电阻抗断层成像
电阻抗断层成像应用基础与临床应用的一些研究进展
出在 Ｅ Ｔ方法 学 研 究 不 断深 入 和 发展 的基 础 上 ， 行有 确 定 目标 的 应用 基 础 研 究 和 临床 应 用 研 究 。 Ｉ 进 关 键 词 ：电阻 抗 断层 成 像 （ Ｉ ） Ｅ Ｔ ；渗血 监 护 ； 功 能成 像 ；胃动 力 评 价 ； 腺 肿 瘤检 测 肺 乳 中 图分 类 号 Ｒ １ ３８ 文献 标 识 码 Ａ 文 章编 号 ０ ５ — ２ （ ０ ０ ０ — ０ — ２ ８８ ｌ ２ １ ） ２０ ００ ０ ３ ５
Ｓ ｍ ｅ Ｐｒ ｇ ｅ ｓ ｓｉ ｏ ｏ ｒ ｓ ｅ ｎ Ａｐｐ ｉａ ｉ ｎ Ｆｏ ｎ ｔ ｎ ａ ｉ ｉａ ｌ ｔｏ ｕ ｄａ ｉ ｎｄ Ｃｌｎ ｃ ｌ ｃ ｏ Ａｐ ｌｃ ｔｏ ｓ ａ ｃ ｆ Ｅｌｃ ｒｃ ｌＩ ｐ ｄａ ｅ Ｔｏ ｏ ｒ ｐ ｐ ｉ ａ ｉ ｎ Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｅ ｔ ｉａ ｍ ｅ ｎｃ ｍ ｇ ａ ｈｙ
用于电阻抗断层成像的真实颅骨物理模型研究
颅 脑 电 阻抗 成 像是 Ｅ Ｔ技术 应 用 的 一个 重 要 方 面 ， 监测 Ｉ 对 颅 内 出血 等颅 脑 危 重病 症 有 重要 意 义［ 颅脑 Ｅ Ｔ技 术 中 的一 ３ １ Ｉ 个 关 键 问题 是 人 脑被 电阻率 相 对 较 高 的颅 骨 所包 同 ． 这使 施 加
ｓ ｔ ｔ ａ ａ ａｙ ｉ ｗ ｓｃ ｎ ｕ ｔｄｔ ａｉａｅｔｅ ａｃ ｒｃ ｆｔｅｍｏ ｅ． ｓ ｌ ｅｙｇ ｐ ｏ ｓｍｏ ｅ ｓｏ ｅ ｌ ｔ ｋ ｌ ｔ ｉ ｉ ｌ ｎ ｌｓｓ＂ａ ｏ ｄ ｃｅ ｏｖ ｌ ｔ ｈ ｃ ｕａ ｙｏ ｄ １ Ｒｅｕｔ Ｅｖ ｒ ｙ ｓ ｕ ｄ ｌ ａｓｃ ｄ ｈ ｓ ｗａ ｆｒａｉ ｉ ｓｕｌ ｓｃ
在 头 皮 上 的注 人 电 流只 有小 部 分 才 能 穿透 颅 骨进 入 大 脑 ． 成 造
上 海 硬 石 膏 （ 海 医疗 器 械 股 份 有 限公 司 ） Ｓ １ ６ 上 ． Ｉ２ ０阻 抗
分 析 仪 （ 国 Ｓ Ｌ Ｒ Ｒ Ｎ公 司 ） 婴 儿 培 养 箱 （ Ｐ ９ ０ 宁 波 英 Ｏ Ａ Ｔ Ｏ ， Ｙ 一７ ， 戴 维 医疗 器 械 有 限 公 司 ） ６ ，４排 螺旋 Ｖ Ｔ 美 国 Ｇ ｉｈＳ ｅ ｄ Ｃ （ Ｅ Ｌｇ ｔｐ ｅ
制 造 技 术 ， 由三 维 Ｃ Ｄ（ｏ ｐ ｔｒ ｉｅ ｅ ｉ ） 型 直 接 驱 它 Ａ ｃ ｍ ｕｅ ｄ ｄｄ ｓ ｎ 模 ａ ｇ
动 ， 快速 制造 任 意 复 杂 形 状 的 二 维 实 体 ． 前 已在 工程 和 医 能 目
护 的特 点 ， 目前 已受 到 国 内外 临 床 医 学 与 生 物 医 学 界 的 广泛
准 确 的 实验 平 台 。方 法 ： 集 颅 骨 的 Ｃ 图像 ， 快速 成型 机 制 作 出树 脂 模 型 ， 采 Ｔ 用 然后 将 每 一 块 树 脂 模 型 翻 制 成 不 同 电 阻
电阻抗断层成像技术指导个体化呼气末正压通气的研究进展
㊃综述㊃电阻抗断层成像技术指导个体化呼气末正压通气的研究进展徐佳世㊀罗艳㊀㊀ＤＯＩ：１０．１２０８９／ｊｃａ．２０２０．１２．０２０作者单位：２０００２５㊀上海交通大学医学院附属瑞金医院麻醉科通信作者：罗艳，Ｅｍａｉｌ：ｌｙ１１０８７＠ｒｊｈ．ｃｏｍ㊀㊀呼气末正压通气（ｐｏｓｉｔｉｖｅｅｎｄｅｘｐｉｒａｔｏｒｙｐｒｅｓｓｕｒｅ，ＰＥＥＰ）是常用的机械通气参数之一㊂联合ＰＥＥＰ通气可以使塌陷的肺泡及支气管扩张，改善肺通气和弥散功能，但过高的ＰＥＥＰ可能导致肺损害及血流动力学改变㊂目前关于ＰＥＥＰ的设置仍存在争论㊂电阻抗断层成像技术（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｉｍｐｅｄａｎｃｅｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ，ＥＩＴ）将肺通气过程中阻抗变化以图像呈现，能够反映ＰＥＥＰ调整前后的肺部运动及通气变化［１］㊂本文就ＥＩＴ指导个体化ＰＥＥＰ设置作一综述㊂ＥＩＴ与ＰＥＥＰ概述ＥＩＴ能够通过物体表面的电流感知内部电阻变化，近年来多应用于医学领域尤其是呼吸力学方面的研究㊂ＥＩＴ能够可靠反映患者肺通气分布情况㊂Ｔｏｍｉｃｉｃ等［２］研究表明，ＥＩＴ图像量化数值与ＣＴ图像高度吻合㊂ＥＩＴ还具有体积小㊁即时㊁无创㊁无辐射等特点，在改变呼吸参数后能够立即反映肺通气变化，使得ＥＩＴ有潜力应用于床旁指导呼吸参数设置㊂ＰＥＥＰ是在机械通气呼气末保持一定气道压力，能够维持功能残气量稳定［３］，预防气道塌陷，改善患者氧合，减少术后肺不张和肺部感染等并发症的风险［４］㊂但是过高的ＰＥＥＰ可能导致肺泡过度扩张㊁吸气压增高㊁胸腔压力增高㊁肺顺应性降低和肺功能损害，也对血流动力学造成不利影响［５］㊂一项随机对照试验［６］表明，根据肺顺应性设置ＰＥＥＰ相比低ＰＥＥＰ会增加术后２８ｄ全因死亡率㊁延长拔管时间和增加气胸风险，证实不恰当的ＰＥＥＰ设置会对患者造成危害㊂目前临床指导ＰＥＥＰ设置的指标如二氧化碳水平㊁血氧饱和度和呼吸顺应性监测等，并不能反映肺区域通气情况，难以为不同患者确定最适ＰＥＥＰ，成为临床工作中急需解决的问题㊂而ＥＩＴ的出现为机械通气个体化ＰＥＥＰ设置提供了新的思路㊂近几年国内外已有一些学者尝试探究ＥＩＴ与ＰＥＥＰ应用的关系，希望能通过ＥＩＴ确定不同患者适宜的ＰＥＥＰ㊂王芹等［７］使用ＥＩＴ监测全麻手术患者肺通气情况，结果显示，随ＰＥＥＰ增加，肺过度通气区域得到改善，肺不张的区域也逐渐恢复通气，研究者根据ＥＩＴ图像变化确定了最适宜的ＰＥＥＰ㊂Ｚｈａｏ等［８］使用ＥＩＴ为２４例ＡＲＤＳ患者优化ＰＥＥＰ设置，证实ＥＩＴ个体化ＰＥＥＰ设置是安全的，能够改善患者氧合㊁提高肺顺应性和缩短拔管时间等㊂在这些研究中，对最适宜ＰＥＥＰ的定义不同，使用相关ＥＩＴ参数也存在差异㊂ＥＩＴ指导个体化ＰＥＥＰ的参数和应用在ＥＩＴ研究中最常见的方法是ＰＥＥＰ试验（或ＰＥＥＰ滴定），即在递增或递减ＰＥＥＰ的过程中结合ＥＩＴ监测参数确定最佳ＰＥＥＰ，也据此衍生出许多ＥＩＴ参数和术语㊂像素顺应性㊀像素顺应性是较早出现的ＥＩＴ参数之一，将潮气量除以ＥＩＴ不同区域像素数量来估计各个区域肺顺应性㊂随着ＰＥＥＰ增加，像素顺应性也会增加，可以根据不同区域像素顺应性选择最佳ＰＥＥＰ㊂Ｆｒａｎｃｈｉｎｅａｕ等［９］在此基础上，通过加权公式计算出ＥＩＴ各个区域肺泡塌陷（ＣＬ）和过度通气（ＯＤ）情况㊂他们认为，最佳的ＰＥＥＰ为各个区域肺泡塌陷小于１５％，同时过度通气范围最小的状态㊂他们用该方法对１５