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
И. К. Лакеев, А. В. Корженевский, Т. С. Туйкин. Разработка программного обеспечения для многопроцессорной архитектуры персонального электроимпедансного маммографа ПЭМ. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2017. №12. Режим доступа: http://jre.cplire.ru/jre/dec17/9/text.pdf П.А.Кобрисев, Т.С.Туйкин, А.В.Корженевский. Разработка бесконтактного монитора жизненных показателей человека. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2017. №4. Режим доступа http://jre.cplire.ru/jre/apr17/10/text.pdf Korjenevsky A V, Sapetsky S A Feasibility of the backprojection method for reconstruction of low contrast perturbations in a conducting background in magnetic induction tomography. Physiological Measurement, 2017 , 38 (6), pp 1204-1213 Olga Trokhanova, Yulia Chijova, Mikhail Hitrov, Timur Tuykin and Alexander Korjenevsky, "EIT diagnosis of pre- and microinvasive cervical cancer", Abstr. 16th Int. Conf. on Electrical Bio-Impedance and 17th Conf. on Electrical Impedance Tomography (Stockholm, Sweden), p. 145, 2016 О.В. Троханова, М.В. Хитров, М.Д. Брянцев, Ю.А. Чижова, Т.С. Туйкин, А.В. Корженевский, "Электроимпедансная томография – метод диагностики и контроля за эффективностью лечения воспалительных заболеваний шейки матки", Биомедицинская радиоэлектроника, N 2, с 3-15, 2016 Gulyaev Y, Cherepenin V, Korjenevsky A, Sapetsky S, Trokhanova O and Tuykin T (2015) Personal Electrical Impedance Mammography System. In: 16th International Conference on Biomedical Applications of Electrical Impedance Tomography, June 3-5, 2015 CSEM SA Neuchatel, Switzerland, р. 98. Korjenevsky A, Kornienko V, Pavluk V, Sapetsky S, Tuykin T (2014) Application of DICOM in Electrical Impedance Tomography. In: 15th International Conference on Biomedical Applications of Electrical Impedance Tomography, April 24-26, 2014, Glen House Resort Gananoque, Ontario Canada, р. 38. Trokhanova OV, Chijova YA, Cherepenin VA, Korjenevsky AV, Tuykin TS (2014) Use of electrical impedance tomography for the diagnosis of precancerous diseases and cancer of the cervix. In: 15th International Conference on Biomedical Applications of Electrical Impedance Tomography, April 24-26, 2014, Glen House Resort Gananoque, Ontario Canada, р. 66.
Александр Владимирович Корженевский
E-mail: korjenevsky@cplire.ru
