Электрическая импедансная томография: неинвазивный метод медицинской визуализации.

Введение

Неинвазивный метод медицинской визуализации

Электрическая импедансная томография (ЭИТ) – неинвазивный метод медицинской визуализации, при котором электрическая проводимость, диэлектрическая проницаемость и импеданс части тела оцениваются на основе измерений с поверхностных электродов и используются для формирования томографического изображения этой части. Электрическая проводимость значительно варьируется в различных биологических тканях (абсолютная ЭИТ) или при движении жидкостей и газов внутри тканей (дифференциальная ЭИТ). Большинство систем ЭИТ используют небольшие переменные токи на одной частоте, однако некоторые системы применяют несколько частот для более четкого разграничения нормальной и подозрительно измененной ткани в одном и том же органе (многочастотная ЭИТ или электрическая импедансная спектроскопия). Как правило, проводящие поверхностные электроды прикрепляются к коже вокруг исследуемой области тела. Небольшие переменные токи подаются на некоторые или все электроды, а результирующие равнопотенциальные линии регистрируются с других электродов (рисунки 1 и 2). Этот процесс повторяется для множества различных конфигураций электродов и в конечном итоге приводит к формированию двухмерной томограммы в соответствии с алгоритмами реконструкции изображения, встроенными в систему. Поскольку содержание свободных ионов определяет проводимость тканей и жидкостей, мышцы и кровь проводят приложенный ток лучше, чем жировая, костная или легочная ткань. Однако, в отличие от линейных рентгеновских лучей, используемых в компьютерной томографии, электрические токи распространяются трехмерно по всем путям одновременно, с учетом их проводимости (преимущественно по пути наименьшего сопротивления, но не исключительно). Это означает, что часть электрического тока выходит за пределы поперечной плоскости, что приводит к переносу импеданса. Это и другие факторы затрудняют реконструкцию изображения в абсолютной ЭИТ, поскольку обычно существует не одно решение для восстановления изображения трехмерной области, спроецированной на двухмерную плоскость. Математически, задача восстановления проводимости на основе поверхностных измерений тока и потенциала является нелинейной обратной задачей и сильно некорректна. Математическая формулировка этой задачи принадлежит Альберто Кальдерону, и в математической литературе по обратным задачам она часто называется «обратной задачей Кальдерона» или «проблемой Кальдерона». Существует обширное математическое исследование, посвященное уникальности решения и численным алгоритмам для этой задачи. По сравнению с проводимостью большинства других мягких тканей в грудной клетке человека, проводимость легочной ткани примерно в пять раз ниже, что обеспечивает высокий абсолютный контраст. Эта особенность может частично объяснять значительный объем исследований в области ЭИТ-визуализации легких. К другим предлагаемым областям применения ЭИТ относятся выявление/локализация рака кожи, молочной железы или шейки матки, локализация эпилептических очагов, визуализация активности мозга, а также использование в качестве диагностического инструмента при нарушении опорожнения желудка. Попытки обнаружения или локализации патологии тканей в нормальной ткани обычно основаны на многочастотной ЭИТ (МЧ ЭИТ), также называемой электрической импедансной спектроскопией (ЭИС), и основаны на различиях в моделях проводимости при различных частотах.