例使用ＥＣＭＯ的患者进行ＰＥＥＰ试验，结果表明，在最佳ＰＥＥＰ下患者潮气量和肺顺应性均有提高㊂Ｐｅｒｅｉｒａ等［１０］认为ＣＬ和ＯＤ曲线交叉点意味着过度通气与肺泡塌陷达到平衡，此时为最佳ＰＥＥＰ值㊂研究者对４０例行全麻手术患者进行随机对照研究，结果显示，根据ＥＩＴ设置ＰＥＥＰ水平的试验组氧合指数更高，且结合ＣＴ提示该组术后肺不张较少㊂像素顺应性相关公式可以计算出精确数值，且与肺通气变化情况有良好的相关性，在近几年的ＥＩＴ研究中得到了广泛应用㊂呼气末肺阻抗梯度㊀呼气末肺阻抗（ｅｎｄ⁃ｅｘｐｉｒａｔｏｒｙｌｕｎｇｉｍｐｅｄａｎｃｅ，ＥＥＬＩ）梯度是ＥＩＴ设备根据患者肺阻抗变化制作的连续线性图像，Ｅｒｏｎｉａ等［１１］认为恒定的ＥＥＬＩ相当于稳定的呼气末肺容积（ｅｎｄ⁃ｅｘｐｉｒａｔｏｒｙｌｕｎｇｖｏｌｕｍｅ，ＥＥＬＶ），也就是最合适患者的ＰＥＥＰ值㊂他们对１６例接受机械通气的ＡＲＤＳ患者进行ＥＩＴ监测以及ＰＥＥＰ试验，结果表明，与对照组比较，通过呼气末阻抗梯度设置后的平均ＰＥＥＰ水平更高，患者氧合指数改善，驱动压降低，同时肺背侧区域塌陷状态改善，肺腹侧区域过度通气减少㊂相比像素顺应性，呼气末阻抗梯度无需复杂计算，由ＥＩＴ设备直接绘制出，趋势变化更为直观，适宜临床手术室㊁病床边操作使用㊂可复张的肺容积㊀可复张的肺容积（ＰＲＬＶ）指通过鼓肺手法能够增加的肺容积，反映肺塌陷的程度㊂Ｌｏｗｈａｇｅｎ等［１２］对１６例急性肺损伤（ＡＬＩ）患者计算ＰＲＬＶ，结果表明，不同患者ＰＲＬＶ值差异较大，若对低ＰＲＬＶ患者使用高ＰＥＥＰ可能有害，而个体化ＰＥＥＰ设定则有助于治疗㊂计算可复张肺容积方法较为复杂，需要通过氮冲洗方式获得ＥＥＬＶ基线，并需经过ＥＩＴ校准，因此目前临床应用较少㊂通气均匀性指数㊀在ＥＩＴ研究中衍生了一系列参数用于描述通气均匀性，包括通气中心（ＣＯＶ）㊁不均匀性（ＧＩ）㊁局部通气延迟（ＲＶＤ）㊁潮气内分布（ＩＴＶ）㊂随着ＥＩＴ认知的深入，有些参数已被简化或取代，但均匀通气仍是临床医师的目标，通气均匀性相关参数仍在ＥＩＴ领域占据不可替代的地位㊂（１）ＣＯＶ㊂ＣＯＶ曾被描述为 重心 （ＣＯＧ），它代表肺背侧通气量占全部通气量的比值，比值越大说明肺背侧通气越多㊂ＣＯＶ是经典的通气均匀性参数之一，可以作为一个敏感指标描述ＰＥＥＰ试验过程中引起的通气变化㊂Ｋａｒｓｔｅｎ等［１３］观察了３２例腹腔镜胆囊切除患者不同ＰＥＥＰ设置后的ＣＯＶ差异，提示ＣＯＶ能够敏感反映出肺内通气变化，并且随着ＰＥＥＰ提高通气不仅仅向背侧移动，且向肺左叶移动㊂Ｈｅ等［１４］优化了ＣＯＶ指数，将ＥＩＴ图像分为上下２个区域，若在ＰＥＥＰ递减试验中发现图像上部（肺腹侧通气区域）最小，图像下部（肺背侧区域）最大认为达到了最佳的通气状态㊂研究观察５０例行腹腔镜手术患者，结果显示，通过该方法进行ＰＥＥＰ优化有助于氧合指数的提高㊂ＣＯＶ的优势在于不需要复杂计算，直观显示通气分布状态，经过改良的ＣＯＶ能够适于床旁迅速判断肺通气均匀性并指导呼吸参数设置㊂（２）ＧＩ㊂ＧＩ不均匀性是根据像素值差异计算的通气均匀性指标，通过计算ＥＩＴ图像中通气区域阻抗的中间值与各像素之间差异总和，再除以所有像素总阻抗的变化后得出㊂ＧＩ越小，说明肺通气越均匀㊂Ｚｈａｏ等［１５］通过３０例ＡＲＤＳ患者同时观察几个ＥＩＴ衍生指标，研究表明，与像素顺应性比较，ＧＩ能够更好计算最佳ＰＥＥＰ㊂与ＣＯＶ比较，ＧＩ计算每个像素和整体之间的差异，能够更为精确计算通气均匀性㊂（３）ＲＶＤ㊂ＲＶＤ指数是通过时间差异计算得到的参数，根据ＥＩＴ不同像素吸气开始时间和整体吸气开始时间差异生成ＲＶＤ分布图，计算出标准差㊂它考虑所有像素的可变性，与肺周期性开闭有密切关联，能够用于ＰＥＥＰ试验㊂有研究表明，根据ＲＶＤ指数设置ＰＥＥＰ能够减少肺部炎性产物积蓄，符合当代肺保护性通气标准［１６］㊂Ｈｏｃｈｈａｕｓｅｎ等［１７］横向比较了ＧＩ和ＲＶＤ两个参数，表明两者均能很好地反映肺通气分布情况㊂（４）ＩＴＶ㊂ＩＴＶ是以整体的潮气量变化作为参考值，对不同吸气阶段的不同区域进行量化得到的参数，是通气量在ＥＩＴ监测中的反映㊂Ｂｌａｎｋｍａｎ等［１８］对１２例心脏术后患者进行ＩＴＶ监测，结果提示，ＩＴＶ与肺动态顺应性有很好的相关性㊂由于ＩＴＶ与潮气量密切相关，能很好反映肺通气变化，所以可以通过ＰＥＥＰ试验确定患者最佳ＰＥＥＰ值㊂因此，根据潮气量变化㊁通气时间㊁像素值差异㊁通气分布等变量衍生出不同的ＥＩＴ参数均可以指导个体化ＰＥＥＰ设置，它们的目标都是为患者确定最佳ＰＥＥＰ水平，达到更均匀的通气状态，减少肺部损伤㊂Ｋａｒｓｔｅｎ等［１９］横向比较了这些参数，结果表明，大部分ＥＩＴ衍生指标均能够显著改善患者氧合，提高肺顺应性㊂因此，在实际临床操作中，不建议精确算出各个指数结果，而是结合患者所处环境及自身状态，根据ＥＩＴ图像以及最简单的参数做出调整，达到即时监测㊁迅速改善肺通气的目的㊂ＥＩＴ指导个体化ＰＥＥＰ的局限性呼吸参数设置必须考虑到患者病理生理特点［２０］，以往的ＰＥＥＰ设置难以反映患者通气是否均匀，因此需要更直观㊁更完整㊁更个体化的方法进行ＰＥＥＰ设置［２１］㊂ＥＩＴ通过直观显示肺通气变化，在呼吸参数设置中展现出一定的优势㊂但ＥＩＴ指导ＰＥＥＰ设置在临床监测㊁参数解读以及临床应用仍然存在一定局限㊂监测方面的局限㊀由于ＥＩＴ设备监测的是胸腔的其中一个条带，仅仅反映了该区域内随时间变化的图像，难以反映肺部整体情况㊂Ｂｉｋｋｅｒ等［２２］在１２例心脏术后机械通气患者身上放置２组ＥＩＴ装置观察ＰＥＥＰ对肺通气分布的影响，结果表明，当ＰＥＥＰ逐渐增加过程中，肺通气分布不仅存在由腹侧向背侧的转变，还存在由头端向尾端移动的现象，可见同一患者肺部不同位置的通气也存在差异㊂因此ＥＩＴ监测的单一平面的通气改善能否改善整体通气情况，对其他肺区域会产生怎样影响，仍需要进一步研究来证实㊂参数解读的局限㊀随着ＥＩＴ研究的深入，围绕ＥＩＴ衍生众多参数有不同解读方式，对相关参数选择也存在争议㊂例如Ｂｌａｎｋｍａｎ等［１８］提出ＧＩ㊁ＲＶＤ指数不适合作为ＰＥＥＰ选择，而Ｚｈａｏ等［１５］则对此提出反对意见，认为ＧＩ相比其他参数有更大优势㊂此外，不同学者对最佳ＰＥＥＰ的理解也存在差异㊂ＥＩＴ选择的最佳ＰＥＥＰ与机械通气指南推荐的ＰＥＥＰ数值也相差较大［２３］，由于缺少大样本随机对照试验证据支持，难以验证ＥＩＴ指导个体化ＰＥＥＰ设置给患者远期预后带来的获益㊂应用方面的局限㊀ＥＩＴ是通过身体表面电流变化感知内部电阻的精密仪器，若有（单极或双极）电刀㊁超声刀等干扰则无法进行测量，甚至造成机器损坏㊂此外，完整ＰＥＥＰ试验时间往往超过３０ｍｉｎ，限制其在临床应用㊂Ｋａｒｓｔｅｎ等［１９］将ＰＥＥＰ试验缩短为１０ｍｉｎ，一定程度上增加可行性㊂但Ｈｓｕ等［２４］研究表明，ＰＥＥＰ改变后１ｈ内ＥＥＬＩ都在变化，短时间的ＰＥＥＰ试验能否准确判断患者肺通气仍存在疑虑㊂虽然存在争议与局限，但ＥＩＴ仍在发展中，关于胸部ＥＩＴ的共识也已发表［２５］，并规范了术语㊁给出了临床应用建议和未来的展望㊂随着研究的深入，相信ＥＩＴ的理论依据会更加充分㊁设备精度和分辨率会更高，在临床有更广泛的应用㊂小㊀㊀结机械通气易造成肺通气不均，导致肺不张，增加患者肺部并发症的发生率㊂ＰＥＥＰ能够改善肺不张状态，但ＰＥＥＰ设置不当也会造成肺损伤㊂ＥＩＴ能够通过监测像素顺应性㊁呼气末肺阻抗梯度㊁可复张肺容积㊁通气均匀性来寻找最佳ＰＥＥＰ，并且提示最佳ＰＥＥＰ状态下能够增加患者肺顺应性㊁提高氧合指数㊁改善通气分布等㊂虽然ＥＩＴ的临床应用存在局限，但ＥＩＴ仍在一定程度能够改善通气㊁减少肺损伤，值得进一步研究㊂参考文献［１］㊀ＶｉｃｔｏｒｉｎｏＪＡ，ＢｏｒｇｅｓＪＢ，ＯｋａｍｏｔｏＶＮ，ｅｔａｌ．