WikiDer > Электроимпедансная томография

Electrical impedance tomography
Электроимпедансная томография
КТ грудной клетки человека, показывающая текущие пути для EIT corrected.jpg
Рисунок 1. Поперечный разрез грудной клетки человека с Рентгеновская компьютерная томография показаны линии тока и эквипотенциалы от приводных электродов. Обратите внимание, как линии изгибаются при изменении проводимости между разными органами.[1]
Цельизмерения используются для формирования томографического изображения части тела человека

Электроимпедансная томография (EIT) это неинвазивный тип медицинская визуализация в котором электрические проводимость, диэлектрическая проницаемость, и сопротивление части тела выводится с поверхности электрод измерения и используется для формирования томографический изображение этой части. Электропроводность значительно варьируется среди различных биологических тканей (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 к коже вокруг исследуемой части тела прикрепляют проводящие поверхностные электроды. Небольшие переменные токи будут приложены к некоторым или всем электродам, а результирующие эквипотенциалы будут записаны с других электродов (рисунки 1 и 2). Затем этот процесс будет повторяться для множества различных конфигураций электродов и в конечном итоге 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 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 удельного сопротивления. Это означает, что часть электрического тока выходит из поперечной плоскости 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 реконструкции изображения трехмерной области, спроецированной на двумерную плоскость.

Математически проблема восстановления проводимости по поверхностным измерениям тока и потенциала является сложной задачей. нелинейный обратная задача и серьезно некорректно. Математическая постановка задачи обусловлена Альберто Кальдерон,[5] а в математической литературе, посвященной обратным задачам, ее часто называют «обратной задачей Кальдерона» или «проблемой 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 обеспечивает высокий абсолютный контраст. 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 разницей во времени EIT (td-EIT).

Разница во времени EIT (td-EIT) имеет одно важное 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 за счет простого вычитания изображения в f-EIT. Это, скорее всего, причина того, что на сегодняшний день наибольший прогресс исследований EIT был достигнут с разницей в EIT.[2][4][7]

Предлагаемые дополнительные приложения EIT включают обнаружение / местонахождение рак в кожа, грудь, или же шейка матки, локализация эпилептические очаги,[8] визуализация мозговой активности.[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 как метода медицинской визуализации обычно связывают с Джон Г. Вебстер и публикация 1978 г.,[11] хотя первая практическая реализация медицинской системы EIT была детализирована в 1984 году благодаря работе Дэвид К. Барбер и Брайан Х. Браун.[12] Вместе Браун и Барбер опубликовали первую томограмму электрического импеданса в 1983 году, визуализировав 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] Тем не мение, два коммерческих прибора f-EIT для мониторинга функции легких в реанимацию пациентов начали внедрять совсем недавно.

Техника, аналогичная EIT, используется в геофизика и мониторинг производственных процессов - томография электросопротивления. По аналогии с EIT, поверхностные электроды размещаются на земле, в стволах скважин или внутри резервуара или трубы для обнаружения аномалий удельного сопротивления или контроля смесей проводящих жидкостей.[14] Методы настройки и реконструкции сравнимы с EIT. В геофизике идея возникла в 1930-х годах.

Томография электросопротивления также была предложена для картирования электрических свойств подложек.[15] и тонкие пленки[16] для электронных приложений.

Теория

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 ткань легких 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 «моделей стимуляции», например последовательные пары соседних электродов до тех пор, пока не будет завершен весь круг, и восстановление изображения может быть выполнено и отображено с помощью цифровой рабочей станции, которая включает сложные математические алгоритмы и априори данные.[2][3][4][17][18][19]

Сам ток прикладывается с помощью текущие источники, либо один источник тока переключается между электродами с помощью мультиплексор или система преобразователи напряжения в ток, по одному на каждый электрод, каждый управляется цифро-аналоговый преобразователь. Измерения снова могут быть выполнены либо с помощью одной схемы измерения напряжения, мультиплексированной по электродам, либо с помощью отдельной схемы для каждого электрода. В более ранних системах EIT по-прежнему использовалась аналоговая схема демодуляции для преобразования переменного напряжения в уровень постоянного тока перед его пропусканием 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 устройствами, способными подавать токи от всех электродов одновременно (например, ACT3[20]) можно адаптивно определять оптимальные шаблоны тока.[21]

