Sciospec生(sheng)物斷層成像設備介紹

一、引言

近年來生物醫學成像技術(shu)得到(dao)長足發展。其中，電(dian)阻抗(kang)斷(duan)層成像(Electrical Impedance Tomography, EIT)是一種新(xin)穎的生物成像技術(shu)，基本(ben)原理是通(tong)過給生物組織施加安全電(dian)流(liu)（小于 5mA），在生物組織內形成電(dian)流(liu)場(chang)，測量物體(ti)表面的電(dian)壓，分析電(dian)磁場(chang)在體(ti)內的響應(ying)，最后重(zhong)構物體(ti)內部的電(dian)導率分布圖像。

EIT技(ji)(ji)術自誕生(sheng)以(yi)來(lai)，便(bian)被視(shi)為臨床醫(yi)學(xue)中重要的輔助成像(xiang)工具，尤(you)其(qi)是在的生(sheng)物的監(jian)測(ce)中，該技(ji)(ji)術目前已經發展(zhan)到了與(yu)臨床應(ying)用(yong)(yong)十分接近的階段。EIT的無創、無輻she、便(bian)攜、可進行(xing)功(gong)能性成像(xiang)等(deng)(deng)優點使其(qi)廣泛應(ying)用(yong)(yong)于(yu)醫(yi)學(xue)、地質勘探等(deng)(deng)成像(xiang)領域。近期，國(guo)內(nei)外很多(duo)大型研(yan)究(jiu)機構已經將EIT技(ji)(ji)術應(ying)用(yong)(yong)于(yu)監(jian)測(ce)呼(hu)吸ji誘發或伴隨(sui)機械損傷(shang)的相(xiang)關(guan)(guan)研(yan)究(jiu)中。因此，利用(yong)(yong) EIT技(ji)(ji)術在生(sheng)物組織(zhi)的相(xiang)關(guan)(guan)研(yan)究(jiu)中變(bian)得尤(you)為重要。而且(qie)，在與(yu)X-CT、核磁共振成像(xiang)、超聲(sheng)波成像(xiang)的對比中，EIT成像(xiang)成本(ben)低廉、操(cao)作(zuo)簡單以(yi)及(ji)對人體幾乎(hu)沒(mei)有損失，得到了眾(zhong)多(duo)研(yan)究(jiu)者的青睞。

表 1-1 對各種醫學(xue)成(cheng)像技術進行對比(bi)

二、EIT 系統的組(zu)成

EIT 系統主要(yao)由硬(ying)件平臺以及軟(ruan)件成像算(suan)(suan)法構(gou)(gou)成，硬(ying)件平臺主要(yao)負責數據測量，在(zai)(zai)正弦信號的(de)激勵下，從表面(mian)獲取(qu)信號并(bing)解調出能反應生物組織(zhi)電導(dao)率(lv)分布的(de)數值(zhi)，后期在(zai)(zai)軟(ruan)件重構(gou)(gou)成像算(suan)(suan)法中得(de)到(dao)圖(tu)像。