Ｉｍｂａｌａｎｃｅｓｉｎｒｅ⁃ｇｉｏｎａｌｌｕｎｇｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ：ａｖａｌｉｄａｔｉｏｎｓｔｕｄｙｏｎｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｉｍｐｅｄａｎｃｅｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ．ＡｍＪＲｅｓｐｉｒＣｒｉｔＣａｒｅＭｅｄ，２００４，１６９（７）：７９１⁃８００．［２］㊀ＴｏｍｉｃｉｃＶ，ＣｏｒｎｅｊｏＲ．Ｌｕｎｇｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｗｉｔｈｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｉｍｐｅｄａｎｃｅｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：ｔｅｃｈｎｉｃａｌｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎｓａｎｄｃｌｉｎｉｃａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．ＪＴｈｏｒａｃＤｉｓ，２０１９，１１（７）：３１２２⁃３１３５．［３］㊀ＨｅｄｅｎｓｔｉｅｒｎａＧ，ＴｏｋｉｃｓＬ，ＳｃａｒａｍｕｚｚｏＧ，ｅｔａｌ．Ｏｘｙｇｅｎａｔｉｏｎｉｍ⁃ｐａｉｒｍｅｎｔｄｕｒｉｎｇａｎｅｓｔｈｅｓｉａ：ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆａｇｅａｎｄｂｏｄｙｗｅｉｇｈｔ．Ａｎｅｓｔｈｅｓｉｏｌｏｇｙ，２０１９，１３１（１）：４６⁃５７．［４］㊀谭义文，田毅，魏晓，等．肺保护性通气可减轻轻中度慢性阻塞性肺疾病老年患者围术期肺部感染．临床麻醉学杂志，２０１７，３３（７）：６６０⁃６６３．［５］㊀赵亚杰，曹江北，米卫东．肺保护性通气策略在围手术期的应用进展．临床麻醉学杂志，２０１６，３２（１２）：１２２９⁃１２３２．［６］㊀ＷｒｉｔｉｎｇＧｒｏｕｐｆｏｒｔｈｅＡｌｖｅｏｌａｒＲｅｃｒｕｉｔｍｅｎｔｆｏｒＡｃｕｔｅＲｅｓｐｉｒａｔｏｒｙＤｉｓｔｒｅｓｓＳｙｎｄｒｏｍｅＴｒｉａｌ（ＡＲＴ）Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｏｒｓ，ＣａｖａｌｃａｎｔｉＡＢ，ＳｕｚｕｍｕｒａÉＡ，ｅｔａｌ．Ｅｆｆｅｃｔｏｆｌｕｎｇｒｅｃｒｕｉｔｍｅｎｔａｎｄｔｉｔｒａｔｅｄｐｏｓｉ⁃ｔｉｖｅｅｎｄ⁃ｅｘｐｉｒａｔｏｒｙｐｒｅｓｓｕｒｅ（ＰＥＥＰ）ｖｓｌｏｗＰＥＥＰｏｎｍｏｒｔａｌｉｔｙｉｎｐａｔｉｅｎｔｓｗｉｔｈａｃｕｔｅｒｅｓｐｉｒａｔｏｒｙｄｉｓｔｒｅｓｓｓｙｎｄｒｏｍｅ：ａｒａｎｄｏｍｉｚｅｄｃｌｉｎｉｃａｌｔｒｉａｌ．ＪＡＭＡ，２０１７，３１８（１４）：１３３５⁃１３４５．［７］㊀王芹，谢红，朱江，等．全麻手术患者容量控制通气时的适宜ＰＥＥＰ：肺阻抗断层成像技术监测．中华麻醉学杂志，２０１９，３９（７）：８４８⁃８５１．［８］㊀ＺｈａｏＺ，ＣｈａｎｇＭＹ，ＣｈａｎｇＭＹ，ｅｔａｌ．Ｐｏｓｉｔｉｖｅｅｎｄ⁃ｅｘｐｉｒａｔｏｒｙｐｒｅｓｓｕｒｅｔｉｔｒａｔｉｏｎｗｉｔｈｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｉｍｐｅｄａｎｃｅｔｏｍｏｇｒａｐｈｙａｎｄｐｒｅｓ⁃ｓｕｒｅ⁃ｖｏｌｕｍｅｃｕｒｖｅｉｎｓｅｖｅｒｅａｃｕｔｅｒｅｓｐｉｒａｔｏｒｙｄｉｓｔｒｅｓｓｓｙｎｄｒｏｍｅ．ＡｎｎＩｎｔｅｎｓｉｖｅＣａｒｅ，２０１９，９（１）：７．［９］㊀ＦｒａｎｃｈｉｎｅａｕＧ，ＢｒéｃｈｏｔＮ，ＬｅｂｒｅｔｏｎＧ，ｅｔａｌ．Ｂｅｄｓｉｄｅｃｏｎｔｒｉｂｕ⁃ｔｉｏｎｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｉｍｐｅｄａｎｃｅｔｏｍｏｇｒａｐｈｙｔｏｓｅｔｔｉｎｇｐｏｓｉｔｉｖｅｅｎｄ⁃ｅｘ⁃ｐｉｒａｔｏｒｙｐｒｅｓｓｕｒｅｆｏｒｅｘｔｒａｃｏｒｐｏｒｅａｌｍｅｍｂｒａｎｅｏｘｙｇｅｎａｔｉｏｎ⁃ｔｒｅａｔｅｄｐａｔｉｅｎｔｓｗｉｔｈｓｅｖｅｒｅａｃｕｔｅｒｅｓｐｉｒａｔｏｒｙｄｉｓｔｒｅｓｓｓｙｎｄｒｏｍｅ．ＡｍＪＲｅ⁃ｓｐｉｒＣｒｉｔＣａｒｅＭｅｄ，２０１７，１９６（４）：４４７⁃４５７．［１０］㊀ＰｅｒｅｉｒａＳＭ，ＴｕｃｃｉＭＲ，ＭｏｒａｉｓＣ，ｅｔａｌ．Ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌｐｏｓｉｔｉｖｅｅｎｄ⁃ｅｘｐｉｒａｔｏｒｙｐｒｅｓｓｕｒｅｓｅｔｔｉｎｇｓｏｐｔｉｍｉｚｅｉｎｔｒａｏｐｅｒａｔｉｖｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎａｎｄｒｅｄｕｃｅｐｏｓｔｏｐｅｒａｔｉｖｅａｔｅｌｅｃｔａｓｉｓ．Ａｎｅｓｔｈｅｓｉｏｌｏｇｙ，２０１８，１２９（６）：１０７０⁃１０８１．［１１］㊀ＥｒｏｎｉａＮ，ＭａｕｒｉＴ，ＭａｆｆｅｚｚｉｎｉＥ，ｅｔａｌ．Ｂｅｄｓｉｄｅｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆｐｏｓ⁃ｉｔｉｖｅｅｎｄ⁃ｅｘｐｉｒａｔｏｒｙｐｒｅｓｓｕｒｅｂｙｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｉｍｐｅｄａｎｃｅｔｏｍｏｇｒａｐｈｙｉｎｈｙｐｏｘｅｍｉｃｐａｔｉｅｎｔｓ：ａｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｓｔｕｄｙ．