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一文詳解|生物電阻抗斷層成像(Electrical Impedance Tomography, EIT)

上海昊量光電設備有限公司 ? 2022-03-17 10:13 ? 次閱讀

一、引言

近年來生物醫(yī)學成像技術(shù)得到長足發(fā)展。其中,電阻抗斷層成像(Electrical Impedance Tomography, EIT)是一種新穎的生物成像技術(shù),基本原理是通過給生物組織施加安全電流(小于 5mA),在生物組織內(nèi)形成電流場,測量物體表面的電壓,分析電磁場在體內(nèi)的響應,最后重構(gòu)物體內(nèi)部的電導率分布圖像。

EIT技術(shù)自誕生以來,便被視為臨床醫(yī)學中重要的輔助成像工具,尤其是在的生物的監(jiān)測中,該技術(shù)目前已經(jīng)發(fā)展到了與臨床應用十分接近的階段。EIT的無創(chuàng)、無輻射、便攜、可進行功能性成像等優(yōu)點使其廣泛應用于醫(yī)學、地質(zhì)勘探等成像領域。近期,國內(nèi)外很多大型研究機構(gòu)已經(jīng)將EIT技術(shù)應用于監(jiān)測呼吸機誘發(fā)或伴隨機械損傷的相關研究中。因此,利用 EIT技術(shù)在生物組織的相關研究中變得尤為重要。而且,在與X-CT、核磁共振成像、超聲波成像的對比中,EIT成像成本低廉、操作簡單以及對人體幾乎沒有損失,得到了眾多研究者的青睞。

成像技術(shù)

成像特點清晰度成本簡易性人體損傷性

X-CT解剖成像清晰昂貴復雜損傷
核磁共振成像解剖成像與功能性成像清晰昂貴復雜損傷
超聲波成像解剖成像與功能性成像清晰適中簡便輕微
EIT功能性成像模糊低廉便捷輕微

表 1-1 對各種醫(yī)學成像技術(shù)進行對比

二、EIT 系統(tǒng)的組成

EIT 系統(tǒng)主要由硬件平臺以及軟件成像算法構(gòu)成,硬件平臺主要負責數(shù)據(jù)測量,在正弦信號的激勵下,從表面獲取信號并解調(diào)出能反應生物組織電導率分布的數(shù)值,后期在軟件重構(gòu)成像算法中得到圖像。

一文詳解生物電阻抗斷層成像技術(shù)

圖1-1 EIT的簡要測量模型

上海昊量光電設備有限公司代理的德國Sciospec公司的EIT設備,為國內(nèi)外科研院所提供了多種類型的設備,包括單通道、多通道的EIS設備和不同電極的EIT設備。我們的EIT設備的特點如下:我們的EIT設備以16電極為主,可以實現(xiàn)32、64、128以及256電極的測試,且是獨立通道。測試時間快,實時傳輸幀率最高可達100fps,精度達到±100ppm。設備測試范圍在100Hz 到1MHz,測試精度可以達到±100ppm (at 25°C),電流范圍可以控制在100nA到10mA,控制精度達到2.81μA。此EIT設備還有醫(yī)療級IsoIOport隔離同步模塊,醫(yī)療級隔離IO接口,醫(yī)療級電源和醫(yī)療級等各種隔離保護的能力,來保障使用者安全使用。

設備詳細參數(shù)如下:

激勵和測試頻率

頻率范圍100Hz 到1MHz
分辨率40μHz @ 10kHz
2mHz @ 10kHz < f <500kHz
220mHz @ f>500kH
絕對精度±100ppm (at 25°C)
溫漂±10ppm
長期穩(wěn)定性±5ppm first year

激勵電流

電流范圍100nA到10mA
分辨率2.81μA
最大連續(xù)輸出電流50mA
規(guī)范電壓±11V

測量時間

幀率0.1-100fps
絕對時間精度±100ppm
幀到幀抖動±200ns

頻率掃描設置

掃描類型線性,對數(shù),列表
掃描點1-128

注入/激勵模式掃描設置

模式數(shù)量1-256
注入切換延遲600μs(默認)

三、EIT的使用方法展示

圖1 設備前后面板,測試通道16*2

圖2 實驗過程,水缸以及插在水缸上的16個電極,可以支持32個通道

圖2為現(xiàn)場測試,在我們連接好設備,打開軟件,做好校準后,就可以用Sciospec設備來測試生物的電阻抗,結(jié)果會以成像的形式展現(xiàn)給我們,從而更直觀的將生物體內(nèi)與電阻抗有關的特性(比如說病變)體現(xiàn)出來。以下展示利用EIT設備測試不同物體的表現(xiàn)。

一文詳解生物電阻抗斷層成像技術(shù)

圖3 實驗數(shù)據(jù)界面展示

圖4 在水缸中測量橘子實時阻抗圖像展示

紅色的部分勾勒出物體的大致形態(tài),且紅色部分會隨著物體的變化而不斷移動位置,這個變化的快慢取決于采集圖像幀的速度。設備的通道數(shù)越多,成像的清晰度就會越高。

一文詳解生物電阻抗斷層成像技術(shù)

圖5 特別設計的EIT芯片,用于微流控測試

一文詳解生物電阻抗斷層成像技術(shù)

圖6 利用EIT芯片測試物體實時圖像

四、總結(jié)

電阻抗斷層成像技術(shù)相對其它的成像技術(shù),具有自身的優(yōu)勢。在未來的生物成像領域研究中定會發(fā)揮巨大的作用。Sciospec公司提供商用化的EIT設備,設備性能優(yōu)越,是研究者提供實驗的高效武器,同時設備類型多種多樣,針對不同客戶的需求提供OEM定制品。上海昊量光電作為Sciospec在中國的獨家代理,愿為科研工作者提供優(yōu)質(zhì)的服務。

您可以通過我們昊量光電的官方網(wǎng)站了解更多的產(chǎn)品信息,或直接來電咨詢4006-888-532,我們將竭誠為您服務。

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