Если изображения должны отображаться в реальном времени, типичным подходом является применение некоторой формы упорядоченный обратная линеаризации прямой задачи[22] или быстрая версия метода прямой реконструкции, такого как метод D-стержня.[23] Большинство практических систем, используемых в медицинской среде, генерируют «разностное изображение», то есть различия в напряжении между двумя временными точками умножаются слева на регуляризованную обратную величину для расчета приблизительной разницы между изображениями диэлектрической проницаемости и проводимости. Другой подход - построить заключительный элемент модель тела и отрегулируйте проводимости (например, используя вариант Метод Левенбурга – Маркварта), чтобы соответствовать измеренным данным. Это сложнее, так как требует точной формы тела и точного положения электродов.

Большая часть фундаментальной работы, лежащей 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 г. в рамках проекта Glenfield Hospital Project (ссылка отсутствует).

Абсолютные подходы EIT нацелены на цифровую реконструкцию статических изображений, то есть двумерное представление анатомии интересующей части тела. Как упоминалось выше и в отличие от линейных рентгеновских лучей в Компьютерная томографияэлектрические токи распространяются в трехмерном пространстве по пути наименьшего удельного сопротивления (рис. 1), что приводит к частичной потере приложенного электрического тока (перенос импеданса, например, из-за потока крови через поперечную плоскость).[3][18][19] Это одна из причин, почему реконструкция изображения в абсолютном EIT настолько сложна, поскольку обычно существует несколько решений для реконструкции изображения трехмерной области, спроецированной на двухмерную плоскость.[4][18] Другая трудность состоит 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 сложных математических алгоритмов, решающих обратную задачу, и ее некорректность.

Дальнейшие трудности при абсолютном EIT возникают из-за различий в проводимости электродов между и внутри индивидов с соответствующими искажениями изображения и артефактами. Также важно иметь в виду, что интересующая часть тела редко бывает точно круглой и что анатомия у разных людей различается, например форма грудной клетки, влияющая на расстояние между электродами.[28] Априори данные, учитывающие типичные для возраста, роста и пола анатомические особенности, могут снизить чувствительность к артефактам и искажению изображения.[29] Улучшение отношения сигнал / шум, например за счет использования электродов с активной поверхностью еще больше сокращаются ошибки визуализации.[30][31] Некоторые из новейших 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. Одним из лучших примеров этого подхода является 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. Одним из основных преимуществ является то, что относительные изменения проводимости остаются сопоставимыми между измерениями, даже если один из записывающих электродов менее проводящий, чем другие, что снижает большинство артефактов и искажений изображения.[7] Однако включение априори наборы данных или сетки в различиях EIT по-прежнему полезны для проецирования изображений на наиболее вероятную морфологию органа, которая зависит от веса, роста, пола и других индивидуальных факторов.[29]

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

Исследовательская инициатива открытых инноваций EIT[34] направлена ​​на продвижение развития электроимпедансной томографии (ЭИТ) 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.

Характеристики

В отличие от большинства других методов томографической визуализации, EIT не применяет никаких видов ионизирующего излучения. Токи, обычно применяемые при EIT, относительно малы и определенно ниже порога, при котором они могут вызвать 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. по сравнению с обычной томографией - это 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

Легкое (a-EIT, td-EIT)

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 самым многообещающим клиническим применением EIT, поскольку механическая вентиляция часто приводит к повреждение легких, связанное с вентилятором (ВАЛИ). Возможность использования 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 регулировке настроек аппарата ИВЛ для обеспечения защитной вентиляции легких для пациентов во время критического заболевания или анестезии.[36]

Большинство исследований EIT сосредоточено 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, возникающие 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 на [39]