Electrical impedance tomography (EIT) is a noninvasive type of medical imaging in which the electrical conductivity, permittivity, and impedance of a part of the body is inferred from surface electrode measurements and used to form a tomographic image of that part. Electrical conductivity varies considerably among various biological tissues (absolute EIT) or the movement of fluids and gases within tissues (difference EIT). The majority of EIT systems apply small alternating currents at a single frequency, however, some EIT systems use multiple frequencies to better differentiate between normal and suspected abnormal tissue within the same organ (multifrequency EIT or electrical impedance spectroscopy). Typically, conducting surface electrodes are attached to the skin around the body part being examined. Small alternating currents will be applied to some or all of the electrodes, the resulting equi potentials being recorded from the other electrodes (figures 1 and 2). This process will then be repeated for numerous different electrode configurations and finally result in a two dimensional tomogram according to the image reconstruction algorithms incorporated. Since free ion content determines tissue and fluid conductivity, muscle and blood will conduct the applied currents better than fat, bone or lung tissue. However, in contrast to linear x rays used in Computed Tomography, electric currents travel three dimensionally along all the paths simultaneously, weighted by their conductivity (thus primarily along the path of least resistivity, but not exclusively). This means, that a part of the electric current leaves the transverse plane and results in an impedance transfer. This and other factors are the reason why image reconstruction in absolute EIT is so hard, since there is usually more than just one solution for image reconstruction of a three dimensional area projected onto a two dimensional plane. Mathematically, the problem of recovering conductivity from surface measurements of current and potential is a non linear inverse problem and is severely ill posed. The mathematical formulation of the problem is due to Alberto Calderón, and in the mathematical literature of inverse problems it is often referred to as "Calderón's inverse problem" or the "Calderón problem". There is extensive mathematical research on the problem of uniqueness of solution and numerical algorithms for this problem. Compared to the tissue conductivities of most other soft tissues within the human thorax, lung tissue conductivity is approximately five fold lower, resulting in high absolute contrast. This characteristic may partially explain the amount of research conducted in EIT lung imaging. Further EIT applications proposed include detection/location of cancer in skin, breast, or cervix, localization of epileptic foci, imaging of brain activity. as well as a diagnostic tool for impaired gastric emptying. Attempts to detect or localize tissue pathology within normal tissue usually rely on multifrequency EIT (MF EIT), also termed Electrical Impedance Spectroscopy (EIS) and are based on differences in conductance patterns at varying frequencies.

История

Изобретение EIT как метода медицинской визуализации обычно приписывается Джону Г. Вебстеру и публикации 1978 года, хотя первая практическая реализация медицинской системы EIT была подробно описана в 1984 году благодаря работе Дэвида С. Барбера и Брайана Х. Брауна. Вместе Браун и Барбер опубликовали первую томограмму электрического импеданса в 1983 году, визуализировав поперечное сечение человеческого предплечья с помощью абсолютной EIT. Несмотря на значительный прогресс, большинство применений EIT по-прежнему считаются экспериментальными. Методы настройки и реконструкции сопоставимы с EIT. В геофизике эта идея восходит к 1930-м годам. Электрическая томография сопротивления также была предложена для картирования электрических свойств подложек и тонких плёнок для электронных приложений.

