Elektrisk impedanstomografi
| Elektrisk impedanstomografi | |
|---|---|
 Figur 1: Ett tvärsnitt av en mänsklig thorax från en röntgen-CT som visar strömströmslinjer och ekvipotentialer från drivelektroder. Observera hur linjer böjs av förändringen i konduktivitet mellan olika organ.
| |
| Syfte | mätningar används för att bilda en tomografisk bild av en del av människokroppen |
Elektrisk impedanstomografi ( EIT ) är en icke-invasiv typ av medicinsk bildbehandling där den elektriska ledningsförmågan , permittiviteten och impedansen för en del av kroppen härleds från ytelektrodmätningar och används för att bilda en tomografisk bild av den delen. Elektrisk ledningsförmåga varierar avsevärt mellan olika biologiska vävnader (absolut EIT) eller rörelsen av vätskor och gaser i vävnader (skillnad EIT). Majoriteten av EIT-system applicerar små växelströmmar vid en enda frekvens, men vissa EIT-system använder flera frekvenser för att bättre skilja mellan normal och misstänkt onormal vävnad inom samma organ (multifrekvens-EIT eller elektrisk impedansspektroskopi).
Vanligtvis är ledande ytelektroder fästa på huden runt den kroppsdel som undersöks. Små växelströmmar kommer att appliceras på några eller alla elektroderna, varvid de resulterande ekvipotentialerna registreras från de andra elektroderna (figur 1 och 2). Denna process kommer sedan att upprepas för många olika elektrodkonfigurationer och slutligen resultera i ett tvådimensionellt tomogram enligt de inbyggda bildrekonstruktionsalgoritmerna.
Eftersom innehållet av fria joner bestämmer vävnads- och vätskeledningsförmåga, kommer muskler och blod att leda de applicerade strömmarna bättre än fett-, ben- eller lungvävnad. Denna egenskap kan användas för att rekonstruera statiska bilder genom morfologisk eller absolut EIT (a-EIT). Men i motsats till linjär röntgenstrålning som används i datortomografi, färdas elektriska strömmar tredimensionellt längs alla banorna samtidigt, viktade av deras konduktivitet (alltså i första hand längs vägen med minst resistivitet, men inte uteslutande). Detta innebär att en del av den elektriska strömmen lämnar tvärplanet och resulterar i en impedansöverföring. Detta och andra faktorer är anledningen till att bildrekonstruktion i absolut EIT är så svår, eftersom det vanligtvis finns mer än bara en lösning för bildrekonstruktion av ett tredimensionellt område projicerat på ett tvådimensionellt plan.
Matematiskt är problemet med att återvinna konduktivitet från ytmätningar av ström och potential ett icke-linjärt omvänt problem och är allvarligt illa ställt . Den matematiska formuleringen av problemet beror på Alberto Calderón , och i den matematiska litteraturen av omvända problem kallas det ofta för "Calderóns omvända problem" eller "Calderónproblemet". Det finns omfattande matematisk forskning om problemet med unika lösningar och numeriska algoritmer för detta problem.
Jämfört med vävnadskonduktiviteten hos de flesta andra mjuka vävnader i den mänskliga bröstkorgen, är lungvävnadens konduktivitet ungefär fem gånger lägre, vilket resulterar i hög absolut kontrast. Denna egenskap kan delvis förklara mängden forskning som utförs inom EIT-lungavbildning. Dessutom fluktuerar lungkonduktiviteten intensivt under andningscykeln, vilket förklarar forskarsamhällets enorma intresse att använda EIT som en metod vid sängkanten för att visualisera inhomogenitet i lungventilation hos mekaniskt ventilerade patienter. EIT-mätningar mellan två eller flera fysiologiska tillstånd, t.ex. mellan inandning och utandning, benämns därför tidsskillnad EIT (td-EIT).