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

Реконструкция изображения по измерениям 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 EIT-изображения могут генерироваться непрерывно и прямо у постели больного. Эти характеристики 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 разрешить изменения в региональном распределении объемов легких между, например, зависимые и независимые области легких при изменении параметров аппарата ИВЛ. 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 отделении 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 в исследование 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, CT или же МРТ изображения) можно использовать для получения исчерпывающего представления о патофизиологии легких, что может быть полезно для пациентов, страдающих обструктивными заболеваниями легких (например, ХОБЛ, CF).[43]

После многих лет исследований легких EIT с предварительным оборудованием EIT или серийными моделями, произведенными в очень небольшом количестве, два коммерческие системы для легких EIT недавно вышли на рынок медицинских технологий: Dräger's PulmoVista® 500 и Swisstom AGSwisstom BB2. 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 острый респираторный дистресс-синдром (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 еще только зарождается. Этот прорыв позволит одновременно визуализировать как регионарный кровоток, так и региональную вентиляцию, что позволит клиницистам определять местонахождение и реагировать на физиологические шунты, вызванные регионарным кровотоком. несоответствие вентиляции легких и перфузии с сопутствующей гипоксемией.

Грудь (MF-EIT)

EIT исследуется в области визуализации груди как альтернативный / дополнительный метод к маммография и магнитно-резонансная томография (МРТ) для выявления рака груди. Низкая специфичность маммографии [47] и МРТ [48] приводят к относительно высокому количеству ложноположительных результатов скрининга, вызывая большие затруднения у пациентов и затраты медицинских учреждений. Разработка альтернативных методов визуализации для этого показания была бы желательна из-за недостатков существующих методов: ионизирующего излучения в маммографии и риска индуцирования нефрогенный системный фиброз (NSF) у пациентов со сниженной функцией почек путем введения контрастного вещества, используемого при МРТ груди, Гадолиний.[49]

Литература показывает, что электрические свойства нормальных и злокачественных тканей молочной железы различаются.[50] создание условий для обнаружения рака посредством определения электрических свойств.

Ранней коммерческой разработкой нетомографической визуализации электрического импеданса было устройство T-Scan. [51] который, как сообщалось, улучшает чувствительность и специфичность при использовании в качестве дополнения к скрининговой маммографии. Репортаж в США Управление по контролю за продуктами и лекарствами (FDA) описывает исследование с участием 504 субъектов, в котором чувствительность маммографии составила 82%, 62% только для Т-сканирования и 88% для двух вместе взятых. Специфичность составила 39% для маммографии, 47% для одного Т-сканирования и 51% для обоих вместе.[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 визуализацией с использованием магнитно-резонансной низкочастотной плотности тока в клинически приемлемой конфигурации, не требующей использования усиления хелата гадолиния в магнитно-резонансной маммографии.

Шейка матки (MF-EIT)

Помимо своей новаторской роли в разработке первых систем EIT в Шеффилде[8] профессор Брайан Х. Браун в настоящее время активно занимается исследованиями и разработкой спектроскопа электрического сопротивления на основе MF-EIT. Согласно исследованию, опубликованному Брауном в 2000 году, MF-EIT может прогнозировать [цервикальную интраэпителиальную неоплазию] (CIN) степени 2 и 3 в соответствии с Пап-мазок 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 своего 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)

EIT был предложен в качестве основы для визуализация мозга для обнаружения и мониторинга церебральная ишемия, кровотечение, и другие морфологические патологии, связанные с изменениями импеданса из-за набухания нейрональных клеток, т. е. церебральные гипоксемия и гипогликемия.