Теория

Электрическая проводимость и диэлектрическая проницаемость различаются в зависимости от типа биологической ткани и зависят от содержания свободных ионов. Ток подается с использованием источников тока, либо одного источника тока, переключаемого между электродами с помощью мультиплексора, либо системы преобразователей напряжения в ток, по одному для каждого электрода, каждый из которых управляется цифро-аналоговым преобразователем. Измерения могут выполняться либо с помощью одной цепи измерения напряжения, коммутируемой между электродами, либо отдельной цепи для каждого электрода. Более ранние системы EIT все еще использовали аналоговую схему демодуляции для преобразования переменного напряжения в постоянный ток перед передачей его в аналого-цифровой преобразователь. Новые системы преобразуют переменный сигнал непосредственно перед выполнением цифровой демодуляции. В зависимости от показаний, некоторые системы EIT способны работать на нескольких частотах и измерять как амплитуду, так и фазу напряжения. Измеренные напряжения передаются на компьютер для реконструкции изображения и отображения. Выбор схем тока (или напряжения) существенно влияет на отношение сигнал/шум. С устройствами, способными подавать ток со всех электродов одновременно (например, ACT3), можно адаптивно определять оптимальные схемы тока. Если изображения должны отображаться в реальном времени, типичным подходом является применение некоторой формы регуляризованной инверсии линеаризованной прямой задачи. Большинство практических систем, используемых в медицинской практике, генерируют «разностное изображение», то есть разности напряжений между двумя моментами времени умножаются на регуляризованную инверсию для вычисления приблизительной разности между изображениями диэлектрической проницаемости и проводимости. Другой подход заключается в построении конечно-элементной модели тела и корректировке проводимости (например, с использованием варианта метода Левенберга — Марквардта) для соответствия измеренным данным. Это более сложная задача, поскольку требует точной формы тела и точного положения электродов. Большая часть фундаментальных работ, лежащих в основе электрического импеданса, была выполнена в Политехническом институте Ренсселера, начиная с 1980-х годов. См. также работу, опубликованную в 1992 году проектом Glenfield Hospital Project (ссылка отсутствует). Абсолютные подходы EIT направлены на цифровую реконструкцию статических изображений, то есть двухмерных представлений анатомии в интересующей части тела. Как упоминалось выше, и в отличие от линейных рентгеновских лучей в компьютерной томографии, электрические токи распространяются трехмерно по пути наименьшего сопротивления (рисунок 1), что приводит к частичной потере приложенного электрического тока (перенос импеданса, например, из-за кровотока в поперечной плоскости). Это объясняет необходимость использования сложных математических алгоритмов для решения обратной задачи и ее не вполне корректности. Дополнительные трудности в абсолютном EIT возникают из-за меж- и внутрииндивидуальных различий в проводимости электродов, связанных с искажением изображения и артефактами. Важно также учитывать, что интересующая часть тела редко бывает идеально круглой, и что индивидуальная анатомия варьируется, например, форма грудной клетки, что влияет на расстояние между отдельными электродами. Априорные данные, учитывающие типичную анатомию в зависимости от возраста, роста и пола, могут снизить чувствительность к артефактам и искажению изображения. Улучшение отношения сигнал/шум, например, с помощью активных поверхностных электродов, дополнительно снижает ошибки изображения. Некоторые из новейших систем EIT с активными электродами контролируют производительность электродов через дополнительный канал и могут компенсировать недостаточный контакт с кожей, исключая их из измерений. Другим потенциальным решением проблемы контакта электродов с кожей является бесконтактная техника EIT, которая использует напряжение возбуждения и емкостную связь вместо прямого контакта с кожей. Электроды с емкостной связью более удобны для пациента, но поддержание постоянной и одинаковой емкости связи для всех электродов является сложной задачей при реальных измерениях. EIT, основанный на разнице во времени, обходит большинство этих проблем, регистрируя измерения у одного и того же человека между двумя или более физиологическими состояниями, связанными с линейными изменениями проводимости. Одним из лучших примеров этого подхода является ткань легких во время дыхания из-за линейных изменений проводимости между вдохом и выдохом, вызванных изменяющимся содержанием изолирующего воздуха во время каждого дыхательного цикла. Предоставляет набор программ (написанных на Matlab / GNU Octave) для реконструкции и отображения данных под лицензией GNU GPL. Метод прямой нелинейной D-bar для нелинейной реконструкции EIT доступен в коде Matlab по адресу. Исследовательская инициатива Open Innovation EIT направлена на продвижение разработки электрической импедансной томографии (EIT) в целом и, в конечном итоге, на ускорение ее клинического внедрения. Готовый к использованию аппаратный и программный пакет EIT доступен через Swisstom и может быть приобретен по себестоимости. Реконструкция и обработка исходных данных, полученных с помощью этого набора, могут выполняться без ограничений с помощью программных инструментов, предоставляемых EIDORS.

