Способ визуализации поля перфузии тканей грудной полости на основе электроимпедансной томографии
METHOD FOR VISUALIZING PERFUSION FIELD OF THORACIC CAVITY TISSUES BASED ON ELECTRICAL IMPEDANCE TOMOGRAPHY

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к способам мониторинга перфузии тканей грудной полости и может быть использовано в устройствах электроимпедансной томографии грудной полости как отдельно, так и совместно с аппаратами искусственной вентиляции легких.
Известен способ получения томографического изображения тела для диагностики в медицине, основанный на использовании электрического тока в качестве средства, зондирующего исследуемый объект - электроимпедансная томография (Патент Великобритании N 2119520 А, кл. А61В 5/05, 1983 г.).
В известном способе на поверхности тела пациента располагают серию контактных электродов, последовательно подключают источник тока к парам электродов, производят измерения разностей потенциалов (напряжения) между каждой парой остальных электродов, возникающих из-за протекания тока через объект, определяют опорные значения напряжений в предположении об однородности электрической проводимости объекта или измеряют их на том же объекте в другой момент времени, если проводимость объекта меняется, и производят реконструкцию изображения пространственного распределения проводимости тела или измерений его проводимости, произошедших между двумя измерениями путем обратного проецирования относительных разностей измеренных и опорных напряжений вдоль эквипотенциалей электрического поля. При исследовании грудной полости данным способом полученное изображение поля изменения проводимости грудной полости содержит информацию о составляющей поля изменения проводимости грудной полости, вызванной перфузией тканей грудной полости.
Недостатком данного подхода является необходимость применения дополнительной обработки результатов реконструкции поля изменения проводимости грудной полости для выделения составляющей поля изменения проводимости грудной полости, вызванной перфузией тканей грудной полости, а также артефактов реконструкции из-за шумов измерительных данных.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является выбранный в качестве прототипа способ функциональной электроимпедансной томографии с фильтрацией изображений в частотной области [Zadehkoochak М., Blott В.Н., Hames Т.К., George R.F. Pulmonary perfusion and ventricular ejection imaging by frequency domain filtering of EIT (electrical impedance tomography) images. Clin Phys Physiol Meas. 1992; 13 Suppl A: 191-6.].
Для реализации способа непрерывно производят измерения разностей потенциалов (напряжения) между электродами на поверхности грудной клетки во время последовательного подключения источника тока к парам электродов на поверхности грудной клетки. На основании измеренных напряжений непрерывно реконструируют поле изменения проводимости грудной полости, сохраняя историю его изменения во времени. Для каждого элемента поля изменения проводимости грудной полости производят фильтрацию, выделяя перфузионную и вентиляционную составляющие изменения проводимости грудной полости.
Недостатком данного подхода является высокая чувствительно к шумам измерительных данных ввиду усиления шумов во время реконструкции поля изменения проводимости грудной полости.
Таким образом, в настоящее время стоит проблема достоверной визуализации поля перфузии тканей грудной полости на основе электроимпедансной томографии в условиях высокого уровня шумов измерительных данных без значительного увеличения числа вычислений.
Техническим результатом изобретения является повышение достоверности визуализации поля перфузии тканей грудной полости на основе электроимпедансной томографии в условиях высоких шумов измеренных напряжений между электродами на поверхности грудной клетки при сохранении невысоких требований к вычислительной мощности вычислительного блока устройства мониторинга поля перфузии тканей грудной полости.
Заявленный технический результат достигается путем фильтрации измеренных разностей потенциалов (напряжений) между электродами на поверхности грудной клетки с учетом истории их изменения.
Способ включает непрерывные измерения напряжений между электродами на поверхности грудной клетки во время последовательного подключения источника тока к парам электродов на поверхности грудной клетки, реконструкцию поля изменения проводимости грудной полости, фильтрацию и визуализацию составляющей поля изменения проводимости грудной полости, вызванной перфузией тканей грудной полости, при этом перед реконструкцией поля изменения проводимости грудной полости осуществляют фильтрацию измеренных напряжений между электродами на поверхности грудной клетки, причем значение нижней граничной частоты полосы подавления режекторного фильтра принимают как можно меньше значения частота дыхательных движений, а значение верхней граничной частоты полосы подавления режекторного фильтра подбирают в соответствии с условием:
B
ЧСС
ЧДД
где F - верхняя граничная частота полосы подавления режекторного фильтра, F - частота сердечных сокращений, F - частота дыхательных движений, а визуализацию составляющей поля изменения проводимости грудной полости, вызванного перфузией тканей грудной полости, осуществляют после реконструкции поля изменения проводимости грудной полости.