Tidsskillnad EIT (td-EIT) har en stor fördel jämfört med absolut EIT (a-EIT): felaktigheter till följd av interindividuell anatomi, otillräcklig hudkontakt med ytelektroder eller impedansöverföring kan avvisas eftersom de flesta artefakter kommer att eliminera sig själva på grund av enkel bildsubtraktion i f-EIT. Detta är med största sannolikhet anledningen till att de största framstegen inom EIT-forskningen har uppnåtts med skillnad EIT.
Ytterligare EIT-applikationer som föreslås inkluderar upptäckt/lokalisering av cancer i hud , bröst eller livmoderhals , lokalisering av epileptiska härdar , avbildning av hjärnaktivitet. samt ett diagnostiskt verktyg för nedsatt magtömning. Försök att upptäcka eller lokalisera vävnadspatologi inom normal vävnad bygger vanligtvis på multifrekvens EIT (MF-EIT), även kallad elektrisk impedansspektroskopi (EIS) och baseras på skillnader i konduktansmönster vid olika frekvenser.
Historia
Uppfinningen av EIT som en medicinsk avbildningsteknik tillskrivs vanligtvis John G. Webster och en publikation 1978, även om det första praktiska förverkligandet av ett medicinskt EIT-system detaljerades 1984 på grund av David C. Barbers och Brian Hs arbete. Brunt . Tillsammans publicerade Brown och Barber det första elektriska impedanstomogrammet 1983, som visualiserade tvärsnittet av en mänsklig underarm av absolut EIT. Även om det har gjorts betydande framsteg under tiden, anses de flesta a-EIT-applikationer fortfarande vara experimentella. Två kommersiella f-EIT-enheter för övervakning av lungfunktion hos intensivvårdspatienter har dock nyligen introducerats.
En teknik som liknar EIT används inom geofysik och industriell processövervakning – elektrisk resistivitetstomografi . I analogi med EIT placeras ytelektroder på jorden, i borrhål eller i ett kärl eller rör för att lokalisera resistivitetsavvikelser eller övervaka blandningar av ledande vätskor. Installations- och återuppbyggnadstekniker är jämförbara med EIT. Inom geofysiken är idén från 1930-talet. Elektrisk resistivitetstomografi har också föreslagits för kartläggning av de elektriska egenskaperna hos substrat och tunna filmer för elektroniska tillämpningar.
Teori
,_1987._(9663810916).jpg)
Elektrisk konduktivitet och permittivitet varierar mellan biologiska vävnadstyper och beror på deras fria joninnehåll. Ytterligare faktorer som påverkar konduktiviteten inkluderar temperatur och andra fysiologiska faktorer, t.ex. andningscykeln mellan in- och utandning när lungvävnaden blir mer ledande på grund av lägre halt av isolerande luft i dess alveoler.
Efter att ha placerat ytelektroder genom adhesiva elektroder, ett elektrodbälte eller en ledande elektrodväst runt kroppsdelen av intresse, kommer växelströmmar på vanligtvis några milliampere med en frekvens på 10–100 kHz att appliceras över två eller flera drivelektroder. De återstående elektroderna kommer att användas för att mäta den resulterande spänningen. Proceduren kommer sedan att upprepas för många "stimuleringsmönster", t.ex. på varandra följande par av intilliggande elektroder tills en hel cirkel har fullbordats och bildrekonstruktion kan utföras och visas av en digital arbetsstation som innehåller komplexa matematiska algoritmer och a priori- data .
Själva strömmen appliceras med hjälp av strömkällor , antingen en enda strömkälla som växlas mellan elektroder med hjälp av en multiplexor eller ett system av spänning-till-ström-omvandlare, en för varje elektrod, var och en styrd av en digital-till-analog-omvandlare . Mätningarna kan återigen göras antingen av en enda spänningsmätningskrets multiplexerad över elektroderna eller en separat krets för varje elektrod. Tidigare EIT-system använde fortfarande en analog demoduleringskrets för att omvandla växelspänningen till en likströmsnivå innan den kördes genom en analog-till-digital-omvandlare . Nyare system omvandlar den alternerande signalen direkt innan de utför digital demodulering. Beroende på indikation kan vissa EIT-system arbeta vid flera frekvenser och mäta både storlek och fas av spänningen. Uppmätta spänningar skickas vidare till en dator för att utföra bildrekonstruktion och visning. Valet av strömmönster (eller spänningsmönster) påverkar signal-brusförhållandet avsevärt. Med enheter som kan mata strömmar från alla elektroder samtidigt (såsom ACT3) är det möjligt att adaptivt bestämma optimala strömmönster.