Electrical conductivity and permittivity vary among biological tissue types and depend on their free ion content. The current itself is applied using current sources, either a single current source switched between electrodes using a multiplexer or a system of voltage to current converters, one for each electrode, each controlled by a digital to analog converter. The measurements again may be taken either by a single voltage measurement circuit multiplexed over the electrodes or a separate circuit for each electrode. Earlier EIT systems still used an analog demodulation circuit to convert the alternating voltage to a direct current level before running it through an analog to digital converter. Newer systems convert the alternating signal directly before performing digital demodulation. Depending on indication, some EIT systems are capable of working at multiple frequencies and measuring both magnitude and phase of the voltage. Voltages measured are passed on to a computer to perform image reconstruction and display. The choice of current (or voltage) patterns affects the signal to noise ratio significantly. With devices capable of feeding currents from all electrodes simultaneously (such as ACT3) it is possible to adaptively determine optimal current patterns. If images are to be displayed in real time a typical approach is the application of some form of regularized inverse of a linearization of the forward problem Most practical systems used in the medical environment generate a 'difference image', i. e. differences in voltage between two time points are left multiplied by the regularized inverse to calculate an approximate difference between permittivity and conductivity images. Another approach is to construct a finite element model of the body and adjust the conductivities (for example using a variant of Levenburg–Marquart method) to fit the measured data. This is more challenging as it requires an accurate body shape and the exact position of the electrodes. Much of the fundamental work underpinning Electrical Impedance was done at Rensselaer Polytechnic Institute starting in the 1980s. See also the work published in 1992 from the Glenfield Hospital Project (reference missing). Absolute EIT approaches are targeted at digital reconstruction of static images, i. e. two dimensional representations of the anatomy within the body part of interest. As mentioned above and unlike linear x rays in Computed Tomography, electric currents travel three dimensionally along the path of least resistivity (figure 1), which results in partial loss of the electric current applied (impedance transfer, e. g. due to blood flow through the transverse plane). This explains the necessity of highly sophisticated mathematical algorithms that will address the inverse problem and its ill posedness. Further difficulties in absolute EIT arise from inter and intra individual differences of electrode conductivity with associated image distortion and artifacts. It is also important to bear in mind that the body part of interest is rarely precisely rotund and that inter individual anatomy varies, e. g. thorax shape, affecting individual electrode spacing. A priori data accounting for age , height and gender typical anatomy can reduce sensitivity to artifacts and image distortion. Improving the signal to noise ratio, e. g. by using active surface electrodes, further reduces imaging errors. Some of the latest EIT systems with active electrodes monitor electrode performance through an extra channel and are able to compensate for insufficient skin contact by removing them from the measurements. Another potential solution to problem with electrode skin contact is contactless EIT technique which uses voltage excitation and capacitive coupling instead of direct contact with the skin. Capacitively coupled electrodes are more comfortable for the patient but maintaining a constant and equal coupling capacitance for all electrodes is challenging in real measurements. Time difference EIT bypasses most of these issues by recording measurements in the same individual between two or more physiological states associated with linear conductivity changes. One of the best examples for this approach is lung tissue during breathing due to linear conductivity changes between inspiration and expiration which are caused by varying contents of insulating air during each breath cycle. provides a suite of programs (written in Matlab / GNU Octave) for data reconstruction and display under the GNU GPL license. The direct nonlinear D bar method for nonlinear EIT reconstruction is available in Matlab code at
The Open Innovation EIT Research Initiative is aimed at advancing the development of electrical impedance tomography (EIT) in general and to ultimately accelerate its clinical adoption. A plug and play EIT hardware and software package is available through Swisstom and can be acquired at net cost price. Image reconstruction and processing of raw data obtained with this set can be carried out without any limitations by the software tools provided through EIDORS.

