W dniach 2-5 czerwca 2015 roku uczestniczyliśmy w największej na świecie konferencji dotyczącej biomedycznych rozwiązań w elektrycznej tomografii impedancyjnej (Neuchâtel, Szwajcaria). Na miejsce konferencji zostało wybrane Szwajcarskie Centrum Elektroniki i Mikrotechnologii (Centre Suisse d’Electronique et de Microtechnique – CSEM) mieszczące się przy uniwersytecie – Université de Neuchâtel.

Konferencja skupia czołowych naukowców i ekspertów ze środowisk medycznych i klinicznych, z dziedzin naukowych i technologicznych, w celu wymiany doświadczeń, dzielenia się nowymi pomysłami oraz zachęca do współpracy pomiędzy członkami międzynarodowej społeczności EIT.

Tematyka konferencji:
• Aplikacje medyczne w obrazowaniu impedancyjnym
• Urządzenia pomiarowe
• Oprogramowanie do obrazowania medycznego
• Algorytmy i analiza danych
• Zagadnienie odwrotne
• Rozwiązania w tomografii procesowej z potencjałem do zastosowań aplikacji biomedycznych

EIT – elektryczna tomografia impedancyjna

Elektryczna tomografia impedancyjna jest interdyscyplinarną dziedziną badań. Dotyczy nieinwazyjnej techniki obrazowania medycznego. Przewodność elektryczna ma różne wartości w zależności rodzaju tkanki biologicznej. Obraz rekonstruowany jest na podstawie pomiarów na jego brzegu. Zazwyczaj powierzchnie przewodzące elektrody są przymocowane do skóry wokół części badanego ciała. W przeciwieństwie do liniowych technik prześwietlenia stosowanych w tomografii komputerowej, prąd elektryczny płynie w obszarze trójwymiarowych wzdłuż ścieżki o najmniejszej rezystancji. Powoduje to, trudności w rekonstrukcji obrazu.

W przeciwieństwie do większości innych technik obrazowania tomograficznych, w EIT nie stosuje się promieniowania jonizującego. Prądy zazwyczaj są stosunkowo małe i na pewno poniżej progu, przy którym będą powodować znaczną stymulację nerwów. Częstotliwość prądu przemiennego jest dostatecznie wysoka, aby nie powodować objawów elektrolitycznych w organizmie. Właściwości te umożliwiają monitoring wentylacji płuc w oddziale intensywnej opieki medycznej. Urządzenie oparte na technologii EIT może być znacznie mniejsze i tańsze niż konwencjonalne tomografie.

EIT – kierunki badań

Główną wadą EIT wobec konwencjonalnej tomografii jest dolna maksymalna rozdzielczość przestrzenna (ok. 15% średnicy elektrody w EIT stosunku do 1 mm CT i MRI). Może być ulepszona przez zastosowanie większej liczby elektrod. Jakość obrazu może ulec dalszej poprawie przez skonstruowanie systemu elektrod aktywnych powierzchniowo, co znacznie może zmniejszyć straty sygnału, jak również artefakty i zakłóceń związane z kablami. W przeciwieństwie do rozdzielczości przestrzennej, rozdzielczość czasowa (0,1 ms EIT) jest znacznie wyższa niż w CT lub MRI (0,1 s).

Seminaria naukowe / warsztaty

Sesje posterowe i stanowiska firmowe

Konferencja – sesje referowane

Pokrewne aplikacje w obszarach tomografii procesowej

EIT Hardware: elektryczny tomograf impedancyjny i elektrody aktywne

Poprawę stosunku sygnału do szumu, można osiągnąć stosując elektrody aktywne powierzchniowo, zmniejsza to jeszcze bardziej błędy obrazowania. Poprawę efektywności można osiągnąć poprzez zastosowanie dodatkowego kanału (takie rozwiązanie może kompensować niewystarczający kontakt elektrod ze skórą, usuwając je z pomiarów).

f-EIT: funkcjonalna elektryczna tomografia impedancyjna

W porównaniu z konduktywnościami innych tkanek w ludzkim tułowiu, przewodność tkanki płuc jest około pięć razy niższa, co prowadzi do wysokiego kontrastu. Cecha ta częściowo wyjaśnia ilość badań prowadzonych w elektrycznej tomografii impedancyjnej do obrazowania płuc. Dodatkowo, przewodność płuc zmienia się intensywnie podczas cyklu oddechowego, który ma ogromne znaczenie przy monitorowaniu (badaniu) wentylacji płuc. Ten rodzaj badań został określony mianem funkcjonalnej tomografii impedancyjnej (f-EIT). Tomografia f-EIT ma jedną zasadniczą przewagę nad EIT – wynikającą z nieścisłości anatomii. Niewystarczający kontakt skóry z elektrodami powierzchniowymi lub transfer impedancji może zostać odrzucony, ze względu na to, że większość artefaktów może zostać wyeliminowanych z powodu prostego odejmowanie obrazu w f-EIT. Ze względu na te właściwości, największy postęp badań w elektrycznej tomografii impedancyjnej został osiągnięty w f-EIT.