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 эпилептические очаги по телеметрическим записям.[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 приводных электродов. Пока церебральная EIT еще не достигла зрелости, чтобы быть принятой в клиническую практику, однако в настоящее время проводятся клинические исследования инсульта и эпилепсии.[8]

В этом случае EIT зависит от приложения низкочастотных токов над черепом, которые составляют около <100 Гц, поскольку во время покоя нейронов на этой частоте эти токи остаются в внеклеточный пространство и, следовательно, не может войти во внутриклеточное пространство внутри нейронов. Однако когда нейрон генерирует потенциал действия или вот-вот будет деполяризованныйсопротивление ее мембраны, препятствующей этому, будет уменьшено 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, чтобы обеспечить надежное производство изображений».[55] Перспективы использования этого метода для этой индикации будут зависеть от улучшенной обработки или записи сигнала.[55]

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

Перфузия (td-EIT)

Из-за своей 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)

Измерения электрического импеданса также могут использоваться для вычисления абстрактных параметров, то есть невизуальной информации. Последние достижения в технологии EIT, а также меньшее количество электродов, необходимых для регистрации глобальных, а не региональных параметров у здоровых людей, могут быть использованы для неинвазивного определения, например, VO2 или артериальное давление в спортивной медицине или домашнем уходе.[46]

Коммерческие системы

a-EIT и td-EIT

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. Первую такую ​​систему производит компания Maltron International.[57] кто распространяет Шеффилд Марк 3.5 система с 16 электродами. Подобные системы являются Система Goe MF II разработан Геттингенский университет, Германия и распространяется через CareFusion (16 электродов), а также Enlight 1800 разработан в Медицинской школе Университета Сан-Паулу и Политехническом институте Университета Сан-Паулу, Бразилия, который распространяется Timpel 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 интенсивная терапия.

Первое устройство EIT для мониторинга функции легких, предназначенное для повседневного клинического использования в условиях интенсивной терапии, было предоставлено Dräger Medical в 2011 году - PulmoVista® 500 (16-электродная система).[58] Другая коммерческая система EIT, предназначенная для мониторинга функции легких в отделении интенсивной терапии, основана на 32 активных электродах и впервые была представлена ​​на ежегодной конференции 2013 г. ESICM конгресс - Swisstom BB2. В это время, Swisstom AGс BB Swisstom2 был выпущен на рынок на Международном симпозиуме по интенсивной терапии и неотложной медицине 2014 г. (ISICEM) и будет распространяться в Западной Европе в рамках партнерства между Swisstom и Maquet.

MF-EIT

Системы многочастотной EIT (MF-EIT) или электроимпедансной спектроскопии (EIS) обычно предназначены для обнаружения или локализации аномальных тканей, например предраковые поражения или рак. Impedance Medical Technologies производит системы по разработкам Научно-исследовательского института радиотехники и электроники им. Российская Академия Наук в Москве, которые направлены, прежде всего, на выявление рака груди.[59] Компания Mirabel Medical Systems, Inc., расположенная в Техасе, разрабатывает аналогичное решение для неинвазивной диагностики рака груди и предлагает T-Scan 2000ED. Zilico Limited распространяет спектроскоп электрического импеданса, названный ZedScan I как медицинское устройство, предназначенное для определения / диагностики цервикальной интраэпителиальной неоплазии.[54] Устройство только что получено Сертификация ЕС в 2013.

V5R

V5r[60] представляет собой высокопроизводительное устройство, основанное на методе измерения напряжения-напряжения и предназначенное 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 можно использовать для определения профиля потока сложных многофазных процессов; позволяя инженерам различать ламинарные, пробковые и другие важные условия потока для более глубокого понимания и улучшения управления процессом.