Свойства

В отличие от большинства других томографических методов исследования, ЭИТ не использует никакого ионизирующего излучения. Токи, обычно применяемые в ЭИТ, относительно невелики и, безусловно, ниже порога, при котором они могли бы вызвать значительную стимуляцию нервов. Частота переменного тока достаточно высока, чтобы не вызывать электролитических эффектов в организме, а омическая мощность, рассеиваемая в теле, достаточно мала и распределена, чтобы легко перерабатываться терморегуляторной системой организма. Эти свойства позволяют непрерывно применять ЭИТ у людей, например, во время искусственной вентиляции легких в отделении интенсивной терапии (ОИТ). Поскольку оборудование, необходимое для проведения ЭИТ, значительно меньше и дешевле, чем при традиционной томографии, ЭИТ подходит для непрерывной визуализации в реальном времени вентиляции легких непосредственно у постели больного. Основным недостатком ЭИТ по сравнению с традиционной томографией является его более низкое максимальное пространственное разрешение (примерно 15% диаметра массива электродов в ЭИТ по сравнению с 1 мм при КТ и МРТ). Однако разрешение можно улучшить, используя 32 вместо 16 электродов. ЭИТ с разностью во времени (td EIT) позволяет оценить изменения в распределении объемов легких между зависимыми и не зависимыми участками легких и помочь в настройке параметров вентилятора для обеспечения защитной вентиляции легких пациентам во время критического состояния или анестезии. Большинство исследований ЭИТ были сосредоточены на мониторинге региональной функции легких с использованием информации, полученной с помощью ЭИТ с разностью во времени (td EIT). Однако абсолютный ЭИТ (a EIT) также имеет потенциал стать клинически полезным инструментом для визуализации легких, поскольку этот подход позволит напрямую различать состояния легких, вызванные областями с более низким сопротивлением (например, гемоторакс, плевральный выпот, ателектаз, отек легких) и областями с более высоким сопротивлением (например, пневмоторакс, эмфизема). На приведенном выше изображении показано исследование ЭИТ 10-дневного ребенка, дышащего нормально, с 16 адгезивными электродами, прикрепленными к груди. Реконструкция изображения на основе измерений абсолютного импеданса требует учета точных размеров и формы тела, а также точного расположения электродов, поскольку упрощенные предположения могут привести к серьезным артефактам реконструкции. Помимо применения ЭИТ в ОИТ, первые исследования со спонтанно дышащими пациентами выявили и другие перспективные области применения. Высокое временное разрешение ЭИТ позволяет проводить региональную оценку общих динамических параметров, используемых при тестировании функции легких (например, объем форсированного выдоха за 1 секунду). Кроме того, специально разработанные методы слияния изображений, накладывающие функциональные данные ЭИТ на морфологические данные пациента (например, изображения КТ или МРТ), могут быть использованы для получения всестороннего представления о патофизиологии легких, что может быть полезно для пациентов с обструктивными заболеваниями легких (например, ХОБЛ, муковисцидоз). После многих лет исследований ЭИТ легких с использованием прототипов оборудования ЭИТ или серийных моделей, произведенных в очень небольших количествах, три коммерческие системы ЭИТ легких поступили на рынок медицинских технологий: Timpel Medical ENLIGHT 2100, Dräger PulmoVista® 500 и Swisstom BB2 от Swisstom AG. В настоящее время модели устанавливаются в отделениях интенсивной терапии и уже используются в качестве вспомогательного средства в процессе принятия решений, связанных с лечением пациентов с синдромом острого респираторного дистресса (СОРД). Растущая доступность коммерческих систем ЭИТ в ОИТ покажет, применимы ли перспективные данные, полученные на моделях животных, к людям (ЭИТ-контролируемый набор легких, выбор оптимальных уровней PEEP, выявление пневмоторакса, профилактика повреждения легких, связанного с искусственной вентиляцией легких (VALI) и т. д.). Это было бы весьма желательно, учитывая, что недавние исследования показывают, что у 15% пациентов с искусственной вентиляцией легких в ОИТ развивается острое повреждение легких (ОПЛ) с сопутствующим прогрессирующим спадением легких, что связано с высокой смертностью, которая, по данным, составляет 39%. Совсем недавно первое перспективное исследование на животных с использованием ЭИТ-контролируемой искусственной вентиляции легких и результатов показало значительные преимущества в отношении механики дыхания, газообмена и гистологических признаков повреждения легких, связанного с искусственной вентиляцией легких. В дополнение к визуальной информации (например, региональному распределению приливного объема), измерения ЭИТ предоставляют исходные наборы данных, которые можно использовать для расчета другой полезной информации (например, изменения внутригрудного объема газа во время критического состояния) – однако эти параметры все еще требуют тщательной оценки и проверки. Эта технология все еще находится в зачаточном состоянии. Прорыв позволит одновременно визуализировать как региональный кровоток, так и региональную вентиляцию – что позволит врачам выявлять и реагировать на физиологические шунты, вызванные региональным несоответствием вентиляции и перфузии легких с сопутствующей гипоксемией.

