电阻抗断层成像简介

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1.基本概念

以人体组织、器官的阻抗分布或阻抗变化（实际是电阻率或相对电阻率）为成像目标,通过给人体施加安全电激励、体外测量响应电压信号，来重建人体内部的电阻率或其变化分布图像的方法。

2.生物医学电阻抗成像的医学基础

①不同组织间存在较大的阻抗差异

   （例：心脏：1.5Ωm,肺：120Ωm）

②同一组织的不同生理状态下阻抗值不相同

   （例：肺部阻抗与其内空气量有很好的线性关系）

③生物组织在发生病变是与正常是的阻抗变化明显

   （例：肿瘤异变为正常值得13倍）

④生物组织阻抗特性与频率有关，及不同的测量频率下阻抗特性各异

     不同组织的阻抗和容抗分量不同，故不同的组织对不同的频率敏感程度不同

3.成像模型

如图圆形为成像目标，红色和黑色为激励电极，绿色为采样电极。固定一对激励电极，测量电极扫描一周；激励电极改为下第二对电极，测量电极扫描一周……知道所以电极都被扫描，并利用测量得到的数据推到计算出成像目标的内部阻抗分布情况。

4意义

当今是科技迅猛发展的时代，人们的生活水平不断提高，人们的生活方式日新月异，越来越多的人希望得到更好的医疗服务，得到更好更快的更准的医疗诊断。医学成像是科技带来的服务于医疗诊断最重要的方式之一，其中包括CT、超声、核磁等。这些技术能够反应人体内部的组织和机构，给医生提供了重要的信息，为给病人快速准确地诊断治疗提供了可能。但这些技术也存在着缺陷，不仅成本高，而且长时间使用对人体有害。

   科研工作者么一直在寻找一种能微型无创的方式获取人体内部内部结构信息，为了这个目的，科研工作这尝试了各种办法，生物医学电阻抗断层成像技术(Electrical ImpedanceTomography, EIT)便是其中的主要代表。一方面，电阻抗成像的基本原理是给人体注入确定的微小安全电流，并在体表测出电位信号，通过对测出的电压值进行分析重构出人体内部结构的方法。而人体是一个大的生物导电体，可以通过给人体注入安全的微小电流，在人体体表的不同位置测量电位，通过图像重建算法构造出人体的内部结构。同时人体组织是会表现是不同的生理特征，不同生理特征的组织会有不同的导电性能，同时同一个组织在不同的生理环境下也会有不同的导电性能，这样电阻抗成像不仅能构造出人体内部的组织结构，同时也为判断人体组织是否病变以及确定病变的位置提供了可能。另一方面，目前的核磁、CT等成像设备体积庞大，不能及时运送到像汶川地震这样的天灾现场，不能及时检测到受伤人员的身体内部结构，失去最佳的抢救时间。再者，目前的成像设备大多价格昂贵，且检查费用高昂，使医疗服务不仅不能广泛推广到基层医院，而且给广大的基层群众带来了经济和精神的负担。

几种医学影像方法对比如下：

影像技术	成像特点	空间分辨率	创伤性	简便性	成本
X-CT	结构	较好	有	复杂	较高
核磁共振CT	结构、功能	较好	不明显	复杂	高
超声波CT	形态、结构	较好	不明显	复杂	较高
EIT	功能	较低	不明显	简便	低

 

5.主要的应用前景

①功能性检测

反应人体生理、病理活动健康状况等。例如癌症引起结构变化是阻抗发生了10倍以上的变化。

②监护仪

非侵入性无损伤检测。可多次测量、重复使用，便于病人进行长期的床头连续监护。

6.成像例子

①2014年韩国KAIST大学研发的便携式肺通气测量系统[1]：

②2015年韩国KAIST大学研发的便携式乳腺癌测量系统[2]：

 

[1]Hong S, Lee J, Bae J, et al. A 10.4 mWelectrical impedance tomography SoC for portable real-time lung ventilationmonitoring system[C]//Solid-State Circuits Conference (A-SSCC), 2014 IEEEAsian. IEEE, 2014: 193-196.

[2] Hong S, Lee K, Ha U, et al. A 4.9 mΩ-Sensitivity MobileElectrical Impedance Tomography IC for Early Breast-Cancer Detection System[J].Solid-State Circuits, IEEE Journal of, 2015, 50:245-257.