функции легких, предназначенное для повседневного клинического использования в условиях интенсивной терапии, было выпущено Dräger Medical в 2011 году - PulmoVista® 500 (16-электродная система). [58] Другая коммерческая система EIT, разработанная для мониторинга функции легких в отделении интенсивной терапии, основана на 32 активных электродах и впервые была представлена ​​на ежегодном конгрессе ESICM в 2013 году - Swisstom BB 2 . В то же время, Swisstom AG «s Swisstom в BB 2 была выпущена на рынок в 2014 году Международного симпозиума по интенсивной терапии и неотложной медицинской помощи ( ISICEM) и будет распространяться в Западной Европе в рамках партнерства между Swisstom и Maquet .

MF-EIT [ править ]

Системы многочастотной EIT (MF-EIT) или электроимпедансной спектроскопии (EIS) обычно предназначены для обнаружения или локализации аномальных тканей, например, предраковых поражений или рака. Impedance Medical Technologies производит системы на основе разработок Научно-исследовательского института радиотехники и электроники Российской академии наук в Москве, которые в первую очередь направлены на обнаружение рака груди. [59] Техасская компания Mirabel Medical Systems, Inc. разрабатывает аналогичное решение для неинвазивной диагностики рака груди и предлагает T-Scan 2000ED . Zilico Limited распространяет электроимпедансный спектроскоп под названием ZedScan I.в качестве медицинского устройства, предназначенного для определения / диагностики цервикальной интраэпителиальной неоплазии. [54] Устройство только что получило сертификат ЕС в 2013 году.

V5R [ править ]

V5r [60] - это высокопроизводительное устройство, основанное на методе измерения напряжения-напряжения, разработанное для улучшения управления технологическим процессом. Высокая частота кадров v5r (более 650 кадров в секунду) означает, что его можно использовать для мониторинга быстро развивающихся процессов или динамических условий потока. Предоставляемые данные могут использоваться для определения профиля потока сложных многофазных процессов; позволяя инженерам различать ламинарные, пробковые и другие важные условия потока для более глубокого понимания и улучшения управления технологическим процессом.

При использовании для измерения концентрации возможность измерения полного импеданса в широком диапазоне фазовых соотношений означает, что v5r может обеспечивать значительную точность в более широком диапазоне проводимости по сравнению с другими устройствами.

См. Также [ править ]

  • Объемная электрическая емкостная томография
  • Томография электросопротивления
  • Электроемкостная томография
  • Респираторный мониторинг
  • Повреждение легких, связанное с искусственной вентиляцией легких (VALI)
  • EIDORS набор инструментов для реконструкции EIT
  • Системы промышленной томографии

Ссылки [ править ]