In contrast to most other tomographic imaging techniques, EIT does not apply any kind of ionizing radiation. Currents typically applied in EIT are relatively small and certainly below the threshold at which they would cause significant nerve stimulation. The frequency of the alternating current is sufficiently high not to give rise to electrolytic effects in the body and the Ohmic power dissipated is sufficiently small and diffused over the body to be easily handled by the body's thermoregulatory system. These properties qualify EIT to be continuously applied in humans, e. g. during mechanical ventilation in an intensive care unit (ICU). Because the equipment needed in order to perform EIT is much smaller and less costly than in conventional tomography, EIT qualifies for continuous real time visualization of lung ventilation right at the bedside. EIT's major disadvantage versus conventional tomography is its lower maximum spatial resolution (approximately 15% of electrode array diameter in EIT compared to 1 mm in CT and MRI). However, resolution can be improved using 32 instead of 16 electrodes. Time difference EIT can resolve the changes in the distribution of lung volumes between dependent and non dependent lung regions and assist in adjusting ventilator settings to provide lung protective ventilation to patients during critical illness or anesthesia. Most EIT studies have focused on monitoring regional lung function using the information determined by time difference EIT (td EIT). However absolute EIT (a EIT) also has the potential to become a clinically useful tool for lung imaging, as this approach would allow one to directly distinguish between lung conditions which result from regions with lower resistivity (e. g. hemothorax, pleural effusion, atelectasis, lung edema) and those with higher resistivity (e. g. pneumothorax, emphysema). The above image shows an EIT study of a 10 day old baby breathing normally with 16 adhesive electrodes applied to the chest. Image reconstruction from absolute impedance measurements requires consideration of the exact dimensions and shape of a body as well as the precise electrode location since simplified assumptions would lead to major reconstruction artifacts. Besides the applicability of EIT in the ICU, first studies with spontaneously breathing patients reveal further promising applications. The high temporal resolution of EIT allows regional assessment of common dynamic parameters used in pulmonary function testing (e. g. forced expiratory volume in 1 second). Additionally, specially developed image fusion methods overlaying functional EIT data with morphological patient data (e. g. CT or MRI images) may be used to get a comprehensive insight into the pathophysiology of the lungs, which might be useful for patients with obstructive lung diseases (e. g. COPD, CF). After many years of lung EIT research with provisional EIT equipment or series models manufactured in very small numbers, three commercial systems for lung EIT have entered in the medical technology market: Timpel Medical ENLIGHT 2100, Dräger's PulmoVista® 500 and Swisstom AG's Swisstom BB2. The models are currently being installed in intensive care units and are already used as aides in decision making processes related to the treatment of patients with acute respiratory distress syndrome (ARDS). The increasing availability of commercial EIT systems in ICUs will show whether the promising body of evidence obtained from animal models will apply to humans as well (EIT guided lung recruitment, selection of optimum PEEP levels, pneumothorax detection, prevention of ventilator associated lung injury (VALI), etc.). This would be highly desirable, given that recent studies suggest that 15% of mechanically ventilated patients in the ICU will develop acute lung injury (ALI) with attendant progressive lung collapse and which is associated with a reportedly high mortality of 39%. Just recently, the first prospective animal trial on EIT guided mechanical ventilation and outcome could demonstrate significant benefits in regard to respiratory mechanics, gas exchange, and histological signs of ventilator associated lung injury. In addition to visual information (e. g. regional distribution of tidal volume), EIT measurements provide raw data sets that can be used to calculate other helpful information (e. g. changes of intrathoracal gas volume during critical illness) – however, such parameters still require careful evaluation and validation. this technology is still at its beginnings. A breakthrough would allow simultaneous visualization of both regional blood flow and regional ventilation – enabling clinicians to locate and react upon physiological shunts caused by regional mismatches of lung ventilation and perfusion with associated hypoxemia.

Шея матки (МФ-ЕИТ)

В дополнение к его новаторской роли в разработке первых систем EIT в Шеффилде, еще предстоит решить, будет ли цервикальный МФ EIT внедрен в качестве дополнения к мазку Пап или в качестве его альтернативы. Браун является академическим основателем компании Zilico Limited, которая распространяет спектроскоп (ZedScan I). Устройство получило сертификацию ЕС от уполномоченного органа в 2013 году и в настоящее время внедряется в ряд клиник Великобритании и системы здравоохранения по всему миру.

