تصویربرداری از توزیع امپدانس الکتریکی داخل بدن

تصویربرداری از توزیع امپدانس الکتریکی داخل بدن

اسلاید 1: Electrical Impedance Tomography تصويربرداري از توزيع امپدانس الكتريكي داخل بدن

اسلاید 2: سه نوع استفاده اساسي از EIT در کارهاي کلينيکي وجود دارد.(a تصويربرداري از توزيع امپدانس داخلي بدن(b تصويربرداري از تغيير امپدانس داخلي بدن با فرکانس(c تصويربرداري از تغييرات امپدانس در مدت يک فرآيند فيزيولوژيکي

اسلاید 3: اندازه گيريهاي اوليه و مدل امپدانس بافتقانون ولتاژ و جريان اهم در مورد بافتهاي بيولوژيکي نيز صادق است. در مطالعات گذشته نشان داده شده که مقاومت بافت با کاهش فرکانس، افزايش مي يابد. در يك مدل امپدانسي، سلول به سه قسمت تقسيم مي شود. -1سيتوپلاسم يا قسمت هادي سلول كه در درون يک پرده عايق الکتريکي قرار دارد.-2 خود پرده يا غشا كه بوسيله يک محيط هادي پوشانده شده-3 محيط بين سلولي.

اسلاید 4: مدل امپدانس بافتدر فرکانسهاي کم، غشاء سلولي به صورت عايق عمل مي‌کند و جريان در اطراف سلول جاري مي‌شوددر فرکانسهاي بالا، خاصيت خازني غشاء امپدانس کمي را نشان مي‌دهد و جريان زيادي جاري مي شود، بنابراين حجم قابل دسترس براي جاري شدن جريان زياد مي شود

اسلاید 5: مدل امپدانسي بافت نوع اولRi مقاومت الکتريکي داخل سلولRm خاصيت مقاومتي غشاء سلولCm خاصيت خازني غشاء سلولدر فرکانسهاي پايين خازن به صورت اتصال باز عمل مي کند و در نتيجه مقاومت معادل Ri+ Rm مي شوددر فرکانسهاي بالا خازن به صورت اتصال کوتاه عمل مي کند در نتيجه مقاومت معادل Ri مي شود.

اسلاید 6: مدل امپدانسي بافت نوع دوم R مقاومت الکتريکي فضاي بين سلوليS مقاومت الکتريکي داخل سلوليC خاصيت خازني غشاء

اسلاید 7: تغييرات مقاومت بافت با فركانس

اسلاید 8: امپدانس بافت نرمال بيشترين مقاومت در محدوده فرکانس 20 KHz تا 100 KHz

اسلاید 9: تفاوت امپدانس بافت سالم با پاتولوژيامپدانس بافت نرمال با امپدانس بافت پاتولوژي متفاوت است.اگر اندازه و شکل يک ارگان در بدن تغيير کند در اين صورت امپدانس آن بافت عوض خواهد شد. براي مثال معده در مدت خوردن منبسط مي شود و در مدت زماني خاص به داخل اثني عشر خالي مي شود.حالتهاي پاتولوژي مي‌تواند سبب تفاوت در امپدانس با حالت نرمال بشود. براي مثال در 1 KHz مايع مغزي غيرنرمال مقاومتي برابر نصف حالت طبيعي دارد.در موقع ضربه مقاومت مايع مغزي به اندازه 100% افزايش مي يابد و در بيماري غش مقاومت مايع مغزي به اندازه 20% کاهش مي يابد.

اسلاید 10: نحوه ارسال و دريافت سيگنال و مساله نويز از دو راه مي توان به بدن سيگنال اعمال نمود: ولتاژ يا جريان. اگر منبع سيگنال ولتاژ باشد از آنجاييكه مقاومت منبع ولتاژ کم است امپدانس تماسي الکترود در اعمال ولتاژ ايجاد خطاي چشمگير مي کند. اما با اعمال جريان به بافت، و اندازه گيري ولتاژ در طرف ديگر آن خطاي كمتري ايجاد مي‌شود. بعلاوه، ارسال سيگنال به صورت جريان از نظر مساله نويز، مناسب تر است.

