电阻抗断层成像作为一种新兴的功能成像技术,由于其成像系统对人体没有损害,且低成本、易携带,日益受到人们的关注。
1976年,来自美国Wisconsin Madison大学的Swanson D。K。在他的论文中首次提出了EIT的概念。从此,生物断层成像技术逐渐受到科研人员的广泛关注[13-19]。来自美国的Webster和Henderson[20]于1978年获取了全球首个电阻抗图像。不过这种图像只能够显示人体的器官位置,这还只是类似于 X 胸片的透射图像,而不是断层图像。1979年,Price弥补了这一缺陷,实现了断层成像,但其计算机仿真结果却不令人满意[21]。78584
人类真正意义上获得的第一个电阻抗断层图像是由英国Sheffield大学的Barber和Brown领导的小组于1982年获得的人体手臂的阻抗断层图像。1983年,他们又提出了一种新的图像重构算法,大大的简化了问题,提高了重构人体手臂图像[22]的速度。
1987年,最早的EIT成像系统由Holder提出,EIT硬件系统的研究由此开始。他提出,对于脑神经网络可以利用生物电阻抗成像系统进行实时监测,并证明了通过EIT重构算法重建脑组织阻抗分布方案的可行性[23]。英国Sheffield大学的B。H。Brown和D。C。Barber则侧重于EIT动态问题的研究。Sheffield大学医学院研究出了世界上的第一批EIT商业样机,这批样机在很多美国和英国的大学和医院都配备了。美国Wisconsin大学与英国曼切斯特大学理学院开发了一种新型的EIT动态成像系统,这一EIT系统能监视人的心肺生理活动,但成像的效果还不令人满意,无法满足医学应用中的要求。
1995年,Edic等人[24]研制出了一种实时监测呼吸的EIT成像系统,这一套系统包括硬件系统(ACT3)、图像显示方式和图像重构算法,通过这套系统可以监测到人呼吸和心脏的健康情况。1997年,Adler等人在进行生物电阻抗成像试验时发现,EIT技术还可以显示肺积液的变化[25]。他们对于肺积液的可测范围和肺通气量的可测范围都能满足医学上的需要,对于EIT技术的推广做出了很大的贡献。论文网
2000年,Noordegraaf等人利用EIT成像技术检测心脏搏出量的体积变化,证明了可利用EIT技术评估心脏搏出量,且检测结果具有可重复性。
2005年,色列特拉维夫大学研制了一种新式的生物电阻抗监测系统[26],这一系统携带十分方便,拥有8个电极带,可以检测出人体肺部电阻率的变化,实现对肺部的监测。
2007年,EIT系统由韩国庆熙大学和英国伦敦大学合作实现了数字化,他们完善了EIT系统中的滤波和解调模块,在系统的成像速度和抗噪方面都得到了改善。
2008年,加州大学伯里力分校和以色列Hebrew大学设计出了便携式EIT系统,这一系统利用手机和电脑的相互联动,使得医疗仪器的便携化,加快了EIT技术走向人们生活中的速度。
2012年,英国萨赛克斯大学的研究人员设计了一种可应用EIT测量系统的电压控制电压源,频率范围能够满足如测量乳腺组织等特征参数提取的频率要求。
因为EIT成像技术成本低,速度快,对人体无损害,发展前景十分广阔,现在很多国家都成立了专门研究EIT的机构,世界各国对EIT技术研究兴趣也日益升温。到目前为止,EIT的基础性研究和临床应用研究的工作在世界上包括美国、英国、俄罗斯、德国、法国、瑞典、日本、印度等国家的几十个研究小组中开展 。但由于成像算法的逆运算十分复杂,现在实现的多位为EIT动态成像系统,静态成像系统还处于实验阶段,未在实际中实现,有待后来的研究者能够克服算法上的困难,实现静态成像系统。
2 国内研究现状