Мозг (a-EIT, td-EIT, mf-EIT)

ЭИТ предлагается в качестве основы для визуализации мозга, позволяющей обнаруживать и контролировать ишемию головного мозга, кровоизлияния и другие морфологические патологии, связанные с изменениями импеданса из-за отека нейронных клеток, то есть гипоксиемии и гипогликемии головного мозга. В то время как максимальное пространственное разрешение ЭИТ, составляющее примерно 15% диаметра электродного массива, значительно ниже, чем у церебральной КТ или МРТ (около одного миллиметра), временное разрешение ЭИТ намного выше, чем у КТ или МРТ (0,1 миллисекунды по сравнению с 0,1 секундой). Перспективы использования этой техники для данного показания будут зависеть от улучшения обработки или регистрации сигналов. В основе этого подхода лежит то, что импеданс пульсирующей ткани изменяется в соответствии с различиями в заполнении кровеносных сосудов между систолой и диастолой, особенно при введении физиологического раствора в качестве контрастного вещества. Систему Sheffield Mark 3.5 с 16 электродами распространяют компании, подобные которым, является система Goe MF II, разработанная Университетом Геттингена (Германия) и распространяемая через CareFusion (16 электродов), а также Enlight 1800, разработанная в Медицинской школе и Политехническом институте Университета Сан-Паулу (Бразилия), которая распространяется Timpel SA (пояс для взрослых, многоразовый, 32 электрода; педиатрический пояс, многоразовый, 24 электрода; неонатальный пояс, одноразовый, 16 электродов). Timpel Medical выпустила ENLIGHT 2100 второго поколения и является единственным устройством электрической импедансной томографии, одобренным FDA и доступным в коммерческой продаже в США. Эти системы обычно соответствуют требованиям медицинского законодательства и в основном используются клиническими исследовательскими группами в больницах, преимущественно в отделениях интенсивной терапии. Первое устройство ЭИТ для мониторинга функции легких, предназначенное для повседневного клинического использования в условиях интенсивной терапии, было представлено компанией Dräger Medical в 2011 году – PulmoVista® 500 (система из 16 электродов). Другая коммерческая система ЭИТ, предназначенная для мониторинга функции легких в отделениях интенсивной терапии, основана на 32 активных электродах и впервые была представлена на ежегодном конгрессе ESICM в 2013 году – Swisstom BB2. Впоследствии, Swisstom BB2 от Swisstom AG была выпущена на рынок на Международном симпозиуме по интенсивной терапии и неотложной медицине (ISICEM) в 2014 году и будет распространяться в Западной Европе в рамках партнерства между Swisstom и Maquet.

EIT has been suggested as a basis for brain imaging to enable detection and monitoring of cerebral ischemia, haemorrhage, and other morphological pathologies associated with impedance changes due to neuronal cell swelling, i. e. cerebral hypoxemia and hypoglycemia. While EIT's maximum spatial resolution of approximately 15% of the electrode array diameter is significantly lower than that of cerebral CT or MRI (about one millimeter), temporal resolution of EIT is much higher than in CT or MRI (0.1 milliseconds compared to 0.1 seconds). The prospects of using this technique for this indication will depend upon improved signal processing or recording. Background of this approach is that pulsatile tissue impedance changes according to differences in the filling of blood vessels between systole and diastole, particularly when injecting saline as contrasting agent. who distribute the Sheffield Mark 3.5 system with 16 electrodes. Similar systems are the Goe MF II system developed by the University of Göttingen, Germany and distributed through CareFusion (16 electrodes) as well as the Enlight 1800 developed at the University of São Paulo School of Medicine and the Polytechnic Institute of the University of São Paulo, Brazil which is distributed by Timpel SA (Adult Belt Reusable 32 electrodes; Pediatric Belt Reusable 24 electrodes; Neonatal Belt Disposable 16 electrodes). Timpel Medical has now released their second generation ENLIGHT 2100 and is the only FDA cleared electrical impedance tomography device commercially available in the United States. These systems typically comply with medical safety legislation and have been primarily employed by clinical research groups in hospitals, most of them in critical care. The first EIT device for lung function monitoring designed for everyday clinical use in the critical care environment has been made available by Dräger Medical in 2011 – the PulmoVista® 500 (16 electrode system). Another commercial EIT system designed for monitoring lung function in the ICU setting is based on 32 active electrodes and was first presented at 2013's annual ESICM congress – the Swisstom BB2. In the meantime, Swisstom AG's Swisstom’s BB2 has been released to the market at 2014's International Symposium on Intensive Care and Emergency Medicine (ISICEM) and will be distributed in Western Europe through a partnership between Swisstom and Maquet.