Om bilder ska visas i realtid är ett typiskt tillvägagångssätt tillämpningen av någon form av regulariserad invers av en linearisering av framåtproblemet eller en snabb version av en direktrekonstruktionsmetod såsom D-bar-metoden. De flesta praktiska system som används i den medicinska miljön genererar en 'skillnadsbild', dvs skillnader i spänning mellan två tidpunkter vänstermultipliceras med den regulariserade inversen för att beräkna en ungefärlig skillnad mellan permittivitets- och konduktivitetsbilder. Ett annat tillvägagångssätt är att konstruera en finita elementmodell av kroppen och justera konduktiviteterna (till exempel med en variant av Levenburg–Marquart-metoden ) för att passa de uppmätta data. Detta är mer utmanande eftersom det kräver en exakt kroppsform och exakt position för elektroderna.
Mycket av det grundläggande arbetet som ligger till grund för elektrisk impedans gjordes vid Rensselaer Polytechnic Institute med början på 1980-talet. Se även verket publicerat 1992 från Glenfield Hospital Project (referens saknas).
Absoluta EIT-metoder är inriktade på digital rekonstruktion av statiska bilder, dvs tvådimensionella representationer av anatomin i den kroppsdel som är av intresse. Som nämnts ovan och till skillnad från linjär röntgenstrålning i datortomografi , färdas elektriska strömmar tredimensionellt längs vägen med minsta resistivitet (figur 1), vilket resulterar i partiell förlust av den elektriska ström som appliceras (impedansöverföring, t.ex. på grund av blodflödet genom tvärplanet). Detta är en av anledningarna till att bildrekonstruktion i absolut EIT är så komplex, eftersom det vanligtvis finns mer än bara en lösning för bildrekonstruktion av ett tredimensionellt område projicerat på ett tvådimensionellt plan. En annan svårighet är att givet antalet elektroder och mätprecisionen vid varje elektrod, kan endast föremål som är större än en given storlek urskiljas. Detta förklarar nödvändigheten av mycket sofistikerade matematiska algoritmer som kommer att ta itu med det omvända problemet och dess dåliga ställning.
Ytterligare svårigheter i absolut EIT uppstår från inter- och intraindividuella skillnader i elektrodledningsförmåga med tillhörande bildförvrängning och artefakter. Det är också viktigt att komma ihåg att kroppsdelen av intresse sällan är exakt rund och att den interindividuella anatomin varierar, t.ex. bröstkorgens form, vilket påverkar individuella elektrodavstånd. A priori -data som redogör för ålder-, längd- och könstypisk anatomi kan minska känsligheten för artefakter och bildförvrängning. Förbättring av signal-brusförhållandet, t.ex. genom att använda aktiva ytelektroder, minskar ytterligare avbildningsfel. Några av de senaste EIT-systemen med aktiva elektroder övervakar elektrodprestanda genom en extra kanal och kan kompensera för otillräcklig hudkontakt genom att ta bort dem från mätningarna. En annan potentiell lösning på problemet med elektrod-hudkontakt är kontaktlös EIT-teknik som använder spänningsexcitering och kapacitiv koppling istället för direktkontakt med huden. Kapacitivt kopplade elektroder är mer bekväma för patienten men att upprätthålla en konstant och lika kopplingskapacitans för alla elektroder är utmanande i verkliga mätningar.
