电阻抗成像技术:无创体检新方法

作者: 刘东

来源: 中国科学技术大学

发布日期: 2018-03-07 07:30:00

本文介绍了电阻抗成像技术(EIT)及其在医学临床监护等领域的应用前景,特别是在肺通气监测方面的优势。文章还提到了中国科学技术大学杜江峰院士团队在提高EIT图像空间分辨率方面的新研究成果,以及EIT技术未来的发展潜力。

人生最幸运的事,莫过于在对的时间、对的地点遇到对的人。人生还有一件幸运的事,就是在对的年龄、对的部位长对的体脂。体脂,这个词对于小伙伴们来说,应该不是神马新鲜玩意了。今天小编准备从体脂入手聊聊,时下生物医学工程界比较时髦的一种技术——电阻抗成像技术(Electrical impedance tomography, EIT)。

我们知道,人体成分可以大致分为脂肪组织和非脂肪组织两类。脂肪是无水物质,是电的不良导体。脂肪组织越多,对电流的阻值越大,(非严格意义上)电阻抗越大。非脂肪组织包括骨骼和肌肉,其含有大量水和电解质,对电流的阻值小,导电性好,电阻抗小。可以这么理解,脂肪,导电性差;不是脂肪的地方,导电性好。

EIT 是一种无创的以人体内部的电阻抗分布为目标的,重建体内组织图像的技术。人体是一个大的生物电导体,各组织、器官均有一定的电阻抗,当人体表面加入一定的安全电流(通常小于 5 毫安)时,体内不同的电阻抗分布就会在体表产生不同的电压。

EIT 技术实际上就是:通过人体特定部位注入已知电流来测量在体表所引起的电压,利用所测量的电流电压信息,依照一定的重建算法,计算出人体内部各组织、器官在电场作用下所呈现的电阻抗分布,利用计算机产生断层图像。

该技术具有无损、无创、无辐射(此“三无”非彼“三无”)、低成本、实时性强以及便携性等优点,因而在医学临床监护等领域有着诱人的应用前景,尤其在对肺通气监测方面具有不可比拟的优势。

EIT 图像重构方法按照成像方式分为动态成像和静态成像。动态成像,就好比青蛙的眼睛,对运动的昆虫能明察秋毫,但昆虫一旦静止,它就“目中无物”。相反,静态成像能直接识别昆虫,至于昆虫是动还是不动,这并不重要。因此,静态成像具有更广阔的应用前景。

EIT 技术研究已历时约四十余年,在动态成像方面的技术更为成熟,已经在比如肺通气的检测和监视等方面有了医学应用。但是,EIT 获得高质量的静态成像仍存在极大挑战。比如要受制于其对微弱信号的采集、重构算法门槛较高等等。而肺癌、乳腺癌等疾病的筛查恰恰需要通过静态成像的方式来实现。

近期,中国科大杜江峰院士领衔的中科院微观磁共振重点实验室团队就在这方面探索出了新方法。科研人员开发了一种新的静态重构算法,大大提高了 EIT 图像的空间分辨率,成功实现了物理模型上的高分辨图像重构。该研究成果使得开展临床医学中高分辨电阻抗成像成为可能,有望推动 EIT 技术向更为实用的应用方向发展,例如乳腺癌、肺癌早期筛查等。

随着技术难关的一步一步攻克,我们相信在不久的将来,EIT 技术将广泛应用于医疗体系之中,为人类的健康做出巨大的贡献。不仅如此,通过结合人工智能,EIT 技术具备进入人机交互领域的潜力。例如,依靠人体表面肌肉电信号和惯性原件技术,通过裹在人体身上的传感器来监测手指牵引的相应肌肉群,并依靠相应的算法翻译、转化成相应的信号输出,建立起生物信号在医学和健康领域以外的创新型应用。

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