ＡｎｎＩｎｔｅｎｓｉｖｅＣａｒｅ，２０１７，７（１）：７６．［１２］㊀ＬｏｗｈａｇｅｎＫ，ＬｉｎｄｇｒｅｎＳ，ＯｄｅｎｓｔｅｄｔＨ，ｅｔａｌ．Ａｎｅｗｎｏｎ⁃ｒａｄｉｏ⁃ｌｏｇｉｃａｌｍｅｔｈｏｄｔｏａｓｓｅｓｓｐｏｔｅｎｔｉａｌｌｕｎｇｒｅｃｒｕｉｔａｂｉｌｉｔｙ：ａｐｉｌｏｔｓｔｕｄｙｉｎＡＬＩｐａｔｉｅｎｔｓ．ＡｃｔａＡｎａｅｓｔｈｅｓｉｏｌＳｃａｎｄ，２０１１，５５（２）：１６５⁃１７４．［１３］㊀ＫａｒｓｔｅｎＪ，ＬｕｅｐｓｃｈｅｎＨ，ＧｒｏｓｓｈｅｒｒＭ，ｅｔａｌ．ＥｆｆｅｃｔｏｆＰＥＥＰｏｎｒｅｇｉｏｎａｌｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎｄｕｒｉｎｇｌａｐａｒｏｓｃｏｐｉｃｓｕｒｇｅｒｙｍｏｎｉｔｏｒｅｄｂｙｅｌｅｃ⁃ｔｒｉｃａｌｉｍｐｅｄａｎｃｅｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ．ＡｃｔａＡｎａｅｓｔｈｅｓｉｏｌＳｃａｎｄ，２０１１，５５（７）：８７８⁃８８６．［１４］㊀ＨｅＸ，ＪｉａｎｇＪ，ＬｉｕＹ，ｅｔａｌ．Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｉｍｐｅｄａｎｃｅｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ⁃ｇｕｉｄｅｄＰＥＥＰｔｉｔｒａｔｉｏｎｉｎｐａｔｉｅｎｔｓｕｎｄｅｒｇｏｉｎｇｌａｐａｒｏｓｃｏｐｉｃａｂｄｏｍ⁃ｉｎａｌｓｕｒｇｅｒｙ．Ｍｅｄｉｃｉｎｅ（Ｂａｌｔｉｍｏｒｅ），２０１６，９５（１４）：ｅ３３０６．［１５］㊀ＺｈａｏＺ，ＬｅｅＬＣ，ＣｈａｎｇＭＹ，ｅｔａｌ．Ｔｈｅｉｎｃｉｄｅｎｃｅａｎｄｉｎｔｅｒｐｒｅ⁃ｔａｔｉｏｎｏｆｌａｒｇｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓｉｎＥＩＴ⁃ｂａｓｅｄｍｅａｓｕｒｅｓｆｏｒＰＥＥＰｔｉｔｒａｔｉｏｎｉｎＡＲＤＳｐａｔｉｅｎｔｓ．ＪＣｌｉｎＭｏｎｉｔＣｏｍｐｕｔ，２０２０，３４（５）：１００５⁃１０１３．［１６］㊀ＨａａｓｅＪ，ＢｕｃｈｌｏｈＤＣ，ＨａｍｍｅｒｍüｌｌｅｒＳ，ｅｔａｌ．Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｖｅｎ⁃ｔｉｌａｔｉｏｎｓｔｒａｔｅｇｉｅｓｔａｒｇｅｔｉｎｇｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍａｇｎｉｔｕｄｅｓｏｆｃｏｌｌａｐｓｅａｎｄｔｉｄａｌｒｅｃｒｕｉｔｍｅｎｔｉｎｐｏｒｃｉｎｅａｃｉｄａｓｐｉｒａｔｉｏｎ⁃ｉｎｄｕｃｅｄｌｕｎｇｉｎｊｕｒｙ．ＪＣｌｉｎＭｅｄ，２０１９，８（８）：１２５０．［１７］㊀ＨｏｃｈｈａｕｓｅｎＮ，ＯｒｓｃｈｕｌｉｋＪ，ＦｏｌｌｍａｎｎＡ，ｅｔａｌ．ＣｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｔｗｏｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＡＲＤＳｍｏｄｅｌｓｉｎｐｉｇｓｕｓｉｎｇｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｉｍｐｅｄａｎｃｅｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ．ＰＬｏＳＯｎｅ，２０１９，１４（１１）：ｅ０２２５２１８．［１８］㊀ＢｌａｎｋｍａｎＰ，ＨａｓａｎＤ，ＥｒｉｋＧ，ｅｔａｌ．Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆ＇ｂｅｓｔ ｐｏｓｉｔｉｖｅｅｎｄ⁃ｅｘｐｉｒａｔｏｒｙｐｒｅｓｓｕｒｅｄｅｒｉｖｅｄｆｒｏｍｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｉｍｐｅｄａｎｃｅｔｏｍｏ⁃ｇｒａｐｈｙｐａｒａｍｅｔｅｒｓｄｕｒｉｎｇａｄｅｃｒｅｍｅｎｔａｌｐｏｓｉｔｉｖｅｅｎｄ⁃ｅｘｐｉｒａｔｏｒｙｐｒｅｓｓｕｒｅｔｒｉａｌ．ＣｒｉｔＣａｒｅ，２０１４，１８（３）：Ｒ９５．［１９］㊀ＫａｒｓｔｅｎＪ，ＧｒｕｓｎｉｃｋＣ，ＰａａｒｍａｎｎＨ，ｅｔａｌ．Ｐｏｓｉｔｉｖｅｅｎｄ⁃ｅｘｐｉｒａｔｏｒｙｐｒｅｓｓｕｒｅｔｉｔｒａｔｉｏｎａｔｂｅｄｓｉｄｅｕｓｉｎｇｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｉｍｐｅｄａｎｃｅｔｏｍｏｇｒａｐｈｙｉｎｐｏｓｔ⁃ｏｐｅｒａｔｉｖｅｃａｒｄｉａｃｓｕｒｇｅｒｙｐａｔｉｅｎｔｓ．ＡｃｔａＡｎａｅｓ⁃ｔｈｅｓｉｏｌＳｃａｎｄ，２０１５，５９（６）：７２３⁃７３２．［２０］㊀ＧａｔｔｉｎｏｎｉＬ，ＭａｒｉｎｉＪＪ，ＣｏｌｌｉｎｏＦ，ｅｔａｌ．Ｔｈｅｆｕｔｕｒｅｏｆｍｅｃｈａｎｉｃａｌｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ：ｌｅｓｓｏｎｓｆｒｏｍｔｈｅｐｒｅｓｅｎｔａｎｄｔｈｅｐａｓｔ．ＣｒｉｔＣａｒｅ，２０１７，２１（１）：１８３．［２１］㊀ＧｏｒｄｏＦ，ＣｏｎｅｊｏＩ．ＷｈａｔＰＥＥＰｌｅｖｅｌｓｈｏｕｌｄＩｕｓｅｉｎｍｙｐａｔｉｅｎｔ．ＭｅｄＩｎｔｅｎｓｉｖａ，２０１７，４１（５）：２６７⁃２６９．［２２］㊀ＢｉｋｋｅｒＩＧ，ＰｒｅｉｓＣ，ＥｇａｌＭ，ｅｔａｌ．Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｉｍｐｅｄａｎｃｅｔｏｍｏ⁃ｇｒａｐｈｙｍｅａｓｕｒｅｄａｔｔｗｏｔｈｏｒａｃｉｃｌｅｖｅｌｓｃａｎｖｉｓｕａｌｉｚｅｔｈｅｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｃｈａｎｇｅｓａｔｔｈｅｂｅｄｓｉｄｅｄｕｒｉｎｇａｄｅｃｒｅｍｅｎｔａｌｐｏｓｉｔｉｖｅｅｎｄ⁃ｅｘｐｉｒａｔｏｒｙｌｕｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅｔｒｉａｌ．ＣｒｉｔＣａｒｅ，２０１１，１５（４）：Ｒ１９３．［２３］㊀ＨｅｉｎｅｓＳ，ＳｔｒａｕｃｈＵ，ｖａｎｄｅＰｏｌｌＭ，ｅｔａｌ．