Tidsskillnad EIT kringgår de flesta av dessa problem genom att registrera mätningar hos samma individ mellan två eller flera fysiologiska tillstånd associerade med linjära konduktivitetsförändringar. Ett av de bästa exemplen för detta tillvägagångssätt är lungvävnad under andning på grund av linjära konduktivitetsförändringar mellan inandning och utandning som orsakas av varierande innehåll av isolerande luft under varje andningscykel. Detta tillåter digital subtraktion av registrerade mätningar som erhållits under andningscykeln och resulterar i funktionella bilder av lungventilation. En stor fördel är att relativa förändringar av konduktivitet förblir jämförbara mellan mätningar även om en av inspelningselektroderna är mindre ledande än de andra, vilket minskar de flesta artefakter och bildförvrängningar. Att införliva a priori datamängder eller maskor i skillnad EIT är fortfarande användbart för att projicera bilder på den mest sannolika organmorfologin, som beror på vikt, längd, kön och andra individuella faktorer.
Öppen källkodsprojektet EIDORS tillhandahåller en uppsättning program (skrivna i Matlab / GNU Octave ) för datarekonstruktion och visning under GNU GPL-licensen. Den direkta olinjära D-bar-metoden för olinjär EIT-rekonstruktion är tillgänglig i Matlab-kod på [2] .
Open Innovation EIT Research Initiative syftar till att främja utvecklingen av elektrisk impedanstomografi (EIT) i allmänhet och att i slutändan påskynda dess kliniska införande. Ett plug-and-play EIT-hård- och mjukvarupaket är tillgängligt via Swisstom och kan köpas till netto självkostnadspris. Bildrekonstruktion och bearbetning av rådata som erhållits med denna uppsättning kan utföras utan några begränsningar av mjukvaruverktygen som tillhandahålls av EIDORS.
Egenskaper
I motsats till de flesta andra tomografiska avbildningstekniker tillämpar EIT inte någon form av joniserande strålning. Strömmar som vanligtvis används i EIT är relativt små och säkerligen under tröskeln vid vilken de skulle orsaka betydande nervstimulering. Växelströmmens frekvens är tillräckligt hög för att inte ge upphov till elektrolytiska effekter i kroppen och den ohmska effekten som försvinner är tillräckligt liten och spridd över kroppen för att lätt kunna hanteras av kroppens termoregulatoriska system. Dessa egenskaper kvalificerar EIT för att kontinuerligt tillämpas på människor, t.ex. under mekanisk ventilation på en intensivvårdsavdelning (ICU). Eftersom utrustningen som behövs för att utföra EIT är mycket mindre och billigare än vid konventionell tomografi, kvalificerar EIT för kontinuerlig realtidsvisualisering av lungventilation precis vid sängkanten. EIT:s stora nackdel jämfört med konventionell tomografi är dess lägre maximala rumsliga upplösning (ungefär 15 % av elektroduppsättningens diameter i EIT jämfört med 1 mm i CT och MRI). Upplösningen kan dock förbättras med 32 istället för 16 elektroder. Bildkvaliteten kan förbättras ytterligare genom att konstruera ett EIT-system med aktiva ytelektroder, som avsevärt minskar signalförlust, artefakter och störningar i samband med kablar samt kabellängd och hantering. Till skillnad från rumslig upplösning är tidsupplösningen för EIT (0,1 millisekunder) mycket högre än i CT eller MRI (0,1 sekunder).
Ansökningar
Lung (a-EIT, td-EIT)
EIT är särskilt användbart för att övervaka lungfunktion eftersom lungvävnadsresistiviteten är fem gånger högre än de flesta andra mjuka vävnader i bröstkorgen. Detta resulterar i hög absolut kontrast i lungorna. Dessutom ökar och minskar lungresistiviteten flera gånger mellan inspiration och utandning, vilket förklarar varför övervakning av ventilation för närvarande är den mest lovande kliniska tillämpningen av EIT eftersom mekanisk ventilation ofta resulterar i ventilatorassocierad lungskada (VALI). Genomförbarheten av EIT för lungavbildning demonstrerades först vid Rensselaer Polytechnic Institute 1990 med hjälp av NOSER-algoritmen. Tidsskillnad EIT kan lösa förändringarna i fördelningen av lungvolymer mellan beroende och icke-beroende lungregioner och hjälpa till att justera ventilatorinställningarna för att ge lungskyddande ventilation till patienter under kritisk sjukdom eller anestesi.
