Возможности электроимпендансной томографии в распознавании структурных изменений в биологических тканях: экспериментальные данные.

Перейти в содержание Вестника РНЦРР МЗ РФ N9.

Текущий раздел: Маммология

Возможности электроимпендансной томографии в распознавании структурных изменений в биологических тканях: экспериментальные данные.

РожковаН.И., Фомин Д.К., Назаров А.А., Якобс О.Э., Борисова О.А., ФГУ «РНЦРР Росмедтехнологий», гМосква.

Адрес документа для ссылки: http://vestnik.mcrr.ru/vestnik/v9/papers/roshkova_v9.htm

Резюме

Представлена возможность на основании электроимпедансных методов получать объёмное распределение в биологических тканях

Представлена принципиальная возможность оценки консистенции тканей молочной железы, посредством электроимпедансной томографии.

Предложены численные градации электропроводностей для различных тканей, которыми может быть представлена молочная железа

Ключевые слова: электроимпедансная маммография, электропроводность тканей Для корреспонденции:

Фомин Дмитрий Кириллович, руководитель отдела радиационной медицины Федерального Государственного учреждения «Российский научный центр рентгенорадиологии Федерального агентства по высокотехнологичной медицинской помощи».

Адрес: 117997, г. Москва, ул. Профсоюзная, д. 86 Телефон: (495) 333-92-30

The potential of electroimpedance tomography in detection of structural changes in biological tissues: experimental data.

N.I. Rozhkova, D.K. Fomin, A.A. Nazarov, O.E. Jakobs, O.A. Borisova

Federal State Establishment “Russian Scientific Center of Roentgen-Radiology of Rosmedtechnology Department” (Moscow).

The authors demonstrate that electroimpedance methods allow to get 3-D spread in biological tissues. Thus it is possible to assess consistence of breasts with that method. The quantitative grades of electroconductivity of various breast tissues are proposed.

Key words: electroimpedance mammography, electroconductivity of tissues

Оглавление:

Введение

Цели

Материалы и методы

Анализ полученных результатов

Выводы

Список литературы

Введение

В 1978 году R.P. Henderson и J.G. Webster предложили использовать сопротивление биологических тканей к электрическому току, как метод диагностики. Однако полученный этими учёными снимок грудной клетки не был томографическим. Первооткрывателями электроимпедансной томографии были Бриан Браун и его коллеги из Шеффилдского университета (Великобритания), которые в 1982 году представили электроимпедансную томографию руки [4]. За последние 16 лет из принципиальной возможности использования такого физического факта как сопротивление тканей к электрическому току, в качестве диагностического критерия, электроимпедансная томография преобразовалась в самостоятельное направление. На сегодняшний день наиболее развито направление электроимпедансной маммографии молочной железы [5,6,7,8].

Перейти в оглавление статьи >>>

Цели

Цель работы - изучение возможности применения электроимпедансных методов в маммологии.

Материалы и методы

1. В качестве аппарата для оценки возможностей электроимпедансной маммографии мы применяли электроимпедансных компьютерный маммограф «МЭИК»

В системе "МЭИК" реконструирование электропроводности осуществляется путем решения обратной задачи для уравнений Максвелла в квазистатическом приближении. В качестве входных данных при формировании изображений методом обратных проекций используется полный набор измерений, включающий все комбинации инжектирующих и измерительных электродов (65280 измерений). При этом потенциалы измеряются только на электродах, через которые в данный момент ток не течет (тетраполярные измерения). Этот метод позволяет реконструировать трехмерные распределения электропроводности (в виде томографических сечений на разной глубине) и получать более качественные и детальные изображения. Используемая схема измерений и алгоритм реконструкции изображений делают результаты визуализации практически нечувствительными к состоянию поверхности кожи.

Принципиальная схема получения информации на основе измерений сопротивления тканей к электрическому току представлена на рисунке 1.

В процессе измерений источник тока (/) подключается последовательно к каждому из электродов матрицы, на остальных электродах измеряются потенциалы.Это позволяет собрать полный набор данных, необходимых для томографической реконструкции

Рис.1. Принципиальная схема получения информации на основе измерений сопротивления тканей к электрическому току

2. Для оценки возможности выявления тканей различной консистенции с помощью МЭИК, мы использовали экспериментальные образцы грудного жира, грудных мышц, фиброзно изменённых тканей. Для этого мы использовали послеоперационный материал. Имея визуальную картину анатомического строения молочной железы, мы производили оценку проводимости электрических тканей с известной консистенцией.