Ｃｌｉｎｉｃａｌｉｍｐｌｅｍｅｎｔａ⁃ｔｉｏｎｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃｉｍｐｅｄａｎｃｅｔｏｍｏｇｒａｐｈｙｉｎｔｈｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｆＡＲＤＳ：ａｓｉｎｇｌｅｃｅｎｔｒｅｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ．ＪＣｌｉｎＭｏｎｉｔＣｏｍｐｕｔ，２０１９，３３（２）：２９１⁃３００．［２４］㊀ＨｓｕＣＦ，ＣｈｅｎｇＪＳ，ＬｉｎＷＣ，ｅｔａｌ．Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｉｍｐｅｄａｎｃｅｔｏｍｏ⁃ｇｒａｐｈｙｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｉｎａｃｕｔｅｒｅｓｐｉｒａｔｏｒｙｄｉｓｔｒｅｓｓｓｙｎｄｒｏｍｅｐａｔｉｅｎｔｓｗｉｔｈｍｅｃｈａｎｉｃａｌｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎｄｕｒｉｎｇｐｒｏｌｏｎｇｅｄｐｏｓｉｔｉｖｅｅｎｄ⁃ｅｘｐｉｒａ⁃ｔｏｒｙｐｒｅｓｓｕｒｅａｄｊｕｓｔｍｅｎｔｓ．ＪＦｏｒｍｏｓＭｅｄＡｓｓｏｃ，２０１６，１１５（３）：１９５⁃２０２．［２５］㊀ＦｒｅｒｉｃｈｓＩ，ＡｍａｔｏＭＢ，ｖａｎＫａａｍＡＨ，ｅｔａｌ．Ｃｈｅｓｔｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｉｍ⁃ｐｅｄａｎｃｅｔｏｍｏｇｒａｐｈｙｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎ，ｄａｔａａｎａｌｙｓｉｓ，ｔｅｒｍｉｎｏｌｏｇｙ，ｃｌｉｎｉｃａｌｕｓｅａｎｄｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎｓ：ｃｏｎｓｅｎｓｕｓｓｔａｔｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅＴＲａｎｓｌａｔｉｏｎａｌＥＩＴｄｅｖｅｌｏｐｍｅＮｔｓｔｕＤｙｇｒｏｕｐ．Ｔｈｏｒａｘ，２０１７，７２（１）：８３⁃９３．（收稿日期：２０１９１２２２）。
一种用于电阻抗断层成像图像后处理的“像素化”自适应剖分方法
一种用于电阻抗断层成像图像后处理的“像素化”自适应剖分方法李昊庭;徐灿华;代萌;杨滨;杨琳;陈荣庆;付峰;董秀珍【摘要】目的:研究一种便于电阻抗断层成像(electrical impedance tomography,EIT)图像后处理的方法.方法:从算法角度入手,对现有剖分方法进行改造,选择相同直角三角单元作为基本的剖分单元,每2个直角三角单元组成一个方格,作为一个像素点.基于患者CT图提取颅脑轮廓,作为剖分边界.然后使用“像素化”剖分方法对提取出的轮廓进行自适应剖分,生成剖分模型后利用阻尼最小二乘算法完成重建,以此获取“像素化”的重建图像.结果:使用“像素化”自适应剖分方法,可以在不引入过大误差的情况下,获取与位图类似的“像素化”重建图像.“像素化”重建图像单元邻域关系明确,不用经过转换,可直接套用针对位图的图像处理算法.结论:“像素化”自适应剖分方法可以有效地简化EIT图像后处理过程,为电阻抗图像分析、指标提取奠定基础.【期刊名称】《医疗卫生装备》【年(卷),期】2016(037)009【总页数】4页(P1-4)【关键词】电阻抗断层成像;像素化;图像处理【作者】李昊庭;徐灿华;代萌;杨滨;杨琳;陈荣庆;付峰;董秀珍【作者单位】710032西安,第四军医大学生物医学工程学院;710032西安,第四军医大学生物医学工程学院;710032西安,第四军医大学生物医学工程学院;710032西安,第四军医大学生物医学工程学院;710032西安,第四军医大学生物医学工程学院;710032西安,第四军医大学生物医学工程学院;710032西安,第四军医大学生物医学工程学院;710032西安,第四军医大学生物医学工程学院【正文语种】中文【中图分类】R318;TP391.4电阻抗断层成像（electrical impedance tomography，EIT）是一种功能成像技术，可通过估测目标内部阻抗变化来反映与之相关的生理病理信息。
浅议电阻抗成像系统及其关键技术
浅议 电阻抗成像系统及其关键技术
吴雨 鸿
（ 贵州大学 明德学院电气工程及其自动化 贵州 贵 阳 ５ ００ ） ５ ０ ２ 摘要 ： 电阻抗成像是近年来出现的一种新 型的医学影像技术 ， 本文综述 了电阻抗成像技术 的概 述及其分类 ， 并分别综 述 电阻抗断层成像和磁共振电阻抗成像系统的。
关键词 ： 电阻抗 成像 磁共振 断层
６电极测量 系统和 ３ ２ 电阻抗成像 （ｌｃ ｉ ｌ ｍｐｄｎ ｅ ｏ ｍｏｒｐｙ， Ｅｅｔｃ Ｉ ｅ ａｃ Ｔ — ｇａｈ 简称 ＥＴ 技术 统 的分类方法很多 ，从 电极数 目上可以分为 １ ｒａ Ｉ） 是一种新 颖的图像 重建技 术。它根据物体内部小 同物质的导 电参数 电极测试 系统 。 从频率上可以分 为单频测量 系统和多频 测量 系统 ， 单 咖 电阻率、 电容率） ， 小同 通过在物体 表而施加 电流 、 电压并进行测量 频 测量是 指对成像 目标施加某 一频 率的驱动 电压或 电流 ， 测量其边 来获知物体内部导电参数 的分布 ， 进而 重建 出反映物体内部结构 的 界 电压或 电流分布 。多频测量是在单频测量基础上发展起来 的一种
ｉ ｎｅ ｍ ｇ ｇ ｌ ｃ Ｉ ａ ｎ 简称 ＭＲ ） ， ａ ｉ ． 已经广泛应用 于临床医学。 Ｉ 等 导率分布图的静态 电阻抗成像方 法。 因为在测量过程中有磁共振成像 的参与 ，接触式的磁共振电阻 ２电阻抗 断层成像 的工作原理 ． 抗成像结果在空间定位精度 、测量精度及成像分辨率等方面 较电阻 （电阻抗断层成像技术 １ ） 电阻抗断层成像技 术 ＥＴ （ｌｔｃ ｐｄｎｅ ０ ｏｒ． ） Ｉ Ｅｅｒ ａＩ ｅａｃ Ｔ ｍ ｇ Ｆｙ是 抗 断层成 像技 术有很大的提高 ；图像 重建的过程 中由于同时考虑成 ｃｉｌｍ ａｈ 根据物体 内部组织 电特性参数 （ 如电阻率 、 率） 电容 的不同 ， 通过对其 像 目标区域内电场 和磁场特性 ，逆问题求解 过程中的病态性 得到改 表面施加安全激励电流或电压 ，同时测量物体 表面 的电压或 电流信 善。 接触 式磁共振 电阻抗 成像 方法所面 临的关键问题包括 ：①正确 号来获知物体内部电特性参数的分布 ，进而重建 出反映物体 内部结 ②选 用何种激励模式 ； 重建算法逆 问题 的病态性 ； ③ 构的图像。 