De flesta EIT-studier har fokuserat på att övervaka regional lungfunktion med hjälp av informationen som bestäms av tidsskillnaden EIT (td-EIT). Men absolut EIT (a-EIT) har också potential att bli ett kliniskt användbart verktyg för lungavbildning, eftersom detta tillvägagångssätt skulle göra det möjligt för en direkt att skilja mellan lungtillstånd som härrör från regioner med lägre resistivitet (t.ex. hemothorax, pleurautgjutning, atelektas, lungödem) och de med högre resistivitet (t.ex. pneumothorax, emfysem).
Bilden ovan visar en EIT-studie av en 10 dagar gammal baby som andas normalt med 16 självhäftande elektroder applicerade på bröstet.
Bildrekonstruktion från absoluta impedansmätningar kräver övervägande av de exakta dimensionerna och formen på en kropp såväl som den exakta elektrodplaceringen eftersom förenklade antaganden skulle leda till stora rekonstruktionsartefakter. Även om inledande studier som bedömer aspekter av absolut EIT har publicerats, har detta forskningsområde ännu inte nått den mognadsnivå som skulle göra det lämpligt för klinisk användning.
Däremot bestämmer tidsskillnaden EIT relativa impedansförändringar som kan orsakas av antingen ventilation eller förändringar av slutexpiratorisk lungvolym. Dessa relativa förändringar hänvisas till en baslinjenivå, som vanligtvis definieras av impedansfördelningen i bröstkorgen vid slutet av utgången. Tidsskillnad EIT-bilder kan genereras kontinuerligt och precis vid sängkanten. Dessa attribut gör regional lungfunktionsövervakning särskilt användbar närhelst det finns ett behov av att förbättra syresättning eller CO 2 -eliminering och när terapiförändringar är avsedda att uppnå en mer homogen gasfördelning i mekaniskt ventilerade patienter. EIT lungavbildning kan lösa förändringarna i den regionala fördelningen av lungvolymer mellan t.ex. beroende och icke-beroende lungregioner när ventilatorparametrar ändras. Således kan EIT-mätningar användas för att vägleda specifika ventilatorinställningar för att upprätthålla lungskyddsventilation för varje patient.
Förutom tillämpligheten av EIT på intensivvårdsavdelningen avslöjar första studier med patienter som andas spontant ytterligare lovande tillämpningar. Den höga temporala upplösningen av EIT tillåter regional bedömning av vanliga dynamiska parametrar som används vid lungfunktionstestning (t.ex. forcerad utandningsvolym på 1 sekund). Dessutom kan specialutvecklade bildfusionsmetoder som överlagrar funktionella EIT-data med morfologiska patientdata (t.ex. CT- eller MRI -bilder) användas för att få en omfattande inblick i lungornas patofysiologi, vilket kan vara användbart för patienter med obstruktiva lungsjukdomar (t.ex. KOL , CF ).
Efter många år av lung-EIT-forskning med provisorisk EIT-utrustning eller seriemodeller tillverkade i mycket litet antal, har två kommersiella system för lung-EIT nyligen tagit sig in på den medicintekniska marknaden: Drägers PulmoVista® 500 och Swisstom AG :s Swisstom BB 2 . Båda modellerna installeras för närvarande på intensivvårdsavdelningar och används redan som medhjälpare i beslutsprocesser relaterade till behandling av patienter med akut andnödsyndrom (ARDS).
