Электроимпедансная томография ( ЭИТ ) — это неинвазивный тип медицинской визуализации , при котором электрическая проводимость , диэлектрическая проницаемость и импеданс части тела определяются на основе измерений поверхностных электродов и используются для формирования томографических изображений .изображение этой части. Электропроводность значительно варьируется в зависимости от различных биологических тканей (абсолютная ЭИТ) или движения жидкостей и газов внутри тканей (разностная ЭИТ). В большинстве систем ЭИТ применяются небольшие переменные токи на одной частоте, однако в некоторых системах ЭИТ используются несколько частот, чтобы лучше различать нормальные и предполагаемые аномальные ткани в одном и том же органе (многочастотная ЭИТ или электроимпедансная спектроскопия).
Обычно проводящие поверхностные электроды прикрепляют к коже вокруг обследуемой части тела. К некоторым или всем электродам будут подаваться небольшие переменные токи, а результирующие эквипотенциалы будут записываться с других электродов (рисунки 1 и 2). Затем этот процесс будет повторен для множества различных конфигураций электродов и, в конечном итоге, приведет к получению двумерной томограммы в соответствии с включенными алгоритмами реконструкции изображения. [2] [3]
Поскольку содержание свободных ионов определяет проводимость тканей и жидкостей, мышцы и кровь будут проводить приложенные токи лучше, чем жировая, костная или легочная ткань. [2] Это свойство можно использовать для реконструкции статических изображений с помощью морфологической или абсолютной ЭИТ (а-ЭИТ). [4] Однако, в отличие от линейного рентгеновского излучения, используемого в компьютерной томографии, электрические токи распространяются в трех измерениях по всем путям одновременно, взвешиваясь по их проводимости .(таким образом, в первую очередь по пути наименьшего удельного сопротивления, но не исключительно). Это означает, что часть электрического тока выходит из поперечной плоскости и приводит к переносу импеданса. Этот и другие факторы являются причиной того, почему реконструкция изображения при абсолютной ЭИТ так сложна, поскольку обычно существует более одного решения для реконструкции изображения трехмерной области, проецируемой на двухмерную плоскость.
Математически проблема восстановления проводимости по поверхностным измерениям тока и потенциала является нелинейной обратной задачей и крайне некорректна . Математическая формулировка проблемы принадлежит Альберто Кальдерону [5] , и в математической литературе по обратным задачам ее часто называют «обратной задачей Кальдерона» или «проблемой Кальдерона». Существует обширное математическое исследование проблемы единственности решения и численных алгоритмов этой проблемы. [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 при ЭИТ. [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 на искусственной вентиляции легких. [4] Измерения ЭИТ между двумя или более физиологическими состояниями, например, между вдохом и выдохом, поэтому называются ЭИТ разницы во времени (td-ЭИТ).
ЭИТ с разницей во времени (td-ЭИТ) имеет одно важное преимущество перед абсолютной ЭИТ (а-ЭИТ): неточности, возникающие из-за межиндивидуальной анатомии, недостаточного контакта поверхностных электродов с кожей или передачи импеданса, можно игнорировать, поскольку большинство артефактов устраняются сами собой за счет простого вычитания изображения. в ф-ВИТ. Вероятно, именно поэтому на сегодняшний день наибольший прогресс в исследованиях ЭИТ достигнут при дифференцированной ЭИТ. [2] [4] [7]