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

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Адлер А., Моделирование потока тока EIT в модели грудной клетки человека,Документация EIDORS, 2010-11-03
  2. ^ а б c d е ж грамм час я Браун, BH (2003). «Электроимпедансная томография (ЭИТ): обзор». Журнал медицинской инженерии и технологий. 27 (3): 97–108. Дои:10.1080/0309190021000059687. PMID 12775455.
  3. ^ а б c d е Чейни, Маргарет; Исааксон, Дэвид; Ньюэлл, Джонатан С. (1999). «Электроимпедансная томография». SIAM Обзор. 41 (1): 85–101. Bibcode:1999SIAMR..41 ... 85C. Дои:10.1137 / s0036144598333613.
  4. ^ а б c d е ж грамм Боденштейн, Марк; Давид, Матиас; Марксталлер, Клаус (2009). «Принципы электроимпедансной томографии и ее клиническое применение». Реанимационная медицина. 37 (2): 713–724. Дои:10.1097 / куб. См.0b013e3181958d2f. PMID 19114889.
  5. ^ Кальдерон А.П. (1980) "Об обратной краевой задаче", в Семинар по численному анализу и его приложениям к физике сплошных сред, Рио де Жанейро. Отсканированная копия бумаги. Статья перепечатана как Кальдерон, Альберто П. (2006). «Об обратной краевой задаче». Мат. Апл. Вычислить. 25 (2–3): 133–138. Дои:10,1590 / с0101-82052006000200002.
  6. ^ Ульманн Г. (1999) "Развитие обратных задач после основополагающей статьи Кальдерона", Гармонический анализ и уравнения с частными производными: очерки в честь Альберто П. Кальдерона, (редакторы М. Е. Крист и К. Э. Кениг), University of Chicago Press, ISBN 0-226-10455-9
  7. ^ а б c d е Costa, E. L .; Lima, R.G .; Амато, М. Б. (2009). «Электроимпедансная томография». Текущее мнение в интенсивной терапии. 15 (1): 18–24. Дои:10.1097 / mcc.0b013e3283220e8c. PMID 19186406.
  8. ^ а б c d е ж грамм час я Холдер Д.С. Электроимпедансная томография: методы, история и приложения, Институт физики, 2004. ISBN 0-7503-0952-0.
  9. ^ а б Карпентер, Дженнифер (13 июня 2011 г.). «Изображения фиксируют момент, когда мозг теряет сознание». BBC News: Наука и окружающая среда. ВЕЛИКОБРИТАНИЯ: BBC. Получено 20 февраля 2013.
  10. ^ Троханова, О. В .; Чижова, Ю. А .; Охапкин, М.Б .; Корженевский, А. В .; Туйкин, Т. С. (2013). «Возможности электроимпедансной томографии в гинекологии». Journal of Physics: Серия конференций. 434 (1): 012038. Bibcode:2013JPhCS.434a2038V. Дои:10.1088/1742-6596/434/1/012038.
  11. ^ Хендерсон, Р.П .; Вебстер, Дж. (1978). «Импедансная камера для пространственно-специфических измерений грудной клетки». IEEE Trans. Биомед. Англ.. 25 (3): 250–254. Дои:10.1109 / TBME.1978.326329. PMID 680754.
  12. ^ Барбер, округ Колумбия; Браун, Б. (1984). «Прикладная потенциальная томография». J. Phys. E: Sci. Instrum. 17 (9): 723–733. Дои:10.1088/0022-3735/17/9/002.
  13. ^ Barber, C.C .; Brown, B.H .; Фристон, И. (1983). «Построение изображений пространственного распределения удельного сопротивления с использованием прикладной потенциальной томографии». Письма об электронике. 19 (22): 933. Дои:10.1049 / el: 19830637.
  14. ^ РС. Бек и Р. Уильямс, Технологическая томография: принципы, методы и применение, Баттерворт-Хайнеманн (19 июля 1995 г.), ISBN 0-7506-0744-0
  15. ^ Djamdji, F .; Горвин, А. С .; Freeston, I.L .; Tozer, R.C .; Mayes, I.C .; Гниль, С. Р. (1996). «Электроимпедансная томография применяется для определения характеристик полупроводниковых пластин». Измерительная наука и технология. 7 (3): 391–395. Bibcode:1996MeScT ... 7..391D. Дои:10.1088/0957-0233/7/3/021. ISSN 0957-0233.