  1. ^ Адлер А., Моделирование тока EIT в модели грудной клетки человека, документация EIDORS , 2010-11-03
  2. ^ Б с д е е г ч я Брауном, BH (2003). «Электроимпедансная томография (ЭИТ): обзор». Журнал медицинской инженерии и технологий . 27 (3): 97–108. DOI : 10.1080 / 0309190021000059687 . PMID  12775455 . S2CID  43607387 .
  3. ^ a b c d e Чейни, Маргарет; Исааксон, Дэвид; Ньюэлл, Джонатан С. (1999). «Электроимпедансная томография». SIAM Обзор . 41 (1): 85–101. Bibcode : 1999SIAMR..41 ... 85C . DOI : 10.1137 / s0036144598333613 .
  4. ^ a b c d e f g Боденштейн, Марк; Давид, Матиас; Марксталлер, Клаус (2009). «Принципы электроимпедансной томографии и ее клиническое применение». Реанимационная медицина . 37 (2): 713–724. DOI : 10.1097 / ccm.0b013e3181958d2f . PMID 19114889 . S2CID 39179521 .  
  5. ^ Кальдерон А.П. (1980) «Об обратной краевой задаче», в семинаре по численному анализу и его приложениям к физике сплошных сред , Рио-де-Жанейро. Отсканированная копия бумаги . Статья была переиздана как Calderon, Alberto P. (2006). «Об обратной краевой задаче» . Мат. Апл. Comput . 25 (2–3): 133–138. DOI : 10.1590 / s0101-82052006000200002 .
  6. ^ Ульманн Г. (1999) "Развитие обратных задач после основополагающей статьи Кальдерона", Гармонический анализ и уравнения в частных производных: Очерки в честь Альберто П. Кальдерона (редакторы М.Э. Крист и К.Э. Кениг), University of Chicago Press, ISBN 0 -226-10455-9 
  7. ^ a b c d e Коста, EL; Lima, RG; Амато, МБ (2009). «Электроимпедансная томография». Текущее мнение в интенсивной терапии . 15 (1): 18–24. DOI : 10.1097 / mcc.0b013e3283220e8c . PMID 19186406 . S2CID 17149730 .  
  8. ^ a b c d e f g h i Держатель Д. С., Электроимпедансная томография: методы, история и приложения, Институт физики, 2004 г. ISBN 0-7503-0952-0 . 
  9. ^ a b Карпентер, Дженнифер (13 июня 2011 г.). «Изображения фиксируют момент, когда мозг теряет сознание» . BBC News: Наука и окружающая среда . ВЕЛИКОБРИТАНИЯ: BBC . Проверено 20 февраля 2013 года .
  10. ^ Троханова, О.В. Чижова Ю.А.; Охапкин, МБ; Корженевский, А.В.; Туйкин, Т.С. (2013). «Возможности электроимпедансной томографии в гинекологии» . Журнал физики: Серия конференций . 434 (1): 012038. Bibcode : 2013JPhCS.434a2038V . DOI : 10.1088 / 1742-6596 / 434/1/012038 .
  11. ^ Хендерсон, RP; Вебстер, Дж. Г. (1978). «Импедансная камера для пространственно-специфических измерений грудной клетки». IEEE Trans. Биомед. Англ . 25 (3): 250–254. DOI : 10.1109 / TBME.1978.326329 . PMID 680754 . S2CID 12963682 .  
  12. ^ Барбер, округ Колумбия; Браун, BH (1984). «Прикладная потенциальная томография». J. Phys. E: Sci. Instrum . 17 (9): 723–733. DOI : 10.1088 / 0022-3735 / 17/9/002 .
  13. ^ Барбер, CC; Браун, BH; Фристон, Иллинойс (1983). «Построение изображений пространственного распределения удельного сопротивления с использованием прикладной потенциальной томографии». Письма об электронике . 19 (22): 933. Полномочный код : 1983ElL .... 19..933B . DOI : 10.1049 / эл: 19830637 .
  14. ^ М. Бек и Р. Уильямс, процесс Томография: Принципы, методы и приложения, Butterworth-Heinemann (19 июля 1995), ISBN 0-7506-0744-0 
  15. ^ Djamdji, F .; Горвин, AC; Фристон, Иллинойс; Tozer, RC; Mayes, IC; Гниль, SR (1996). «Электроимпедансная томография применяется для определения характеристик полупроводниковых пластин». Измерительная наука и технология . 7 (3): 391–395. Bibcode : 1996MeScT ... 7..391D . DOI : 10.1088 / 0957-0233 / 7/3/021 . ISSN 0957-0233 . 