f-EIT – zastosowania w chorobach płuc

Niewydolność oddechowa powinna być starannie monitorowana, gdyż prowadzić może do poważnych powikłań ze zgonem włącznie.
Zespół ostrej niewydolności oddechowej (ang. acute respiratory distress syndrome, ARDS) jest poważną reakcją płuc na różne czynniki, które je uszkadzają. Jest to najważniejsze schorzenie prowadzące do obrzęku płuc ze wzrostu przepuszczalności. Zazwyczaj wymaga zastosowania mechanicznej wentylacji oraz przyjęcia na oddział intensywnej opieki medycznej.
Przewlekła obturacyjna choroba płuc (ang. COPD Chronic Obstructive Pulmonary Disease. zespół chorobowy charakteryzujący się postępującym i niecałkowicie odwracalnym ograniczeniem przepływu powietrza przez drogi oddechowe. Ograniczenie to wynika z choroby małych dróg oddechowych i zniszczenia miąższu płucnego.
Obrzęk płuc – stan chorobowy, w trakcie którego w pęcherzykach płucnych zamiast powietrza zaczyna gromadzić się płyn przesiękowy, który utrudnia wymianę gazową w płucach.

Aplikacje: monitoring wentylacji płuc (a-EIT, f-EIT)
[f-EIT]
Rozwiązanie jest szczególnie użyteczne do monitorowania funkcji płuc z powodu oporności tkanek płuc jest pięciokrotnie większa w porównaniu do większości innych tkanek miękkich w obrębie klatki piersiowej. Wzrost oporności płuc i zmniejsza kilkakrotnie między wdechu i wydechu, który wyjaśnia, dlaczego monitorowanie cyklu oddechowego jest obecnie najbardziej

obiecujące w zastosowaniach klinicznych. Pomiary EIT można wykorzystać do sterowania określonych ustawień respiratora, aby utrzymać wentylację ochronną płuc dla każdego pacjenta.

[a-EIT]
Ma również potencjał, aby stać się użytecznym narzędziem dla klinicznego obrazowania płuc. Podejście to pozwala bezpośrednio odróżnić choroby płuc, które wynikają z regionów o niższej oporności (np. krwiak opłucnej, wysięk w opłucnej, niedodma, obrzęk płuc), oraz te o wyższej rezystywności (np. odma, rozedma).

Aplikacje: perfuzja (f-EIT)

Ze względu na stosunkowo dużą przewodność, krew może być stosowana do funkcjonalnego obrazowaniu perfuzji tkanek i narządów, charakteryzujących się niższymi przewodności np. wizualizacja regionalnej perfuzji płuc. Istotą tego podejścia są pulsacyjne zmiany impedancji tkanki w zależności od różnic w napełnianiu naczyń krwionośnych między skurczem, a rozkurczem, zwłaszcza gdy wstrzykiwana jest sól fizjologiczna jako środek kontrastujący.

MF-EIT / EIS: multiczęstotliwościowa
elektryczna tomografia impedancyjna / elektryczna spektroskopia impedancyjna

Próby wykrycia lub zobrazowania patologicznej tkanki w obrębie tkanek zdrowych opierają się na wieloczęstotliwościowej elektrycznej tomografii impedancyjnej (MF-EIT), nazywaną również elektryczną spektroskopią impedancyjną (EIS). Technika ta oparta jest na różnicach we wzorcach konduktywności przy zmieniających się wartościach częstotliwości. Tego typu systemy są zazwyczaj przeznaczone do wykrywania lub zlokalizowania nieprawidłowych tkanek, np. stanów przedrakowych lub raka. Szereg badań prowadzonych jest w zakresie wykrywania (lokalizacji) raka skóry, piersi, szyjki macicy, lokalizacji ogniska epilepsji, obrazowania aktywności mózgu, jak również do diagnostyki związanej z gastroskopią żołądka.