Принцип получения данных предполагает, что ток, протекая через среду (ткани молочной железы), создает объемное распределение электрического потенциала (напряжений). Потенциал уменьшается вдоль линии тока по мере удаления от активного (инжектирующего ток) электрода. Для моделирования объёмного распределения электропроводности, экспериментальные образцы помещались в бак, заполненный раствором Рингера - Локка и осуществлялось тестирование.

Произведено 30 замеров, из которых в 12 экспериментальных образцах имелись фиброзные изменения, в 3-х - наличие кисты, в 9-ти - рак. 6-ть измерений неизменённых тканей молочной железы.

Перейти в оглавление статьи >>>

Анализ полученных результатов

Каждая биологическая структура, которой представлена молочная железа, обладает типичной для неё дисперсией к электрическому току. Результаты электропроводностей биологических тканей представлены на гистограмме 1.

О

ю

о

55

н

о

та

У

о

та

О

3

ей

о

а

с

£

ё

<и

о

1,2

1

0,8

0,6

0,4

0,2

0

Средняя Электропроводность

у

&

¿г

&

Гистограмма 1. Значения средних электропроводностей различных биологических тканей к току частотой 50 кГц.

Как видно из рисунка, изображения выложены на своеобразной линейке электропроводностей. То есть, каждый биологический объект представлен определённым типом тканей, проводимость которого имеет строго определённые значения. На рис.2 изображены характерные проводимости для разных тканей тока с частотой 50Гц.

На рисунке 2 представлен снимок молочной железы, на котором благодаря уже известным критериям электроимпедансной оценки анатомии отчётливо распознаются: Зона млечного синуса, железистая ткань, перегородки, разделяющие железистые дольки, так же визуализируются жировые включения.

Рис.2 Электроимпедансный снимок молочной железы.

Использование данного метода исследования молочной железы у здоровой пациентки также позволило получать характеристическое распределение электропроводностей в структуре молочной железы.

Рис.3 Характеристическое распределение электропроводностей в структуре молочной железы.

Выводы

Получено доказательство возможности дифференцировать различные структуры на электроимпедансных маммограмах.

Перейти в оглавление статьи >>>

Список литературы

1. Critical Reviews in Biomedical Engineering,1996, v. 24 (4-6), pp. 223-677.

2. Surowiec A.J., Stuchly S.S., Barr J.R. and Swamp A. Dielectric properties of breast carcinoma and the surrounding tissues. - IEEE Transactions on Biomedical Engineering, 1988, v. 35, p. 257.

3. Assenheimer M., Laver-Moskovitz O., Malonek D., Manor D., Nahaliel U.,

Nitzan R. and Saad A. The T-SCAN TM technology: electrical impedance as a diagnostic tool for breast cancer detection. - Physiological Measurement, 2001, v. 22, p. 1.

4. Brown B.H., Barber D.C. and Seagar A.D. Applied potential tomography: possible clinical applications. - Clinical Physics and Physiological Measurement., 1985, v. 6, p. 109.

5. Корженевский А.В., Корниенко В.Н., Культиасов М.Ю., Культиасов Ю.С., Черепенин В. А. Электроимпедансный компьютерный томограф для медицинских приложений. - Приборы и техника эксперимента, 1997, № 3, с. 133.

6 Cherepenin V., Karpov A., Korjenevsky A., Kornienko V., Kultiasov Yu. Mazaletskaya A. and Mazourov D. Preliminary static EIT images of the thorax in health and disease. -Physiological Measurement, 2002, v. 23, p. 33.

7. Cherepenin V., Karpov A., Korjenevsky A., Kornienko V., Mazaletskaya A., Mazourov D. and Meister D. A 3D electrical impedance tomography (EIT) system for breast cancer detection. - Physiological Measurement, 2001, v. 22, p. 9.

8. Cherepenin V., Karpov A., Korjenevsky A., Kornienko V., Kultiasov Y.,

Ochapkin M., Trochanova O. and Meister D. Three-dimensional EIT imaging of breast tissues: system design and clinical testing. - IEEE Transactions on Medical Imaging, 2002, v. 21, p. 662.

9. Корженевский А.В., Карпов А.Ю., Корниенко В.Н., Культиасов Ю.С., Черепенин В.А. Электроимпедансная томографическая система для трехмерной визуализации тканей молочной железы. - Биомедицинские технологии и радиоэлектроника, 2003, № 8.

10. Kerner T.E., Paulsen K.D., Hartov A., Soho S.K., Poplack S.P. Electrical impedance spectroscopy of the breast: clinical imaging results in 26 subjects. - IEEE Transactions on Medical Imaging, 2002, v. 21, p. 638.

Перейти в оглавление статьи >>>

© Вестник РНЦРР Минздрава России © Российский научный центр рентгенорадиологии Минздрава России