  16. ^ Cultrera, Алессандро; Каллегаро, Лука (2016). «Электросопротивительная томография проводящих тонких пленок». IEEE Transactions по приборостроению и измерениям . 65 (9): 2101–2107. arXiv : 1606.05698 . Bibcode : 2016arXiv160605698C . DOI : 10.1109 / TIM.2016.2570127 . ISSN 0018-9456 . S2CID 13220087 .  
  17. ^ а б Чейни, М .; Исааксон, Д. (1995). «Вопросы электроимпедансной томографии». IEEE Вычислительная наука и инженерия . 2 (4): 53–62. DOI : 10.1109 / 99.476369 .
  18. ^ a b c Держатель Дэвид С .: Электроимпедансная томография. Методы, история и приложения , Институт физики: Бристоль и Филадельфия 2005, часть 1 Алгоритмы
  19. ^ a b Lionheart, Уильям Р. Б. (2004). «Алгоритмы реконструкции EIT: подводные камни, проблемы и последние разработки». Физиологические измерения . 25 (1): 125–142. arXiv : физика / 0310151 . DOI : 10.1088 / 0967-3334 / 25/1/021 . PMID 15005311 . S2CID 16332765 .  
  20. ^ а б Кук, RD; Saulnier, GJ; Gisser, DG; Гобл, JC; Ньюэлл, JC; Исааксон, Д. (1994). «ACT3: Скоростной, прецизионный томограф электрического импеданса» . IEEE Transactions по биомедицинской инженерии . 41 (8): 713–722. DOI : 10.1109 / 10.310086 . PMC 4793976 . PMID 7927393 .  
  21. ^ a b Gisser, DG; Isaacson, D .; Ньюэлл, JC (1990). «Компьютерная томография электрического тока и собственные значения». Журнал СИАМ по прикладной математике . 50 (6): 1623–1634. DOI : 10.1137 / 0150096 .
  22. ^ a b c Cheney, M .; Isaacson, D .; Ньюэлл, JC; Симске, С .; Гобл, Дж. (1990). «NOSER: алгоритм решения обратной задачи проводимости». Международный журнал систем и технологий обработки изображений . 2 (2): 66–75. DOI : 10.1002 / ima.1850020203 . S2CID 26337135 . 
  23. ^ Додд, Мелодия; Мюллер, Дженнифер Л. (2014). "Алгоритм D-bar в реальном времени для данных двумерной томографии электрического импеданса" . Обратные задачи и визуализация (Спрингфилд, Миссури) . 8 (4): 1013–1031. arXiv : 1404.5978 . DOI : 10.3934 / ipi.2014.8.1013 . PMC 4414053 . PMID 25937856 .  
  24. Перейти ↑ Cheng, KS, Isaacson, D., Newell, JC, & Gisser, DG (1989). Электродные модели для компьютерной томографии с электрическим током. Биомедицинская инженерия, IEEE Transactions on, 36 (9), 918–24.
  25. ^ Somersalo, Е., Чейни, М., & Айзексон, D. (1992). Существование и уникальность моделей электродов для электротехнической компьютерной томографии. Журнал SIAM по прикладной математике, 52 (4), 1023–1040.
  26. ^ a b Чейни, М., Исааксон, Д. (1992). Различимость при импедансной томографии. Биомедицинская инженерия, IEEE Transactions on, 39 (8), 852–860.
  27. ^ Алессандрини, Г. (1988). Стабильное определение проводимости по граничным измерениям. Применимый анализ, 27 (1–3), 153–172.
  28. ^ a b Бойл А., Адлер А. (2011) "Влияние площади электрода, контактного импеданса и формы границы на изображения EIT". Physiol. Измер. 32 (7): 745–54.
  29. ^ a b Ferrario D., Grychtol B., Adler A., ​​Solà J., Böhm SH, Bodenstein M. (2012) «К морфологическому торакальному EIT: основные источники сигнала соответствуют расположению соответствующих органов в CT». IEEE Trans. Биомед. Англ. 59 (11): 3000–8.