Timpel Medical

Новые стратегии в области искусственной вентиляции легких начали разрабатываться в рамках исследовательского проекта под руководством Марсело Амато, доктора медицинских наук, PhD, пульмонолога Университета Сан-Паулу, в период с 2002 по 2008 год. Эти новые стратегии вентиляции обусловили потребность в инновациях, позволяющих визуализировать вентиляцию в реальном времени и индивидуализировать лечение непосредственно у постели больного. С этой целью в 2004 году была создана компания Timpel. В том же году доктор Амато и его команда опубликовали статью «Дисбаланс региональной вентиляции легких: валидационное исследование электрической импедансной томографии» в авторитетном журнале ATS – Американском журнале респираторной и критической медицины, также известном как Blue Journal. Это было лишь началом пути. Исследовательская группа Амато опубликовала более 30 статей об ЭИТ с 2004 по 2023 год. Эти исследования внесли вклад в разработку множества инструментов, доступных сегодня с использованием ЭИТ. Благодаря огромному интересу к ЭИТ и ценности, которую технология приносит в клиническую практику, исследователи по всему миру пополнили базу доказательств более чем 250 рецензируемыми публикациями, опубликованными к 2022 году. Название Timpel образовано от технологии (Электрическая импедансная томография), написанной в обратном порядке: El – электрический; Imp – импеданс; T – томография. Timpel стремится и мотивирована сделать ЭИТ ценным дополнительным инструментом для стратегий защиты легких, способствуя методологии нового поколения в лечении тяжелобольных пациентов непосредственно у постели больного. С помощью аппарата Timpel ENLIGHT для электрической импедансной томографии уход за каждым пациентом индивидуализируется в зависимости от его заболевания легких. ENLIGHT предоставляет клиницистам возможность видеть профиль вентиляционных нарушений в режиме реального времени непосредственно у постели больного, без дополнительных рисков, связанных с транспортировкой.

МФ-ЕИТ

Многочастотные системы EIT (MF EIT) или системы электрической импедансной спектроскопии (EIS) обычно предназначены для обнаружения или локализации аномальных тканей, например, предраковых поражений или рака. Impedance Medical Technologies производит системы на основе разработок Научно-исследовательского института радиоинженерии и электроники Российской академии наук в Москве, специально предназначенные для выявления рака молочной железы. Техасская компания Mirabel Medical Systems, Inc. разрабатывает аналогичное решение для неинвазивного выявления рака молочной железы и предлагает T Scan 2000ED. Zilico Limited распространяет электрический импедансный спектроскоп под названием ZedScan I как медицинское устройство, предназначенное для помощи в локализации/диагностике внутриэпителиальной неоплазии шейки матки. Это высокопроизводительное устройство, основанное на технике измерения напряжения, разработанное для улучшения контроля процессов. Высокая частота кадров v5r (более 650 кадров в секунду) позволяет использовать его для мониторинга быстро протекающих процессов или динамических условий потока. Полученные данные могут быть использованы для определения профиля потока сложных многофазных процессов, позволяя инженерам различать ламинарный поток, плунжерный поток и другие важные условия потока для более глубокого понимания и улучшения контроля процесса. При использовании для измерения концентрации, возможность измерения полного импеданса в широком диапазоне фазовых соотношений обеспечивает v5r значительную точность в более широком диапазоне проводимости по сравнению с другими устройствами.