这对生物体 内部 电特性的研究具 有重要意义 ， 因为不 同组 选 取电极系统 ； 织和器官的电特性 不同 ， 种图像不仅 包含 了丰富 的解剖学信息 ， 这 而 ④ 重建算法 的抗噪能力。 与接触式磁共振 电阻抗成 像方法 应用传统的电阻抗断层 成像技 且可以获得某些组 织和器 官的电特性 随其病理 、生理功能状态而改 稍晚提 出的非接 触式磁 共振 电阻抗 成像 方法 是磁 感应成像 变的信息。因此， Ｉ 了能实现 类似 于 ｘ射线成像 、 ＥＴ除 计算机断层扫 术不同 ． 它采用线 圈激励 、 线圈 描成像 （ Ｔ 、 磁共振成 像（ ｄ ￣超声成 像的功能外 ， Ｃ ）核 ＭＰ ）ｎ 还可以得 和 磁共振成像相结合并改进的一种成像方 法。 根据 电磁感应原理在成 像 目标中产生感应磁场 ， 使用磁 到反映生物组织生理状态变化的图像 ， 这在研 究人体生理功能和疾 接收的方式 ， 病诊断方面 有重要 的Ｉ 临床价值。 利用 ＥＴ技 术， Ｉ 可以显示人体 内组织 共振 设备能够比较 精确地测量 目标体内部 的磁场特性 ，利用逆问题 蛩 的阻抗 分布 图像 、 人体组织 随频 率变化 图像 、 人体器官进行生理活动 推导得到 的原理公式最终得到电导率或其 变化量 的分布【像 。 （ 如呼吸 、 心脏搏动 ） 的阻抗变化 图像 等， 时 在临床 上可 用于检测和监 结 束 语 在生物 医学领域 ， 由于 ＥＴ技 术具有无创 、 Ｉ 廉价 、 安全 、 无毒副作 护。 该技术具有无损伤 、 低成本 、 操作简单和信息丰富等特点。 在近十 用、 操作简单和 信息丰富等特点 ， 易于被医者和患 者所接受 ， 因而 具 几年受到国际学术界的广泛关注 ， 呈现出很好的应用前景 。 并 有非常广泛 的应用前景。 （ 电阻抗断层成像ＣＬ） ２ ） ＥＴ 的硬件 系统实现 电阻抗断层成像（Ｉ） ＥＴ 的实质就 是通过 电极给被测体特定部位加 上电流场 ， Ｉ 坝 ｌ 量被测体内部各组织 ， 器官在 电流场作用下所呈现的 电 参考文献
EIT技术的应用领域及研究现状
EIT技术的应用领域及研究现状EIT（Electrical Impedance Tomography，电阻抗断层成像技术）是一种无创、无辐射的医学成像技术，广泛应用于医学诊断、生物学研究、材料检测等领域。
EIT通过测量电流注入对象并测量电压响应来推导出对象内部的电阻抗分布，从而获得对象内部的电阻抗图像。
在医学诊断方面，EIT技术可以用于肺部图像重建，可以监测呼吸机患者的气体分布情况，并可以诊断肺炎、肺水肿等肺部疾病。
此外，EIT还可以用于心脏电阻抗成骑及脑电阻抗成像，可以通过监测心脏和脑部电阻抗变化来诊断心脏疾病和脑部疾病。
在生物学研究中，EIT可以用于研究动植物器官的生理活动，如观察植物根系的水分吸收情况、监测动物心脏的电阻抗变化等。
此外，EIT还可以用于研究细胞培养中的生长和变化情况，对于细胞生物学研究具有重要意义。
在材料检测中，EIT可以用于检测材料中的缺陷、裂纹和内部结构等。
利用EIT技术可以对材料进行非破坏性检测，并能够检测出微小的结构变化，对于材料科学研究和工业生产具有重要意义。
目前，EIT技术在医学、生物学和材料检测等领域的应用研究已经取得了一些进展。
在医学领域，EIT技术已经应用于肺部图像重建和心脏电阻抗成像等方面，并在一些临床中得到了初步的验证。
在生物学研究领域，EIT技术已经被用于观察植物的根系水分吸收、动物心脏电阻抗成像等方面，并且对细胞生长和变化的研究也取得了一些成果。
在材料检测领域，EIT技术已经被应用于金属材料、陶瓷材料以及复合材料等的检测中，并且有相关的商业产品问世。
尽管EIT技术在上述领域有一定的应用，但还存在许多挑战和问题需要克服。
首先，EIT技术的成像分辨率还有待提高，特别是对于复杂的生物组织和材料结构，如肺部和大脑等。
其次，EIT技术需要解决电流注入和电极位置对成像结果的影响问题，以提高成像精度和可重复性。
此外，EIT技术在临床应用中还需要进一步的验证和严格的临床试验，以确保其安全性和准确性。
高精度人体电阻抗断层成像系统
何 永 勃 王 化 祥 马 ’ 敏
（１ ．天津 大学 自动化学院 ， 天津 ３０ ７ ０ ０２； ２ ．中国民用航空学 院机 电学 院， 天津 ３ ００ ） ０ ３ ０ 摘 要： 本文设计 了一种基于 Ｄ Ｐ的主从式人体 电阻抗断层成像系统 ， Ｓ 频率范围从 ｌ ｋＩ 到 １ ｚ ＯＩ － ｚ ＭＨ 。系统 采用 Ｐ ｃ机作 为
用于肺监测的电阻抗断层扫描（EIT）
用于肺监测的电阻抗断层扫描（EIT）什么是EIT？电阻抗断层成像(EIT，也称为应用电位断层扫描)是一种成像技术，它利用解剖结构内的电学特性，通过对结构表面的测量得出该结构的电学特性。
EIT是一种无创、非电离、实时、无不良副作用的功能性成像技术。
EIT适用于任何年龄的患者，可以在床边连续进行，无需镇静。
EIT可以实时生成肺通气、灌注和V/Q比值图-呼吸对呼吸和心跳对心跳的图像。
与计算机化x射线断层扫描和正电子发射断层扫描等技术相比，EIT大约便宜1000倍，小1000倍，不需要电离辐射。
此外，EIT原则上每秒可以产生数千个图像。
其主要局限性是其空间分辨率低，并且-在医学领域-受试者之间的图像变异性大。
通常使用一组电极将电流施加到受试身体或系统，并测量其他电极之间产生的电压，进行记录。
为了获得合理的图像（至少一百张，最好是几千张），必须进行此类测量。
在医学领域，EIT研究最多的应用是胃排空和肺功能的测量（上图）。
在工业领域，典型的应用是成像管道中的油和水的分布，以及成像混合容器中物质的流动。
在某些方面，工业应用对EIT更有利，因为通常可以使用刚性的固定电极阵列。
电极在人体上的固定是医学EIT 面临的遗留问题之一。
物理原理EIT产生组织内阻碍（或更常见的电阻率）分布或其随时间或频率变化的图像。
体内广泛的组织类型之间存在较大的电阻率对比（高达约200:1）。
因此，应该可以利用电阻率形成解剖图像。
此外，正常组织和病理组织之间通常存在显著对比。
例如，Grant(1923)发现，在1 kHz时，脑胶质瘤的电阻率约为正常组织的一半。
为了测量电阻率或阻抗，电流必须在组织中流动，并测量产生的电压。
该施加电流将被称为激励电流（低于电流路径）。
在实践中，几乎所有的EIT系统都使用恒流源，并测量相邻电极对之间的电压差。
为了获得具有良好空间分辨率的图像，需要进行多次此类测量。
这可以通过对身体施加不同的电流分布，并重复电压测量来实现。
