目前,电阻抗成像技术分为注入式电阻抗成像技术,感应电流电阻抗成像技术(Induced Current,ICEIT)和多频电阻抗成像技术(Multi-frequency Electrical Impedance Tomography, MFEIT)。注入式电阻抗成像技术即传统的EIT技术,由任一注入电流或施加电压来进行:如果电流注入,则一些或所有电极上的电压将被测定。如果施加电压,则流过有源电极的电流将被测定。ICEIT技术作为新兴的无接触式电阻抗成像技术,通过生成交变磁场,激发生物体的感应电流,从而产生电压降,将电压降作为信号来构建组织内部图像。MFET技术在EIT基础上进行优化,利用多个频率同时激励下测得的各个部分的阻抗频率特性,逐频率构建图像,重构后可有效区分出不同的被测组织或者同一被测组织的各个状态,有针对性的突出目标组织。
近年,除了上述三种电阻抗成像技术以外,磁共振电阻抗成像(Magnetic Resonance Electrical Impedance Tomography , MREIT)技术也成为一种新的研究方向,这是一种将磁共振成像(MRI)技术和电阻抗成像(EIT)技术结合起来的功能成像技术。MREIT和传统EIT相比,改善了固有的病态性,重构后的图像分辨率和精确度都得到了提升。[3]
表1.1注入式EIT,ICEIT 以及MFEIT的比较
技术类型 电极设计 分辨能力 成像结果 局限性 接触性
注入式EIT 复杂 一般 一般 重构计算量小 接触性
ICEIT 较简单 较精细 较高 重构算法复杂 非接触性
MFEIT 较简单 较精细 较高 杂散电容的干扰 非接触性
EIT发展到现在,大部分系统通过数字信号处理器(Digital Signal Processor, DSP)和现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array, FPGA)或者可编程逻辑器件( Complex Programmable Logic Device ,CPLD)的协调工作来进行信号的处理,并以PC机作为上位机来重构图像。也有少量的研究是基于虚拟仪器和MATLAB软件。
国内外,EIT系统软件部分已经实现了在三文问题上的研究,作为一项临床研究应用仍处于研发阶段,距离大范围的推广仍有很多工作需要完成。
1.2 EIT的研究意义和技术难点
一套完整的功能成像EIT系统,在现有的医疗诊断手段相比具有突出的优点。
与电子计算机X射线断层扫描(Computed Tomography,CT)相比,EIT是功能成像,在分辨能力上存在一定差异。[4]CT虽然已经普遍应用于医学的各个检查领域,但由于X射线属于高能射线源,一定量的辐射累积会致癌,这一固有弊病导致无法将其作为常规诊疗手段。与此同时,对于一些空腔内脏的肿瘤,例如胃肠系统,由于肠壁较薄,再加上消化液和剩余食物残渣的影响,对于初期的肿瘤,CT技术难以辨别,容易漏诊。而EIT技术无创口,且对人体没有电离辐射损伤,因此可以作为连续测量的监控手段,且EIT重构图像既可以呈现人体解剖学结构,又可以通过一定的生理特征的变化,包括血液和代谢,了解器官的功能和生理变化,从而对疾病进行诊断。避免因为CT技术早期诊治的局限性而延误治疗时间和误诊。
EIT相比于核磁共振成像技(Magnetic Resonance Imaging,MRI)具有优势。由于MRI是解剖性影像诊断,相当一部分的病变无法确诊,而且由于MRI设备的噪音对患者的听觉有一定危害。[5]另外一个主要的原因——MRI的成本和单次检查费用过于高昂,而EIT克服了这些缺点。
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