  30. ^ a b Rigaud B., Shi Y., Chauveau N., Morucci JP (1993) "Экспериментальная система сбора данных для импедансной томографии с активным электродным подходом". Med. Биол. Англ. Comput. 31 (6): 593–9.
  31. ^ a b Gaggero PO, Адлер А., Бруннер Дж., Зейтц П. (2012) "Система электроимпедансной томографии на основе активных электродов". Physiol. Измер. 33 (5): 831–47.
  32. ^ Адлер, Энди; Львиное Сердце, Уильям (2006). «Использование и злоупотребления EIDORS: расширяемая программная база для EIT». Physiol Meas . 27 (5): S25 – S42. Bibcode : 2006PhyM ... 27S..25A . CiteSeerX 10.1.1.414.8592 . DOI : 10.1088 / 0967-3334 / 27/5 / S03 . PMID 16636416 .  
  33. ^ Мюллер JL и Силтанен S (2012), Линейные и нелинейные обратные задачи с практическими приложениями. СИАМ.
  34. ^ "Пионер EIT" . eit-pioneer.org/ . Архивировано из оригинала на 2015-01-13 . Проверено 3 февраля +2016 .
  35. ^ "Исследовательская инициатива Swisstom в области открытых инноваций EIT" . swisstom.com . Swisstom . Проверено 3 февраля +2016 .
  36. ^ Frerichs, I .; Scholz, J .; Вейлер, Н. (2006). «Электроимпедансная томография и ее перспективы в реанимации». Ежегодник интенсивной терапии и неотложной медицины . Ежегодник интенсивной терапии и неотложной медицины. 2006 . Берлин: Springer. С. 437–447. DOI : 10.1007 / 3-540-33396-7_40 . ISBN 978-3-540-30155-4.
  37. ^ Luecke T., Corradi F., Pelosi P. (2012) "Визуализация легких для титрования механической вентиляции" Curr. Opin. Анаэст. 25 (2): 131–140.
  38. ^ а б С. Генрих, Х. Шиффманн, А. Фрерихс, А. Клокгайд-Радке, И. Фрерихс, Влияние положения тела и головы на региональную вентиляцию легких у младенцев: исследование методом электроимпедансной томографии. Intensive Care Med., 32: 1392–1398, 2006.
  39. ^ С. Генрих, Х. Шиффманн, А. Фрерихс, А. Клокгайд-Радке, И. Фрерихс, EIDORS предоставили данные [1] 2011 г.
  40. ^ a b Адлер А., Амато М.Б., Арнольд Дж. Х., Бейфорд Р., Боденштейн М., Бём Ш., Браун Б. Х., Фрерихс И., Стенквист О., Вейлер Н., Вольф Г. мы, куда мы хотим пойти и что нам нужно для этого? " Physiol. Измер. 33 (5): 679–94.
  41. ^ Гонг, Бо; Крюгер-Зиолек, Сабина; Мёллер, Кнут; Шулльке, Бенджамин; Чжао, Чжаньци (02.11.2015). «Электроимпедансная томография: функциональная визуализация легких на пути к клинической практике?». Обзор респираторной медицины . 9 (6): 721–737. DOI : 10.1586 / 17476348.2015.1103650 . ISSN 1747-6348 . PMID 26488464 . S2CID 207206999 .   
  42. ^ Крюгер-Зиолек, Сабина; Шулльке, Бенджамин; Чжао, Чжаньци; Гонг, Бо; Naehrig, Susanne; Мюллер-Лиссе, Ульрих; Меллер, Кнут (2016). «Неоднородность многослойной вентиляции при муковисцидозе». Респираторная физиология и нейробиология . 233 : 25–32. DOI : 10.1016 / j.resp.2016.07.010 . PMID 27476932 . S2CID 10355241 .  
  43. ^ Шуллке, Бенджамин; Гонг, Бо; Крюгер-Зиолек, Сабина; Сулеймани, Манучехр; Мюллер-Лиссе, Ульрих; Мёллер, Кнут (2016-05-16). «Структурно-функциональная визуализация легких с использованием комбинированного метода реконструкции CT-EIT и дискретного косинусного преобразования» . Научные отчеты . 6 (1): 25951. Bibcode : 2016NatSR ... 625951S . DOI : 10.1038 / srep25951 . ISSN 2045-2322 . PMC 4867600 . PMID 27181695 .   
  44. ^ Рубенфельд Г., Колдуэлл Э., Пибоди Э., Уивер Дж., Мартин Д., Не М., Стерн Э., Хадсон Л. (2005) «Заболеваемость и исходы острого повреждения легких». N. Engl. J. Med. 353 (16): 1685–1693.
