基于電阻抗斷層成像的一維信息提取與分析.pdf

1、電阻抗斷層成像（Electrical Impedance Tomography，EIT）作為一種新興的功能成像技術(shù)，因其自身無創(chuàng)、簡便、無害、廉價并且可以長期、連續(xù)、實時動態(tài)地進行床旁監(jiān)護，引起越來越多人的關(guān)注。第四軍醫(yī)大學(xué)EIT課題組經(jīng)過近20年的研究，在EIT的相關(guān)研究中已取得一系列突破，自主研制的EIT動態(tài)成像監(jiān)測系統(tǒng)，已經(jīng)初步應(yīng)用于臨床研究，并展示出良好的應(yīng)用前景和價值。
　　前期研究表明：EIT動態(tài)成像系統(tǒng)已能夠敏感地反

2、映人體內(nèi)由于病理變化引起的電阻抗變化。然而隨著臨床研究的深入，同時為了更好的適用于臨床監(jiān)護，現(xiàn)有EIT動態(tài)成像監(jiān)測系統(tǒng)需進行如下改進：
　　1、基于EIT動態(tài)圖像進行信息提?。?br>　　2、使用提取的信息簡便、直觀、實時地監(jiān)測電阻抗整體變化趨勢；
　　3、將提取的信息和EIT動態(tài)圖像結(jié)合使用，互為補充。
　　通過對EIT動態(tài)成像的數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)：電阻抗的一維監(jiān)測相對簡單、直觀、方便；可以敏感的反映監(jiān)測對象的電阻抗整體變

3、化，并且可以實時的提供電阻抗整體變化的趨勢；對電阻抗整體變化大小具有量化評估的可能性。假如可以基于EIT動態(tài)圖像監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)電阻抗一維信息的提取和分析，并將EIT動態(tài)圖像監(jiān)測和電阻抗一維監(jiān)測結(jié)合使用，那么，既可以實時監(jiān)測EIT動態(tài)圖像的變化，又可以簡便、直觀、實時地觀測電阻抗整體變化趨勢，從而更好將EIT應(yīng)用于臨床研究。
　　針對以上設(shè)想，本文從EIT動態(tài)成像的基本過程出發(fā)，結(jié)合臨床應(yīng)用的需要，利用EIT動態(tài)成像的數(shù)據(jù)，提取對于生

4、物組織整體的電阻抗變化敏感性高的一維指標(biāo)，并將一維指標(biāo)和EIT動態(tài)圖像監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)合，進行驗證性研究。整個研究過程可以分為以下兩部分：
　　（1）基于EIT動態(tài)成像的一維指標(biāo)的提取
　　EIT動態(tài)成像的整個計算過程可以分為正問題的求解和逆問題的求解兩個過程。通過對這兩個數(shù)學(xué)計算過程的研究發(fā)現(xiàn)，在采用電流激勵時，體表的測量電壓和生物組織內(nèi)部電阻抗的變化存在敏感性關(guān)系，因此，可以通過體表測量電壓的變化反映生物組織內(nèi)部電阻抗整體的變

5、化。依據(jù)此理論，提出了EIT一維阻抗值的概念，既對EIT測量系統(tǒng)解調(diào)后的測量電壓值數(shù)組求模值，然后再計算模值的算術(shù)平均數(shù)，并除以激勵電流，從而得到EIT一維阻抗值，單位為歐姆。一維阻抗值采用動態(tài)曲線的方式與EIT動態(tài)圖像同時顯示，實現(xiàn)EIT動態(tài)成像和一維阻抗值兩種電阻抗監(jiān)測技術(shù)的優(yōu)勢互補。
　?。?）EIT一維阻抗的驗證性研究
　　在提出EIT一維阻抗值的概念后，基于第四軍醫(yī)大學(xué)EIT課題組自主研制的EIT動態(tài)成像監(jiān)測系統(tǒng)，

6、將EIT一維阻抗曲線和EIT動態(tài)圖像相結(jié)合，進行了包括仿真實驗、物理模型實驗、人體實驗、臨床實驗在內(nèi)的驗證性研究。
　　在仿真實驗中采用FEM仿真模型進行了電阻抗擾動目標(biāo)位置的移動，電阻抗擾動目標(biāo)面積變化的仿真實驗。實驗結(jié)果表明EIT一維阻抗曲線對于這兩種方式的變化具有較高的敏感性；一維阻抗曲線和EIT動態(tài)圖像的結(jié)合使用，不僅實時提供了整體變化的趨勢和變化的大小，同時也提供了電阻抗局部變化的位置信息。
　　在物理實驗中，采用

7、NaCl溶液構(gòu)成的半球形水槽，模擬人體的顱腦。并用瓊脂塊模擬電阻抗的擾動。實驗結(jié)果表明EIT一維阻抗曲線對于瓊脂塊產(chǎn)生的電阻抗擾動十分敏感，并且EIT動態(tài)圖像準(zhǔn)確的提供了電阻抗變化的位置信息。
　　在人體實驗中，當(dāng)人體體位的發(fā)生變化時，顱腦的EIT動態(tài)圖像整體發(fā)生明顯變化，同時EIT一維阻抗值曲線對于這種變化十分敏感，實時提供了電阻抗整體的變化趨勢。
　　在臨床實驗中，依據(jù)EIT一維阻抗值對于電阻抗整體變化敏感的特點，選取甘

8、露醇脫水治療和慢性硬膜下血腫鉆孔閉式引流術(shù)的病例進行監(jiān)護。通過對甘露醇脫水治療過程監(jiān)護數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)：EIT一維阻抗值可以簡便、直觀、實時的反映整個治療過程腦部電阻抗的整體變化趨勢，且EIT一維阻抗曲線的變化和甘露醇藥物的作用周期相吻合，從而為甘露醇脫水治療的效果提供了佐證。在慢性硬膜下血腫鉆孔閉式引流術(shù)的監(jiān)護中EIT動態(tài)圖像實時的反映了由于顱腦血腫引流引起的電阻抗變化，EIT一維阻抗值實時的顯示了相應(yīng)的電阻抗整體變化趨勢，實現(xiàn)了二者的