Den ökande tillgängligheten av kommersiella EIT-system på intensivvårdsavdelningar kommer att visa om den lovande mängden bevis som erhållits från djurmodeller kommer att gälla även för människor (EIT-vägledd lungrekrytering, val av optimala PEEP-nivåer, pneumothorax-detektion, förebyggande av ventilatorassocierad lungskada ( VALI), etc.). Detta skulle vara mycket önskvärt, med tanke på att nyare studier tyder på att 15 % av de mekaniskt ventilerade patienterna på ICU kommer att utveckla akut lungskada (ALI) med åtföljande progressiv lungkollaps och som är associerad med en rapporterad hög dödlighet på 39 %. Alldeles nyligen kunde det första prospektiva djurförsöket på EIT-styrd mekanisk ventilation och resultat visa betydande fördelar med avseende på andningsmekanik, gasutbyte och histologiska tecken på ventilatorrelaterad lungskada.
Förutom visuell information (t.ex. regional fördelning av tidalvolym) tillhandahåller EIT-mätningar rådatauppsättningar som kan användas för att beräkna annan användbar information (t.ex. förändringar av intratorakal gasvolym under kritisk sjukdom) – dock kräver sådana parametrar fortfarande noggrann utvärdering och godkännande.
En annan intressant aspekt av thoracal EIT är dess förmåga att registrera och filtrera pulserande signaler av perfusion. Även om lovande studier har publicerats om detta ämne, är denna teknik fortfarande i början. Ett genombrott skulle möjliggöra simultan visualisering av både regionalt blodflöde och regional ventilation – vilket gör det möjligt för läkare att lokalisera och reagera på fysiologiska shunts orsakade av regionala oöverensstämmelse mellan lungventilation och perfusion med tillhörande hypoxemi.
Bröst (MF-EIT)
EIT undersöks inom området bröstavbildning som en alternativ/komplementär teknik till mammografi och magnetisk resonanstomografi (MRT) för upptäckt av bröstcancer. Den låga specificiteten för mammografi och MRT resulterar i en relativt hög andel falskt positiva screeningar, med hög oro för patienter och kostnader för vårdstrukturer. Utveckling av alternativa avbildningstekniker för denna indikation skulle vara önskvärt på grund av bristerna i de befintliga metoderna: joniserande strålning vid mammografi och risken för att inducera nefrogen systemisk fibros (NSF) hos patienter med nedsatt njurfunktion genom att administrera kontrastmedlet som används vid bröst-MR. , Gadolinium .
Litteratur visar att de elektriska egenskaperna skiljer sig mellan normala och maligna bröstvävnader, vilket skapar förutsättningar för upptäckt av cancer genom bestämning av elektriska egenskaper.
En tidig kommersiell utveckling av icke-tomografisk elektrisk impedansavbildning var T-Scan-enheten som rapporterades förbättra känsligheten och specificiteten när den användes som ett komplement till screening mammografi. En rapport till United States Food and Drug Administration (FDA) beskriver en studie som involverade 504 försökspersoner där mammografins känslighet var 82 %, 62 % för enbart T-Scan och 88 % för de två tillsammans. Specificiteten var 39 % för mammografi, 47 % för enbart T-Scan och 51 % för de två kombinerade.
Flera forskargrupper runt om i världen utvecklar aktivt tekniken. Ett frekvenssvep verkar vara en effektiv teknik för att upptäcka bröstcancer med hjälp av EIT.
USA-patentet US 8 200 309 B2 kombinerar elektrisk impedansskanning med magnetisk resonans-lågfrekvent strömtäthetsavbildning i en kliniskt acceptabel konfiguration som inte kräver användning av gadoliniumkelatförstärkning vid magnetisk resonansmammografi.