Aplikacje: MF-EIT /EIS – badanie piersi

MF-EIT może być zastosowana w dziedzinie obrazowania piersi jako alternatywna/uzupełniająca technika w stosunku do mammografii i tomografii rezonansu magnetycznego (MRI) w wykrywaniu raka piersi. Ze względu na dosyć niską specyfi mammografii oraz wyniku MRI w stosunkowo wysokim odsetkiem wyników fałszywie pozytywnych projekcji, z wysokim niebezpieczeństwie dla pacjentów i kosztów dla struktur opieki zdrowotnej. Rozwój alternatywnych technik obrazowania dla tego wskazania byłoby pożądane ze względu na niedoskonałości istniejących metod: promieniowanie w mammografii i ryzyko wywołania systemowego zwłóknienia u pacjentów z niewydolnością nerek przez podanie środka kontrastowego jonizujące stosowane w MRI piersi. Innym rozwiązaniem jest implementacja EIT w mammografie.

Aplikacje: mózg (a-EIT, f-EIT, MF-EIT)

Ze względu na to, że rozdzielczość czasowa EIT jest znacznie wyższa niż w tomografii komputerowej lub rezonansu magnetycznego (0,1 ms, w porównaniu do 0,1 sekundy), to:
• EIT może być wykorzystywana do obrazowania mózgu, w celu umożliwienia wykrywania i monitorowania niedokrwienia mózgu, krwotoków i innych stanów patologicznych związanych z morfologicznymi zmianami impedancji (z powodu pęcznienia komórki nerwowej, tj. niedotlenienia mózgu i hipoglikemii).
• EIT jest interesujące dla monitorowania normalne funkcjonowanie mózgu i aktywność neuronalną w oddziałach intensywnej terapii lub przedoperacyjnej ustawień dla ogniska padaczkowego lokalizacji przez nagrań telemetrycznych.
• Technika nie osiągnęła jeszcze doskonałości, która mogłaby zostać użyta praktyce klinicznej. Badania są obecnie wykonywane w zakresie udaru mózgu i epilepsji.

Aplikacje: medycyna sportowa / opieka domowa (a-EIT, f-EIT)

Pomiary impedancji elektrycznej mogą być również wykorzystywane do obliczania abstrakcyjnych parametrów. Dla zdrowych osób technika może być stosowana do nieinwazyjnego wyznaczania np. zdolności pochłaniania tlenu przez organizm lub ciśnienia tętniczego krwi w medycynie sportowej lub opiece domowej.

Zaproszeni prelegenci

Obecnie najbardziej skuteczne wykorzystanie EIT jest w obrazowaniu klatki piersiowej, gdzie duże ruchy w kontrastowej konduktywności powietrza i krwi mogą być obrazowane w czasie.
Rekonstrukcja obrazu w EIT jest trudna ze względu na niską wrażliwość na głębokość kontrastu w ciele człowieka, z powodu naturalnego rozproszenia propagowanego prądu. EIT jest wrażliwe na własności elektrod, jakość danych, niedoskonałość sprzętu i ruchy pacjenta. W celu rozwiązania tych problemów, kilka innowacyjnych strategii do analizy i interpretacji danych zostało opracowanych w ciągu ostatnich kilku lat. W referacie została przedstawiona koncepcja analizy „pipeline” EIT składająca się z kliku etapów: pomiarów, surowych danych (obrazów), przebiegów, obrazów f-EIT. Omówione zostały ostatnie postępy w obrazowaniu klatki piersiowej z EIT.

EIT jest coraz częściej stosowana w monitoringu wentylacji pacjentów w stanie krytycznym, jako nieinwazyjna technika obrazowania płuc. EIT wydaje się przydatna w rozpoznawaniu spersonalizowanych ustawień wentylacji mechanicznej, także wentylacji ochronnej do zwiększenia rekrutacji i zminimalizowania nadmiernego rozdęcia. Ponadto EIT pomaga w diagnostyce odmy lub ostrej niewydolności oddechowej. Technologia może stać się kluczowym elementem Intensywnej terapii monitorowania płuc, arsenału z kluczowych zmiennych fizjologicznych, które nie mogą być uzyskane przez inne dostępne metody.

Zainteresowania naukowe: fizjologia płuc, wentylacja mechaniczna, ARDS wentylacja wywołana uszkodzeniem płuc i monitorowanie układu krążeniowo-oddechowego.

Kliniczne zastosowania EIT są przeważnie ograniczone do monitorowania zmian w globalnej i regionalnej wentylacji. Ostatnio metody oddzielające perfuzję serca związane z sygnałami EIT zostały znacznie ulepszone. Postęp w poznaniu i rozumieniu sygnału EIT pulsacji oraz wprowadzenie metod do ilościowego oszacowania dystrybucji perfuzji regionalnej przynosi wyniki bliższe rzeczywistości. Oferuje to niespotykane dotąd możliwości monitorowania i zarządzania.