  16. ^ Культрера, Алессандро; Каллегаро, Лука (2016). «Электросопротивительная томография проводящих тонких пленок». IEEE Transactions по приборостроению и измерениям. 65 (9): 2101–2107. arXiv:1606.05698. Bibcode:2016arXiv160605698C. Дои:10.1109 / TIM.2016.2570127. ISSN 0018-9456.
  17. ^ а б Cheney, M .; Исааксон, Д. (1995). «Вопросы электроимпедансной томографии». IEEE Вычислительная наука и инженерия. 2 (4): 53–62. Дои:10.1109/99.476369.
  18. ^ а б c Держатель Дэвид С .: Электроимпедансная томография. Методы, история и применение, Институт физики: Бристоль и Филадельфия, 2005 г., Часть 1 Алгоритмы
  19. ^ а б Lionheart, Уильям Р. Б. (2004). «Алгоритмы реконструкции EIT: подводные камни, проблемы и последние разработки». Физиологические измерения. 25 (1): 125–142. arXiv:физика / 0310151. Дои:10.1088/0967-3334/25/1/021. PMID 15005311.
  20. ^ а б Cook, R.D .; Saulnier, G.J .; Gisser, D.G .; Goble, J.C .; Newell, J.C .; Исааксон, Д. (1994). «ACT3: Скоростной, прецизионный томограф электрического импеданса». IEEE Transactions по биомедицинской инженерии. 41 (8): 713–722. Дои:10.1109/10.310086. ЧВК 4793976. PMID 7927393.
  21. ^ а б Gisser, D. G .; Isaacson, D .; Ньюэлл, Дж. К. (1990). «Компьютерная томография электрического тока и собственные значения». Журнал SIAM по прикладной математике. 50 (6): 1623–1634. Дои:10.1137/0150096.
  22. ^ а б c Cheney, M .; Isaacson, D .; Newell, J.C .; Симске, С .; Гобл, Дж. (1990). «NOSER: алгоритм решения обратной задачи проводимости». Международный журнал систем и технологий обработки изображений. 2 (2): 66–75. Дои:10.1002 / ima.1850020203.
  23. ^ Додд, Мелодия; Мюллер, Дженнифер Л. (2014). «Алгоритм D-bar в реальном времени для данных двумерной томографии электрического импеданса». arXiv:1404.5978 [math.NA].
  24. ^ Ченг, К. С., Исааксон, Д., Ньюэлл, Дж. К., и Гиссер, Д. Г. (1989). Электродные модели для электротехнической компьютерной томографии. Биомедицинская инженерия, IEEE Transactions on, 36 (9), 918–24.
  25. ^ Сомерсало Э., Чейни М. и Исааксон Д. (1992). Существование и уникальность моделей электродов для электротехнической компьютерной томографии. SIAM Journal on Applied Mathematics, 52 (4), 1023–1040.
  26. ^ а б Чейни М. и 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. ^ а б Бойл А., Адлер А. (2011) «Влияние площади электрода, контактного импеданса и формы границы на изображения EIT». Physiol. Измер. 32(7): 745–54.
  29. ^ а б Феррарио Д., Грихтол Б., Адлер А., Сола Дж., Бём С.Х., Боденштейн М. (2012) «Морфологический торакальный EIT: основные источники сигнала соответствуют расположению соответствующих органов в КТ». IEEE Trans. Биомед. Англ. 59(11): 3000–8.
  30. ^ а б Rigaud B., Shi Y., Chauveau N., Morucci J.P. (1993) "Экспериментальная система сбора данных для импедансной томографии с активным электродным подходом". Med. Биол. Англ. Comput. 31(6): 593–9.
  31. ^ а б Гаггеро П.О., 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:2006ФИМ ... 27С..25А. CiteSeerX 10.1.1.414.8592. Дои:10.1088 / 0967-3334 / 27/5 / S03. PMID 16636416.
  33. ^ Мюллер Дж. Л. и Силтанен С. (2012), Линейные и нелинейные обратные задачи с практическим применением. СИАМ.
  34. ^ "Пионер ЭИТ". eit-pioneer.org/. Архивировано из оригинал на 2015-01-13. Получено 3 февраля 2016.
  35. ^ «Инициатива Swisstom по исследованию открытых инноваций в области EIT». swisstom.com. Swisstom. Получено 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. Дои: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 ИВЛ" Curr. Мнение. 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