Livmoderhalsen (MF-EIT)
Förutom sin banbrytande roll i utvecklingen av de första EIT-systemen i Sheffield är professor Brian H. Brown för närvarande aktiv i forskning och utveckling av ett elektriskt impedansspektroskop baserat på MF-EIT. Enligt en studie publicerad av Brown 2000 kan MF-EIT förutsäga [cervikal intraepitelial neoplasi] (CIN) grad 2 och 3 enligt cellprov med en sensitivitet och specificitet på 92 % vardera. Huruvida cervikal MF-EIT kommer att introduceras som ett komplement eller ett alternativ till cellprovet har ännu inte beslutats. Brown är akademisk grundare av Zilico Limited som distribuerar spektroskopet (ZedScan I). Enheten fick EG-certifiering från dess anmälda organ 2013 och introduceras för närvarande på ett antal kliniker i Storbritannien och hälsovårdssystem över hela världen.
Hjärna (a-EIT, td-EIT, mf-EIT)
EIT har föreslagits som en grund för hjärnavbildning för att möjliggöra upptäckt och övervakning av cerebral ischemi , blödning och andra morfologiska patologier associerade med impedansförändringar på grund av svullnad av neuronala celler, dvs cerebral hypoxemi och hypoglykemi .
Medan EIT:s maximala rumsliga upplösning på cirka 15 % av elektroduppsättningens diameter är betydligt lägre än den för cerebral CT eller MRI (cirka en millimeter), är tidsupplösningen för EIT mycket högre än i CT eller MRI (0,1 millisekunder jämfört med 0,1 sekunder) . Detta gör EIT också intressant för att övervaka normal hjärnfunktion och neuronal aktivitet på intensivvårdsavdelningar eller den preoperativa miljön för lokalisering av epileptiska foci genom telemetriska inspelningar.
Holder kunde 1992 demonstrera att förändringar av intracerebral impedans kan detekteras icke-invasivt genom kraniet genom ytelektrodmätningar. Djurmodeller av experimentell stroke eller anfall visade ökningar av impedansen med upp till 100 % respektive 10 %. Nyare EIT-system erbjuder möjligheten att applicera växelström från icke-intilliggande drivelektroder. Hittills har cerebral EIT ännu inte nått den mognad som ska användas i klinisk rutin, men kliniska studier utförs för närvarande på stroke och epilepsi.
I denna användning beror EIT på att applicera lågfrekventa strömmar ovanför skallen som är runt <100 Hz eftersom under neuronal vila vid denna frekvens förblir dessa strömmar i det extracellulära utrymmet och därför inte kan komma in i det intracellulära utrymmet i neuroner. Men när en neuron genererar en aktionspotential eller är på väg att depolariseras , kommer motståndet hos dess membran som förhindrar detta att reduceras med åttiofaldigt. Närhelst detta händer i ett större antal neuroner kommer resistivitetsförändringar på cirka 0,06–1,7 % att resultera. Dessa förändringar i resistivitet tillhandahåller ett sätt att detektera koherent neuronal aktivitet över ett större antal neuroner och så den tomografiska avbildningen av neural hjärnaktivitet.
Tyvärr, även om sådana förändringar kan upptäckas, "är de bara för små för att stödja tillförlitlig produktion av bilder." Möjligheterna att använda denna teknik för denna indikation kommer att bero på förbättrad signalbehandling eller inspelning.
En studie rapporterade i juni 2011 att Functional Electrical Impedance Tomography by Evoke Response (fEITER) har använts för att avbilda förändringar i hjärnans aktivitet efter injektion av ett bedövningsmedel. En av fördelarna med tekniken är att utrustningen som krävs är tillräckligt liten och lätt att transportera så att den kan användas för att övervaka anestesidjupet på operationssalar.
Perfusion (td-EIT)
På grund av dess relativt höga konduktivitet kan blod användas för funktionell avbildning av perfusion i vävnader och organ som kännetecknas av lägre konduktivitet, t.ex. för att visualisera regional lungperfusion. Bakgrunden till detta tillvägagångssätt är att pulserande vävnadsimpedans förändras i enlighet med skillnader i fyllningen av blodkärl mellan systole och diastole, särskilt vid injicering av saltlösning som kontrastmedel.