  45. ^ Вольф Г., Гомес-ЛаБерж С., Реттиг J., Варгас С., Smallwood С., Прабху С., Виталий С., Zurakowski Д. и Арнольд Дж (2013). «Механическая вентиляция легких под контролем электроимпедансной томографии при экспериментальном остром повреждении легких» Крит. Забота. Med. 41 (5): 1296–1304.
  46. ^ a b c Solà J., Adler A., ​​Santos A., Tusman G., Sipmann FS, Bohm SH (2011) «Неинвазивный мониторинг центрального кровяного давления с помощью электроимпедансной томографии: первые экспериментальные данные». Med. Биол. Англ. Comput. 49 (4): 409–15.
  47. ^ Huynh, PT; Jarolimek, AM; Дайе, С. (1998). «Ложноотрицательная маммограмма» . RadioGraphics . 18 (5): 1137–1154. DOI : 10,1148 / radiographics.18.5.9747612 . PMID 9747612 . 
  48. Перейти ↑ Piccoli, CW (1997). «МРТ молочной железы с контрастным усилением: факторы, влияющие на чувствительность и специфичность» . Европейская радиология . 7 : 281–288. DOI : 10.1007 / PL00006909 . PMID 9370560 . S2CID 25324137 .  
  49. ^ Куо, PH; Канал, Э .; Абу-Альфа, АК; Каупер, С.Е. (2007). «МР контрастные вещества на основе гадолиния и нефрогенный системный фиброз». Радиология . 242 (3): 647–9. DOI : 10,1148 / radiol.2423061640 . PMID 17213364 . 
  50. ^ Жоссине, J. (1998). «Импедивность свежевырезанной ткани груди человека». Физиологические измерения . 19 (1): 61–76. DOI : 10.1088 / 0967-3334 / 19/1/006 . PMID 9522388 . 
  51. ^ Ассенхаймер, Мишель; Лавер-Московиц, Орах; Малонек, Дов; Поместье, Дэвид; Нахалиэль, Уди; Ницан, Рон; Саад, Авраам (2001). «Технология T-SCAN: электрическое сопротивление как диагностический инструмент для обнаружения рака груди». Физиологические измерения . 22 (1): 1–8. DOI : 10.1088 / 0967-3334 / 22/1/301 . PMID 11236870 . 
  52. ^ TransScan T-Scan 2000 - P970033 , 24 апреля 2002, пищевые продукты и медикаменты .
  53. ^ Ким Б.С., Исааксон Д., Ся Х., Као Т.Дж., Ньюэлл Дж.С., Сольнье, Г.Дж. (2007) «Метод анализа данных спектроскопии электрического импеданса у пациентов с раком груди», «Физиологические измерения» 28 (7): S237.
  54. ^ а б Браун Б. Х., Тиди Дж. А., Бостон К., Блэкетт А. Д., Смоллвуд Р. Х., Шарп Ф. (2000) «Связь между структурой ткани и наложенным потоком электрического тока при неоплазии шейки матки». Ланцет 355 (9207): 892–5.
  55. ^ a b Гилад, О; Держатель, DS (2009). «Изменения импеданса, зарегистрированные с помощью электродов на скальпе во время визуальных вызванных реакций: последствия для электрической импедансной томографии быстрой нейронной активности». NeuroImage . 47 (2): 514–22. DOI : 10.1016 / j.neuroimage.2009.04.085 . PMID 19426819 . S2CID 6027222 .  
  56. ^ Kunst PW, Вонк Noordegraaf А., Хоекстра OS, Postmus PE, де Фриза PM (1998) «вентиляции и перфузиипомощью электрической томографии:. Сравнение со сканированием радионуклидами» Physiol. Измер. 19 (4): 481–90.
  57. ^ Мальтрон Интернэшнл. "Maltron Sheffield MK 3.5, пионер электроимпедансной томографии" . Архивировано из оригинала 2 декабря 2010 года . Проверено 17 июня 2011 года .
  58. ^ Draeger medical. «Технические данные PulmoVista 500» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 25 июля 2011 года . Проверено 17 июня 2011 года .
  59. ^ IMT. «Импедансные медицинские технологии» . Проверено 17 июня 2011 года .
  60. ^ ITS, http://www.itoms.com/products/v5r-electrical-resistance-tomography/