اسلاید 11: ارسال سيگنال توسط ولتاژ

اسلاید 12: ارسال سيگنال توسط جريان

اسلاید 13: اندازه گيري امپدانس در حالت عمومي

اسلاید 14: توصيف اجزاء يك سيستم ساده EIT

اسلاید 15: جمع آوري اطلاعات در عمل ما به صدها اندازه گيري غيروابسته براي بدست آوردن تصوير مناسب نياز داريم.در اين سيستم مولتي پلکسر مورد استفاده قرار مي گيرد تا منبع جريان و اندازه گيري ولتاژ ما بين الکترودها سوئيچ شود.پارامتر هاي مهم در جمع آوري داده ها:الف- تعداد الكترود مورد استفادهب- طراحي سيستمج- فركانس كار و يا محدوده فركانس

اسلاید 16: محدوده فركانس و ولتاژ کار تقريباً تمامي سيستمهاي EIT در فركانس ثابت ما بين 10KHz تا 100KHZ كار مي كنند.القاء جريان EIT در فركانسهاي زير 100KHZ باعث كاهش حساسيت ميشود و لذا حساسيت اطلاعات مركز بدن را كاهش مي دهد. القا فركانس هاي مختلف براي ماكزيممم كردن اطلاعات بدست آمده و كسب بهترين تفاوت ما بين بافت نرمال و پاتولوژي اهميت دارد.اندازه گيريهاي چند فركانسي تمايز اطلاعات آناتوميك از تصاوير ديناميك را نيز ممكن مي سازد ولتاژ اندازه گيري شده ممكن است از حد كوچك25µv تا بيشترين مقدار 160mv باشد

اسلاید 17: جمع آوري مقادير امپدانس از طريق روش همسايگي اندازه گيري ولتاژ: با تغيير دادن الكترودهاي اعمال جريان، 13 اندازه گيري ديگر بدست خواهد آمد

اسلاید 18: جمع آوري مقادير امپدانس از طريق روش مقابل

اسلاید 19: بازسازي تصوير ارتباط بين الگوي جريان به كاربرده شده و ولتاژ اندازه گيري شده مي تواند با رابطه زير نمايش داده شود.V= R(j,s)در اين رابطه j الگوي جريان به كاربرده شده در سطح شيء، V ولتاژ اندازه گيري شده و s توزيع رسانايي است. در مساله بازسازي تصاوير، V و j معلوم فرض مي شوند و s محاسبه ميشود.

اسلاید 20: روشهاي مرسوم كه براي بازسازي EIT بكار مي روند:روش بک پروجکشن2) روشهاي ماتريس حساسيتماتريس حساسيت، ماتريسي است كه توسط آن مقادير رسانايي به ولتاژهاي الكترودها ضرب ميشود3) روشهاي تكراريتكنيكهاي تكراري. اين روش شامل مراحل زير است.الف- انتخاب يك مقدار تخميني براي s كه توزيع رسانايي است.ب- حل مساله مستقيم براي محاسبه ولتاژهاي مرزي از يك تكنيك عددي (روش المانهاي محدود) ج- مقايسه نتايج حل مساله مستقيم (ولتاژ محاسبه شده) با استفاده از s تخميني و ولتاژ بدست آمده توسط الكترودهاد- اصلاح s به مقدار مناسبه- تكرار از مرحله ب تا تفاوت بين مقدار اندازه گيري شده و ولتاژ كناري پيشگويي شده به اندازه كافي كوچك باشد.

اسلاید 21: در روش المانهاي محدود مقطع مورد نظر بصورت يك شبكه مقاومتي مدل سازي مي شود و از روشهاي عددي استفاده مي شود (مش بندي مثلثي)

اسلاید 22: مثالي از بازسازي تصويرامپدانس توموگرافي

اسلاید 23: كاربردهاي پزشكي 1- تشخيص خالي شدن معده و اندازه گيري سرعت خالي شدن معده بعد از خوردن غذا و كنترل بي نظمي هاي معده و تنگي مجراي وابسته به معده.2- براي اندازه گيري زمان بلع و اختلالات مري.3- بعلت اينكه تفاوت مقاومت زيادي بين بافت پر از هوا و خالي از هوا وجود دارد، تهويه ريوي نيز در تصاوير EIT قابل بررسي است. 4- جمع شدن خون سياهرگي در لگن، مشخصاتي از تاخير خون در رگهاي لگن است.5- تفاوت واضحي بين مشخصات امپدانسي بافت نرمال و تومور وجود دارد. با تصويربرداري با EIT مي توان از وجود تومور، محل آن، و يا رشدش با خبر شد.6- يك راه عملي براي نمايش و غربالگري سرطان پستان7- تشخيص اسكمي مغزي: در مدت اسكمي مغزي امپدانس بافت مغز افزايشي تا اندازه 100% دارد