圖1-1 EIT的簡要測量模(mo)型

上海(hai)昊量光電(dian)(dian)設(she)(she)備(bei)有限公(gong)司代理的(de)(de)(de)德國(guo)Sciospec公(gong)司的(de)(de)(de)EIT設(she)(she)備(bei)，為(wei)國(guo)內外(wai)科研(yan)院所提供了多種(zhong)類型的(de)(de)(de)設(she)(she)備(bei)，包括單通(tong)道、多通(tong)道的(de)(de)(de)EIS設(she)(she)備(bei)和(he)(he)不同(tong)電(dian)(dian)極的(de)(de)(de)EIT設(she)(she)備(bei)。我們(men)的(de)(de)(de)EIT設(she)(she)備(bei)的(de)(de)(de)特點(dian)如下：我們(men)的(de)(de)(de)EIT設(she)(she)備(bei)以(yi)(yi)16電(dian)(dian)極為(wei)主，可(ke)(ke)以(yi)(yi)實現32、64、128以(yi)(yi)及256電(dian)(dian)極的(de)(de)(de)測(ce)(ce)試(shi)(shi)，且是獨立通(tong)道。測(ce)(ce)試(shi)(shi)時間快，實時傳輸幀率最高可(ke)(ke)達(da)100fps，精度(du)(du)達(da)到(dao)(dao)±100ppm。設(she)(she)備(bei)測(ce)(ce)試(shi)(shi)范(fan)圍(wei)在(zai)100Hz 到(dao)(dao)1MHz，測(ce)(ce)試(shi)(shi)精度(du)(du)可(ke)(ke)以(yi)(yi)達(da)到(dao)(dao)±100ppm (at 25°C)，電(dian)(dian)流范(fan)圍(wei)可(ke)(ke)以(yi)(yi)控(kong)制(zhi)在(zai)100nA到(dao)(dao)10mA，控(kong)制(zhi)精度(du)(du)達(da)到(dao)(dao)2.81μA。此EIT設(she)(she)備(bei)還有醫療級(ji)IsoIOport隔(ge)離同(tong)步(bu)模塊，醫療級(ji)隔(ge)離IO接口，醫療級(ji)電(dian)(dian)源和(he)(he)醫療級(ji)等各種(zhong)隔(ge)離保護的(de)(de)(de)能(neng)力，來(lai)保障使用者安全使用。

設備詳(xiang)細參數如(ru)下(xia)：

激勵和(he)測試(shi)頻率

激(ji)勵電流

測量(liang)時間

頻率掃描設置

注入/激勵(li)模式(shi)掃描(miao)設置

表 1-2

三、EIT的使用方(fang)法(fa)展(zhan)示

圖1 設備(bei)前后面板，測試通道16*2

圖2 實(shi)驗過程，水缸以及插在水缸上(shang)的16個(ge)電極，可以支持32個(ge)通道(dao)

圖2為現場測(ce)試(shi)，在我們連接好(hao)設(she)備(bei)，打(da)開軟件，做好(hao)校準后，就可(ke)以用(yong)Sciospec設(she)備(bei)來(lai)測(ce)試(shi)生(sheng)物的(de)電(dian)阻(zu)抗，結果會以成像的(de)形式展現給我們，從而更(geng)直觀的(de)將生(sheng)物體內與電(dian)阻(zu)抗有關(guan)的(de)特性（比如說病變）體現出來(lai)。以下展示(shi)利用(yong)EIT設(she)備(bei)測(ce)試(shi)不同(tong)物體的(de)表現。

圖3 實驗(yan)數據界面(mian)展示(shi)

圖(tu)(tu)4 在水缸中測量橘子實時阻(zu)抗圖(tu)(tu)像(xiang)展示

紅色的(de)部分(fen)勾(gou)勒出物(wu)體(ti)的(de)大致形態，且紅色部分(fen)會(hui)隨(sui)著物(wu)體(ti)的(de)變(bian)化而不斷移動位置，這個(ge)變(bian)化的(de)快慢(man)取決于采集圖像幀的(de)速度(du)。設備(bei)的(de)通道數越多，成像的(de)清晰度(du)就會(hui)越高。

圖5 特別設計的EIT芯片(pian)，用于(yu)微流控測試

圖6 利用EIT芯片測(ce)試(shi)物體(ti)實(shi)時圖像

四、總結

電阻抗斷層成(cheng)像技術相對其它(ta)的(de)成(cheng)像技術，具有自身(shen)的(de)優(you)勢(shi)。在未來(lai)的(de)生(sheng)物成(cheng)像領域(yu)研究中定會(hui)發(fa)揮(hui)巨大的(de)作用。Sciospec公司提(ti)供(gong)商用化的(de)EIT設(she)備，設(she)備性能優(you)越，是研究者提(ti)供(gong)實驗的(de)高效(xiao)武qi，同(tong)時(shi)設(she)備類型(xing)多種多樣(yang)，針對不同(tong)客戶的(de)需求(qiu)提(ti)供(gong)OEM定制(zhi)品。上海昊量光電作為Sciospec在中國(guo)的(de)代理(li)，愿為科研工作者提(ti)供(gong)優(you)質的(de)服務(wu)。

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