Idrottsmedicin/hemvård (a-EIT, td-EIT)
Elektriska impedansmätningar kan också användas för att beräkna abstrakta parametrar, dvs icke-visuell information. Nya framsteg inom EIT-teknik samt det lägre antalet elektroder som krävs för att registrera globala istället för regionala parametrar hos friska individer kan användas för icke-invasiv bestämning av t.ex. VO 2 eller arteriellt blodtryck inom idrottsmedicin eller hemsjukvård.
Kommersiella system
a-EIT och td-EIT
Även om medicinska EIT-system inte hade använts i stor utsträckning förrän nyligen, har flera tillverkare av medicinsk utrustning levererat kommersiella versioner av lungavbildningssystem utvecklade av universitetsforskningsgrupper. Det första sådana systemet produceras av Maltron International som distribuerar Sheffield Mark 3.5- systemet med 16 elektroder. Liknande system är Goe MF II-systemet utvecklat av universitetet i Göttingen , Tyskland och distribuerat genom CareFusion (16 elektroder) samt Enlight 1800 utvecklat vid University of São Paulo School of Medicine och Polytechnic Institute of University of São Paulo , Brasilien som distribueras av Timpel SA (32 elektroder). Dessa system följer vanligtvis medicinsk säkerhetslagstiftning och har främst använts av kliniska forskargrupper på sjukhus, de flesta inom intensivvården .
Den första EIT-enheten för lungfunktionsövervakning designad för daglig klinisk användning i den kritiska vårdmiljön har gjorts tillgänglig av Dräger Medical 2011 – PulmoVista® 500 (16-elektrodssystem). Ett annat kommersiellt EIT-system designat för övervakning av lungfunktion i ICU-miljön är baserat på 32 aktiva elektroder och presenterades först på 2013 års årliga ESICM-kongress – Swisstom BB 2 . Under tiden har Swisstom AG:s Swisstoms BB 2 släppts på marknaden vid 2014 års internationella symposium om intensivvård och akutmedicin ( ISICEM ) och kommer att distribueras i Västeuropa genom ett partnerskap mellan Swisstom och Maquet .
MF-EIT
Multifrequency-EIT (MF-EIT) eller elektrisk impedansspektroskopi (EIS) system är vanligtvis utformade för att detektera eller lokalisera onormal vävnad, t.ex. precancerösa lesioner eller cancer. Impedance Medical Technologies tillverkar system baserade på design av Research Institute of Radioengineering and Electronics vid den ryska vetenskapsakademin i Moskva, som är speciellt inriktade på upptäckt av bröstcancer. Texas-baserade Mirabel Medical Systems, Inc. utvecklar en liknande lösning för icke-invasiv upptäckt av bröstcancer och erbjuder T-Scan 2000ED . Zilico Limited distribuerar ett elektriskt impedansspektroskop som heter ZedScan I som en medicinsk utrustning som ska underlätta lokalisering/diagnos av cervikal intraepitelial neoplasi. Enheten fick just EG-certifiering 2013.
V5R
v5r är en högpresterande enhet, baserad på en spännings-spänningsmätningsteknik, designad för att förbättra processkontrollen. Den höga bildhastigheten för v5r (över 650 bilder per sekund) gör att den kan användas för att övervaka snabbt utvecklande processer eller dynamiska flödesförhållanden. Data som den tillhandahåller kan användas för att bestämma flödesprofilen för komplexa flerfasprocesser ; tillåter ingenjörer att skilja mellan laminärt flöde , pluggflöde och andra viktiga flödesförhållanden för djupare förståelse och förbättrad processkontroll.
När den används för koncentrationsmätningar betyder förmågan att mäta full impedans över ett brett spektrum av fasförhållanden att v5r kan leverera avsevärd noggrannhet över ett bredare konduktivitetsområde jämfört med andra enheter.
Se även
- Elektrisk kapacitans volymtomografi
- Elektrisk kapacitanstomografi
- Andningsövervakning
- EIDORS en rekonstruktionsverktygslåda för EIT
- Industriella tomografisystem