Electrical Impedance Tomography
تصویربرداری از توزیع امپدانس الکتریکی داخل بدن
سه نوع استفاده اساسی از EIT در کارهای کلینیکی وجود دارد.
(a تصویربرداری از توزیع امپدانس داخلی بدن
(b تصویربرداری از تغییر امپدانس داخلی بدن با فرکانس
(c تصویربرداری از تغییرات امپدانس در مدت یک فرآیند فیزیولوژیکی
اندازه گیریهای اولیه و مدل امپدانس بافت
قانون ولتاژ و جریان اهم در مورد بافتهای بیولوژیکی نیز صادق است.
در مطالعات گذشته نشان داده شده که مقاومت بافت با کاهش فرکانس، افزایش می یابد.
در یک مدل امپدانسی، سلول به سه قسمت تقسیم می شود.
-1سیتوپلاسم یا قسمت هادی سلول که در درون یک پرده عایق الکتریکی قرار دارد.
-2 خود پرده یا غشا که بوسیله یک محیط هادی پوشانده شده
-3 محیط بین سلولی.
مدل امپدانس بافت
در فرکانسهای کم، غشاء سلولی به صورت عایق عمل می کند و جریان در اطراف سلول جاری می شود
در فرکانسهای بالا، خاصیت خازنی غشاء امپدانس کمی را نشان می دهد و جریان زیادی جاری می شود، بنابراین حجم قابل دسترس برای جاری شدن جریان زیاد می شود
مدل امپدانسی بافت نوع اول
Ri مقاومت الکتریکی داخل سلول
Rm خاصیت مقاومتی غشاء سلول
Cm خاصیت خازنی غشاء سلول
در فرکانسهای پایین خازن به صورت اتصال باز عمل می کند و در نتیجه مقاومت معادل Ri+ Rm می شود
در فرکانسهای بالا خازن به صورت اتصال کوتاه عمل می کند در نتیجه مقاومت معادل Ri می شود.
مدل امپدانسی بافت نوع دوم
R مقاومت الکتریکی فضای بین سلولی
S مقاومت الکتریکی داخل سلولی
C خاصیت خازنی غشاء
تغییرات مقاومت بافت با فرکانس
امپدانس بافت نرمال بیشترین مقاومت در محدوده فرکانس 20 KHz تا 100 KHz
تفاوت امپدانس بافت سالم با پاتولوژی
امپدانس بافت نرمال با امپدانس بافت پاتولوژی متفاوت است.
اگر اندازه و شکل یک ارگان در بدن تغییر کند در این صورت امپدانس آن بافت عوض خواهد شد.
برای مثال معده در مدت خوردن منبسط می شود و در مدت زمانی خاص به داخل اثنی عشر خالی می شود.
حالتهای پاتولوژی می تواند سبب تفاوت در امپدانس با حالت نرمال بشود.
برای مثال در 1 KHz مایع مغزی غیرنرمال مقاومتی برابر نصف حالت طبیعی دارد.
در موقع ضربه مقاومت مایع مغزی به اندازه 100% افزایش می یابد و در بیماری غش مقاومت مایع مغزی به اندازه 20% کاهش می یابد.
نحوه ارسال و دریافت سیگنال و مساله نویز
از دو راه می توان به بدن سیگنال اعمال نمود: ولتاژ یا جریان.
اگر منبع سیگنال ولتاژ باشد از آنجاییکه مقاومت منبع ولتاژ کم است امپدانس تماسی الکترود در اعمال ولتاژ ایجاد خطای چشمگیر می کند.
اما با اعمال جریان به بافت، و اندازه گیری ولتاژ در طرف دیگر آن خطای کمتری ایجاد می شود.
بعلاوه، ارسال سیگنال به صورت جریان از نظر مساله نویز، مناسب تر است.
ارسال سیگنال توسط ولتاژ
ارسال سیگنال توسط جریان
اندازه گیری امپدانس در حالت عمومی
توصیف اجزاء یک سیستم ساده EIT
جمع آوری اطلاعات
در عمل ما به صدها اندازه گیری غیروابسته برای بدست آوردن تصویر مناسب نیاز داریم.