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********** 分类号 学号 密级 公开Electrical impedancect imaging studies题 目 电阻抗断层成像研究学校代码 作者姓名 指导教师 学科门类 提交论文日期 专业名称 成绩评定 许开锦电子信息科学与技术张 辉电子医学类2011年5月3日摘要电阻抗断层成像(Electrical Impedance Tomography——EIT)是根据生物体内不同组织以及同一组织在不同状态下具有不同电导率的现象,通过在生物体表面施加安全电流(电压),测量表面电压(电流),重建生物体内部的电阻抗分布图的成像技术。
详细分析了EIT 成像中遇到的关键问题以及现有的主要应对方法, 列举EIT技术在临床医学上的应用现状, 同时对EIT 在技术和临床上的发展趋势进行了展望。
关键字：电阻抗断层成像技术、重建算法、硬件设计、临床应用1AbstractElectrical Impedance Tomography (EIT) is an imaging technique that based on the phenomena that the electrical conduction within different kinds of tissue of organism or the same tissue in different states is different. The objective of EIT is to reconstruct the internal conductivity distribution of an object from voltage (or current) measurements made at b ody surface, by driving with current (or voltage) on its surface. After that the main questions of EIT and corresponding solutions is analyzed. Finally , the typical applications of EIT in medicine and the trend of EIT are demonstrated.Key words：Electrical Impedance Tomography、reconstruction algorithm、Hardware design、clinical application目录摘要 (1)Abstract 01绪论 (2)1.1引言 (2)1.2电阻抗成像简介 (2)1.3.电阻抗成像技术国内外研究现状 (4)1.4.电阻抗成像的生物医学基础 (7)1.5 本文研究的内容和目的 (9)2.电阻抗成像的数学描述 (9)2. 1 电阻抗成像的数学描述 (9)3. EIT的图像重构算法研究 (10)3.1 等位线反投影算法 (11)3.2 Landweber 迭代法 (11)3.3 Tikhonov正则化算法 (12)4.电阻抗成像硬件设计 (12)4.1EIT测量系统关键功能模块的简单介绍 (12)4.1.1电流源 (12)4.1.2电极 (13)4.1.3电压检测 (13)4 . 2 图像重构与显像 (14)5.EIT研究的关键及难点 (14)5.1电场在体内的分布的研究 (14)5.2高精度、高信噪比的数据测量系统 (14)5.3新的驱动检测原理技术研究 (15)5.4 电阻抗成像研究的难点 (15)6.电阻抗成像的发展趋势 (15)6.1肺梗塞的诊断 (16)6.2 乳腺肿瘤的诊断 (16)6.3 中枢神经系统的诊断 (17)6.4 心血管系统的诊断 (17)6.5 肌肉骨骼系统的诊断 (17)6.6 呼吸系统的诊断 (17)6.7消化系统的诊断 (18)6.8无创体温测量 (18)6.9其他应用 (18)7.结论与展望 (18)8.参考文献 (20)9.致谢 (21)I1绪论1.1引言电阻抗成像(EIT)技术是一项新的成像技术，它的实现一般是通过在物体表面设置一定数量的电极，在选定的电极上施加一定模式的电流，然后测量各电极的电压，再将这些测量的已知电压、电流数据，依据图像重建算法，构造出物体内部的未知阻抗图像。
电阻抗成像技术具有x射线计算机断层(CT)、核磁共振(MRI)等无法比拟的优点，即对人体检测无创、成像设备简单、操作方便等。
电阻抗成像已成为21世纪医学成像研究的热点，而且电阻抗成像在工业监测、无损探伤等方面也引起了工业界的极大关注。
根据成像目标不同，电阻抗成像分动态电阻抗成像和静态电阻抗成像两种方式。
动态电阻抗成像是对阻抗变化的相对值成像;静态电阻抗成像是对阻抗分布的绝对值成像。
由于动态成像可以在测量过程中抑制其共同的噪声，而且人体阻抗的变化直接反映出人体生理过程和病理状况，因此对动态电阻抗成像的研究受到极大的关注。
1.2电阻抗成像简介电阻抗成像技术( Electrical Impedance Tomograp hy ,EIT) 是一种较新的成像技术。
EIT通过体表电极,检测外加驱动信号(一般为电流源)后想要成像区域的电压(电流)分布,从中提取与人体相关的组织或器官的电阻抗特性,以此进行断层成像。
与X - CT超声成像等技术相比, EIT获得的不是高质量的解剖图像,而是人体的结构与功能图像。
E IT是一种无损伤检测技术,可以实现临床上的长期监护和检测,且其价格低廉、成像设备简单、便于携带。
2因此EIT是实现功能成像的一种前景十分好的成像技术。
1978年Henderson和Webser 首次获得电阻抗图像这种图像类似X线胸片的投射图像但这还不是断层图像。
1983 -1984 年间,外加电位断层成像技术(Applied Potential To2 mograp hy,简称APT)诞生,并由此获得单一电导率分布图像,此后EIT以其无损伤低成本的功能图像吸引了众多的研究者。
1990-1993年间, Griffiths、Dijktra等人根据他们的研究对EIT成像技术、成像原理及临床应用前景作了综合评述,实时EIT系统的设计也开始起步,相断出现了一些精度高、速度快的EIT系统。
目前的EIT成像系统,按照其使用的电源数目分成APT和自适应电流断层成像技术(Adap tive Current To mograp hy ,简称ACT)两类。
APT系统采用一个电流源,而AC T 系统采用多个电流源。
按照显像情况EIT成像系统,正处于实验室仿真阶段。
动态 E I T 反映人体内部电阻率分布的变化情况,相对于静态EIT ,动态EIT利用差值成像,可以减少一些测量误差,因而已使用在临床应用研究方面。