  40. ^ а б Адлер А., Амато М.Б., Арнольд Дж. Х., Бейфорд Р., Боденштейн М., Бем С. Х., Браун Б. Х., Фрерихс И., Стенквист О., Вейлер Н., Вольф Г. К. (2012) «Куда мы идем, легкие EIT: где мы, куда мы хотим пойти и что нам нужно для этого?» Physiol. Измер. 33(5):679–94.
  41. ^ Гонг, Бо; Крюгер-Зиолек, Сабина; Меллер, Кнут; Шулльке, Бенджамин; Чжао, Чжаньци (02.11.2015). «Электроимпедансная томография: функциональная визуализация легких на пути к клинической практике?». Экспертный обзор респираторной медицины. 9 (6): 721–737. Дои:10.1586/17476348.2015.1103650. ISSN 1747-6348. PMID 26488464.
  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. Дои:10.1016 / j.resp.2016.07.010. PMID 27476932.
  43. ^ Шулльке, 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:2016НатСР ... 625951С. Дои:10.1038 / srep25951. ISSN 2045-2322. ЧВК 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-Лабердж К., Реттиг Дж., Варгас С., Смоллвуд К., Прабху С., Витали С., Зураковски 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. ^ а б c Solà J., Adler A., ​​Santos A., Tusman G., Sipmann F.S., Bohm S.H. (2011) «Неинвазивный мониторинг центрального кровяного давления с помощью электроимпедансной томографии: первое экспериментальное доказательство». Med. Биол. Англ. Comput. 49(4):409–15.
  47. ^ Huynh, P.T .; Jarolimek, A.M .; Дайе, С. (1998). «Ложноотрицательная маммограмма». РадиоГрафика. 18 (5): 1137–1154. Дои:10.1148 / радиография.18.5.9747612. PMID 9747612.
  48. ^ Пикколи, К. В. (1997). «МРТ груди с контрастным усилением: факторы, влияющие на чувствительность и специфичность». Европейская радиология. 7: 281–288. Дои:10.1007 / PL00006909. PMID 9370560.
  49. ^ Kuo, P.H .; Канал, Э .; Абу-Альфа, А.К .; Каупер, С. Э. (2007). «МР-контрастные вещества на основе гадолиния и нефрогенный системный фиброз». Радиология. 242 (3): 647–9. Дои:10.1148 / радиол.2423061640. PMID 17213364.
  50. ^ Жосине, Дж. (1998). «Импедивность свежевырезанной ткани груди человека». Физиологические измерения. 19 (1): 61–76. Дои: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. Дои:10.1088/0967-3334/22/1/301. PMID 11236870.
  52. ^ TransScan T-Scan 2000 - P970033, 24 апреля 2002 г., Управление по контролю за продуктами и лекарствами.
  53. ^ Ким Б. С., Исааксон Д., Ся Х., Као Т. Дж., Ньюэлл Дж. К., 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. ^ а б Гилад, О; Держатель, DS (2009). «Изменения импеданса, зарегистрированные с помощью электродов на коже черепа во время визуальных вызванных реакций: значение для электроимпедансной томографии быстрой нейронной активности». NeuroImage. 47 (2): 514–22. Дои:10.1016 / j.neuroimage.2009.04.085. PMID 19426819.
  56. ^ Kunst P.W., Vonk Noordegraaf A., Hoekstra O.S., Postmus P.E., de Vries P.M. (1998) «Визуализация вентиляции и перфузии с помощью электроимпедансной томографии: сравнение с радионуклидным сканированием». Physiol. Измер. 19(4): 481–90.
  57. ^ Maltron International. "Maltron Sheffield MK 3.5, пионер электроимпедансной томографии". Архивировано из оригинал 2 декабря 2010 г.. Получено 17 июн 2011.
  58. ^ Draeger medical. «Технические характеристики PulmoVista 500» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) 25 июля 2011 г.. Получено 17 июн 2011.
  59. ^ IMT. «Импедансные медицинские технологии». Получено 17 июн 2011.
  60. ^ ЭТО, http://www.itoms.com/products/v5r-electrical-resistance-tomography/