در این سیستم مولتی پلکسر مورد استفاده قرار می گیرد تا منبع جریان و اندازه گیری ولتاژ ما بین الکترودها سوئیچ شود.
پارامتر های مهم در جمع آوری داده ها:
الف- تعداد الکترود مورد استفاده
ب- طراحی سیستم
ج- فرکانس کار و یا محدوده فرکانس
محدوده فرکانس و ولتاژ کار
تقریباً تمامی سیستمهای EIT در فرکانس ثابت ما بین 10KHz تا 100KHZ کار می کنند.
القاء جریان EIT در فرکانسهای زیر 100KHZ باعث کاهش حساسیت میشود و لذا حساسیت اطلاعات مرکز بدن را کاهش می دهد.
القا فرکانس های مختلف برای ماکزیممم کردن اطلاعات بدست آمده و کسب بهترین تفاوت ما بین بافت نرمال و پاتولوژی اهمیت دارد.
اندازه گیریهای چند فرکانسی تمایز اطلاعات آناتومیک از تصاویر دینامیک را نیز ممکن می سازد
ولتاژ اندازه گیری شده ممکن است از حد کوچک25µv تا بیشترین مقدار 160mv باشد
جمع آوری مقادیر امپدانس از طریق روش همسایگی اندازه گیری ولتاژ: با تغییر دادن الکترودهای اعمال جریان، 13 اندازه گیری دیگر بدست خواهد آمد
جمع آوری مقادیر امپدانس از طریق روش مقابل
بازسازی تصویر
ارتباط بین الگوی جریان به کاربرده شده و ولتاژ اندازه گیری شده می تواند با رابطه زیر نمایش داده شود.
V= R(j,s)
در این رابطه j الگوی جریان به کاربرده شده در سطح شیء، V ولتاژ اندازه گیری شده و s توزیع رسانایی است.
در مساله بازسازی تصاویر، V و j معلوم فرض می شوند و s محاسبه میشود.
روشهای مرسوم که برای بازسازی EIT بکار می روند:
روش بک پروجکشن
2) روشهای ماتریس حساسیت
ماتریس حساسیت، ماتریسی است که توسط آن مقادیر رسانایی به ولتاژهای الکترودها ضرب میشود
3) روشهای تکراری
تکنیکهای تکراری. این روش شامل مراحل زیر است.
الف- انتخاب یک مقدار تخمینی برای s که توزیع رسانایی است.
ب- حل مساله مستقیم برای محاسبه ولتاژهای مرزی از یک تکنیک عددی (روش المانهای محدود)
ج- مقایسه نتایج حل مساله مستقیم (ولتاژ محاسبه شده) با استفاده از s تخمینی و ولتاژ بدست آمده توسط الکترودها
د- اصلاح s به مقدار مناسب
ه- تکرار از مرحله ب تا تفاوت بین مقدار اندازه گیری شده و ولتاژ کناری پیشگویی شده به اندازه کافی کوچک باشد.
در روش المانهای محدود مقطع مورد نظر بصورت یک شبکه مقاومتی مدل سازی می شود و از روشهای عددی استفاده می شود (مش بندی مثلثی)
مثالی از بازسازی تصویرامپدانس توموگرافی
کاربردهای پزشکی
1- تشخیص خالی شدن معده و اندازه گیری سرعت خالی شدن معده بعد از خوردن غذا و کنترل بی نظمی های معده و تنگی مجرای وابسته به معده.
2- برای اندازه گیری زمان بلع و اختلالات مری.
3- بعلت اینکه تفاوت مقاومت زیادی بین بافت پر از هوا و خالی از هوا وجود دارد، تهویه ریوی نیز در تصاویر EIT قابل بررسی است.
4- جمع شدن خون سیاهرگی در لگن، مشخصاتی از تاخیر خون در رگهای لگن است.
5- تفاوت واضحی بین مشخصات امپدانسی بافت نرمال و تومور وجود دارد. با تصویربرداری با EIT می توان از وجود تومور، محل آن، و یا رشدش با خبر شد.
6- یک راه عملی برای نمایش و غربالگری سرطان پستان
7- تشخیص اسکمی مغزی: در مدت اسکمی مغزی امپدانس بافت مغز افزایشی تا اندازه 100% دارد
پایان