Проведенный поиск среди способов того же назначения, что и заявляемое, не выявил тождественных технических решений в отношении всей совокупности существенных признаков предполагаемого изобретения. Это позволяет сделать вывод о соответствии его критерию «новизна».
Анализ уровня техники позволил установить, что предлагаемому изобретению присущ отличительный признак - применение режекторного фильтра к измеренным напряжениям между электродами на поверхности грудной клетки с учетом истории их изменения до реконструкции поля изменения проводимости грудной полости, причем значение нижней граничной частоты полосы подавления режекторного фильтра принимают как можно меньше значения частота дыхательных движений, а значение верхней граничной частоты полосы подавления режекторного фильтра подбирают в соответствии с условием:
B
ЧСС
ЧДД
где F - верхняя граничная частота полосы подавления режекторного фильтра, F - частота сердечных сокращений, F - частота дыхательных движений, что позволяет достоверно оценить поле изменения проводимости грудной полости, вызванное перфузией тканей грудной полости в условиях высоких шумов измеренных напряжений между электродами на поверхности грудной клетки без повышения требования в вычислительной мощности в реальном времени. Это позволяет сделать положительный вывод о соответствии технического решения критерию «изобретательский уровень».
На фиг. 1 представлен пример изображений поля перфузии тканей грудной полости, полученных с фильтрацией измеренных напряжений между электродами на поверхности грудной клетки в условиях высокого уровня шумов измеренных напряжений на поверхности грудной клетки, а также график суммарного изменения ΣΔΩ проводимости грудной полости во времени, коррелирующий с общей вентиляцией легких.
На фиг. 2 представлен пример изображений поля перфузии тканей грудной полости, полученных без фильтрации измеренных напряжений между электродами на поверхности грудной клетки в условиях высокого уровня шумов измеренных напряжений на поверхности грудной клетки, а также график суммарного изменения ΣΔΩ проводимости грудной полости во времени, коррелирующий с общей вентиляцией легких.
i
i
ЧДД
ЧСС
н
ЧДД
н
B
Рассмотрим пример последовательности действий для реализации предложенного способа. Сначала производят подготовку к мониторингу поля изменения проводимости грудной полости способом электроимпедансной томографии - наложение электродной системы, настройка параметров подключения источника тока и измерения напряжений. Далее непрерывно формируют векторы напряжений ΔΦ(t) путем измерения разностей потенциалов (напряжений) между электродами на поверхности грудной клетки во время последовательного подключения источника тока к парам электродов на поверхности грудной клетки для формирования одного электроимпедансного изображения. Путем добавления нового столбца с данными из вектора ΔФ(t) формируют массив напряжений на поверхности грудной клетки ΔФ(t), на основе которого определяют частоту дыхательных движений F и частоту сердечных сокращений F. Задают нижнюю граничную частоту полосы подавления режекторного фильтра F как можно меньше F (Например, F=0,05 Гц) и определяют верхнюю граничную частоту полосы подавления режекторного фильтра F в соответствии с условием:
Для этого может быть использована, например, формула:
Ф
Ф
Формируют массив фильтрованных напряжений между электродами на поверхности грудной клетки ΔФ(t) путем фильтрации значений массива ΔФ(t) по строкам с помощью режекторного фильтра с полосой подавления, определенной ранее. При этом снижается уровень шумов измеренных напряжений между электродами на поверхности грудной клетки и исключается вентиляционная составляющая изменения напряжений между электродами на поверхности грудной клетки. На основании сформированного массива ΔФ(t) производят реконструкцию поля изменения проводимости грудной полости ΔΩ. Благодаря фильтрации полученное поле изменения проводимости грудной полости ΔΩ содержит лишь составляющую, вызванную перфузией тканей грудной полости. Благодаря тому, что длина вектора, описывающего поле изменения проводимости грудной полости, значительно меньше длины вектора, хранящего напряжения между электродами на поверхности грудной клетки, удается сохранить невысокие требования к вычислительной мощности вычислительного блока устройства. Затем визуализируют реконструированное ранее поле изменения проводимости грудной полости, вызванное перфузией тканей грудной полости.