Электроимпедансная томография (ЭИТ)

ЭИТ - методика, позволяющая визуализировать пространственное распределение электрического импеданса (или проводимости) внутри объекта, в частности, внутри тела человека, по результатам неинвазивных электрических измерений. Для реконструкции изображения используются значения электрического потенциала, измеренные на поверхности объекта, при пропускании через него тока. Практическая реализация метода требует разработки быстрого и эффективного алгоритма реконструкции и создания измерительной аппаратуры, обеспечивающей высокую точность электрических измерений. Измерения в электроимпедансной томографии могут быть сделаны достаточно быстро. В сочетании с высокой скоростью обработки информации это позволяет визуализировать многие процессы (такие как сердечные сокращения) в реальном времени. Мы разрабатываем как измерительное оборудование ЭИТ, так и методы решения соответствующей обратной задачи.

Прибор с поясом для двумерной визуализации (получения изображений поперечных сечений)
Создан электроимпедансный томограф и программное обеспечение, которые используются в медицинских исследованиях, преимущественно в пульмонологии. Основные преимущества  разработанного подхода следующие: возможность получения изображения распределения абсолютной электропроводности в поперечном сечении тела человека, высокая скорость измерений и формирования изображений - до 12 кадров в секунду. Важными составляющими томографической системы являются система обработки данных и база данных. Согласно первым клиническим результатам, новый прибор позволяет диагностировать целый ряд патологий в пульмонологии, включая опухоли, и таким образом элекроимпедансная томография может во многих случаях заменить рентгеновское обследование, являясь безопасным и доступным альтернативным или дополнительным методом. Система тестировалась также как средство мониторинга легких у недоношенных новорожденных детей, а также для диагностирования проблем кровообращения в конечностях у взрослых. Здесь приведены фотографии измерительной системы ЭИТ и анимированное электроимпедансное изображение грудной клетки, на котором видны процессы сердцебиения и дыхания.

Сервер статической ЭИТ реконструкции и галерея электоримпедансных изображений
Визуализация распределения абсолютной электропроводности внутри тела (т.е. реальной анатомии) до сих пор является интригующей проблемой в электроимпедансной томографии. В течение нескольких лет наша исследовательская группа развивает быстрый и устойчивый метод статической электроимпедансной визуализации, который в настоящее время используется в экспериментальных ЭИТ системах. Данный сервер создавался для того, чтобы дать возможность исследователям, входящим в ЭИТ сообщество, попробовать применить этот алгоритм к данным, полученным с помощью различных инструментов и измерительных систем и оценить преимущества статической in vivo визуализации. Примеры таких статических изображений представлены в ЭИТ галерее.

Измерительная система и алгоритм реконструкции для трехмерной статической визуализации
Система позволяет получать изображения 3-D распределения электропроводности в области пространства под поверхностью кожи до глубины в несколько сантиметров. 256-электродная измерительная система и соответствующий алгоритм реконструкции используются для визуализации и диагностики тканей молочной железы и, в частности, обнаружения злокачественных опухолей (электроимпедансная маммография). Здесь приведены фотография многочастотного электроимпедансного маммографа "МЭМ" и примеры томографических изображений, полученных в процессе клинических испытаний.

Магнитоиндукционная томография (МИТ)

В отличие от электроимпедансной, магнитоиндукционная томография не требует электрического контакта с исследуемым объектом. В ней используется взаимодействие переменного магнитного поля с проводящей средой. Такое поле, которое может возбуждаться и регистрироваться с помощью компактных катушек, расположенных вокруг объекта, подвергается возмущению под воздействием вихревых токов, возникающих в объекте. Распределение электропроводности (и диэлектрической проницаемости) в объекте может быть реконструировано по результатам измерений возмущенного поля вне объекта. Метод магнитоиндукционной томографии для слабопроводящих сред был впервые предложен в ИРЭ РАН. Мы разработали теоретические основы метода, алгоритм решения обратной задачи, методы решения прямой задачи для моделирования измерительной системы. Наша исследовательская группа создала и испытала первую экспериментальную 16-канальную измерительную систему для магнитоиндукционной томографии. Впервые получены томографичекие изображения фантомов, построенных с использованием раствора NaCl различной концентрации, а также магнитоиндукционные изображения сечения головы и грудной клетки человека. Магнитоидукционная томография может быть использована не только в медицине, но и в таких областях, как системы безопасности и досмотра, геофизика и геологоразведка, визуализация и контроль в различных отраслях промышленности. Здесь приведены схема измерений, фотография первой лабораторной измерительной системы для магнитоиндукционной томографии и изображения, полученные с помощью нее.

Электрополевая томография (ЭПТ)

Метод ЭПТ использует взаимодействие высокочастотного электрического поля с неоднородной проводящей средой без контакта с электродами. В отличие от электроимпедансной томографии здесь отсутствует инжекция электрического тока в среду извне. Взаимодействие сопровождается высокочастотным перераспределением свободных зарядов внутри среды и приводит к небольшим фазовым сдвигам электрического поля в пространстве окружающем объект. Такого типа явления часто называют Максвелл-Вагнеровской релаксацией. Измеряя возмущения поля с помощью набора электродов, расположенных вокруг объекта, можно реконструировать внутреннюю структуру среды. Электрическое поле, разумеется, можно использовать и для визуализации диэлектрических (непроводящих) объектов. Для этого случая метод известен как электроемкостная томография (ЭЕТ). Здесь приведены результаты моделирования ЭПТ визуализации.

Публикации