EIT系统几乎可在应用于临床各个学科上,国内外研究人员已使用EIT在中枢神经系统、心血管系统、肌肉骨骼系统、呼吸系统、消化系统等领域进行了尝试性研究。
尽管EIT的出现只有十几年的时间,且目前EIT技术还处于实验室研究阶段还没有实现真正意义上的临床应用,但随着生物阻抗全信息检测技术的不但发展和完善, EIT技术在临床上的普及应用将不再是梦想。
正因为如此电阻抗断层成像技术已成为当今生物医学工程学重大研究课题之一。
31.3.电阻抗成像技术国内外研究现状EIT是一种新颖的图像重建技术,最早在二十世纪20-30年代。
就有地质学家尝试把电流注入到地层,然后测量地表的电压,试图确定接近地表的不同地层的导电特性,进而确定矿藏的分布。
EIT成像在医学领域的研究是在最近三十年才发展起来的。
目前,国外阻抗图像重建工作主要研究以有效提高重建图像的空间分辨率和减小计算量。
国内在生物阻抗图像重建方面的工作开展较晚, 现在还处于研究的初级阶段, 同时研究的重点一般放在血流图的改善与提高(中国医学科学院生物医学工程研究所) 和阻抗测量中硬件系统的改进方面(第四军医大学生物工程研究所)。
其它研究机构在电阻抗成像方面的研究一般侧重于理论方面, 如EIT成像重构算法的改进、生物阻抗测量原理及方法的基础性研究等。
重庆医科大学生物医学工程研究室、清华大学电机系生物工程研究所和北京航空航天大学电子工程系都在此方面都取得了一些阶段性的研究成果。
电阻抗断层成像是国外近些年的一个研究热点，欧洲、北美、前苏联等地区有许多研究小组在进行这方面的工作.欧洲已建立了欧洲EIT统一行动组织（CAIT）来组织和协调EIT研究工作.目前，根据成像的区别电阻抗断层成像技术主要可分为两种，一种以电阻抗分布的绝对值为成像目标，称为静态EIT；另一种是以电阻抗分布的相对值（差别）为成像目标，被称为动态EIT.从激励频率上可将EIT分为单频及多频EIT，单频EIT只采用单一频率激励成像目标，而多频EIT采用多个激励频率（10 kHz－1 MHz），充分提取了成像目标内组织的阻抗频率特性，在此4基础上还可得到组织的特征参数图像，为进一步鉴别和区分组织打下了基础，因而多频及参数成像越来越受到人们的重视.从激励方式上可将EIT分为注入电流式(Injected Current EIT )和感应电流式（Induced Current EIT). 前者就是采用驱动及测量电极从成像目标表面激励及获取信息，而后者是近三年才提出的采用激励线圈及体表测量电极获取成像目标内感应电流场的分布信息，这种技术因成像精度相对不高，目前仅处于实验阶段.英国Sheffield大学Brown等1987年建立了第一个完整的DMS （Mark I System），有16个激励及测量电极，采用相邻电极5 mA p-p 51 kHz恒流激励. 该系统有51 dB的信噪比，及每秒10幅图像数据获取速度.1995年Smith等［13］在Mark I的基础上建立了第一个实时的供临床基础研究用的Mark Ⅱ系统，有16个电极，使用20 kHz 5 mA p-p恒流激励，采用16通道并行测量、数字相敏检测（Digital Phase Sensitivity Detector，DPSD）等技术，使成像速度达到25帧/s，测量电路CMRR＞60 dB, SNR ＞60 dB，所测阻抗数据信噪比达到68 dB，该系统用于人体胸腔得到了初步成像结果，并已用于临床基础研究.美国Wisconsin-Madison大学的SaKamoto等1987年建立了基于物理模型的测量系统. 该系统采用16个条形电极、50 kHz 1 mA(峰峰值)的恒流激励及模拟解调技术，测量最大误差3%，放大器CMRR＞80 dB、输入阻抗大于1 MΩ、噪声水平10 μV(50 kHz 时）. 该系统基于12 cm×12 cm的方形物理模型得到了初步成像结果. 1991年Hua等,基于直径30 cm圆柱形物理模型建立了32通道优化电流激励测量系统［17］，采用32个外圈电流驱动、内部电压测量的不锈钢复合电极（Stainless current/voltage5compound electrode)，激励频率50 kHz，32通道激励电流在每次图像迭代重构后都重新计算及校正，以得到最优电流激励模式（Optimal Current Pattern)，测量系统有12 bit的幅值分辨率.该系统对位于模型中心、直径6 cm的绝缘体等进行了成像，经10次迭代后得到了较清楚的图像.上述研究小组的数据测量系统大部分仅限于对物理模型的测量，只有Sheffield大学的Smith等在Mark Ⅱ测量系统的基础上结合等位线反投影图像重构算法，在英国皇家Hallamshire医院建立了第一个供临床基础研究用的动态EIT实时系统，用于人体肺、胃、大脑、食管等不同部位的成像，证明其具有功能成像的特点. 近三年来，电阻抗成像在二维和单频的基础上向三维及多频成像方面发展，也有学者从事感应电流（induced current）EIT的研究.美国纽约Rensselaer Polytechnic Institute的Cook等于1988年建立了基于物理模型的自适应电流激励成像系（Adaptive Current Tomograph, ACT2). 该系统采用32电极并行自适应电流15 kHz激励，单通道电压测量，电流幅值及电压测量有12 bit 分辨率，30 s获取一组测量数据. 1991年Saulnier等在ACT2的基础上建立了32电极并行激励、并行测量、并行校正及补偿的高精度、高速度DMS（ACT3），激励频率30 kHz，系统精度可达16 bit，在此精度下获取一幅图像数据需133 ms，若将测量精度降为13 bit，则获取一幅图像数据只需2 ms. 该系统对一直径8 mm的铜摆进行动态连续成像（铜摆在盛盐水的直径30 cm 的容器中摆动），成像结果较好，能对铜摆在不同时相的位置定位，但铜摆图像模糊，且明显大于实际尺寸.我国在EIT领域的研究起步较晚，重庆大学、中国医学科学院、第四军医大学有研究小组在进行电阻抗成像系统的研究，这6方面的工作才刚刚起步，目前完整的EIT数据测量系统国内未见报道.几年来，该技术又有了许多新的发展，出现了以人体三维阻抗分布为成像目标的三维EIT技术，以外围线圈激励的感应EIT以及多频激励测量进行复阻抗成像的多频EIT，这些研究都得到了初步的实验结果.1.4.电阻抗成像的生物医学基础医学研究表明,生物组织是由大量不同形状的细胞和细胞之间的液体组成的,其中细胞又由细胞膜和细胞质组成,不同的组织与器官有不同的阻抗特性,人体不同的组织器官具有不同的电特性,且对于同一组织,电流沿不同的方向流入时,电阻值也有很大的差别。