IMÁGENES MÉDICAS: ADQUISICIÓN, INSTRUMENTACIÓN Y GESTIÓN asignatura del IIE ( Núcleo de...
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IMÁGENES MÉDICAS: ADQUISICIÓN,
INSTRUMENTACIÓN Y GESTIÓN
asignatura del IIE (Núcleo de Ingeniería Biomédica)
4 de junio 2009
TOMOGRAFÍA POR IMPEDANCIA ELÉCTRICA
EIT (Electrical Impedance Tomography)
Trabajos de Raul Hartman,
El tejido vivo puede ser recorrido por corrientes eléctricas
La corriente puede entrar a las células (C de membrana) o fluir alrededor de ellas
• En bajas frecuencias la corriente fluye alrededor de las células (membranas como aislantes)
• En altas frecuencias la capacitancia de las membranas permite que la corriente ingrese a las células incrementando el volumen por el cual circula corriente y reduciendo la impedancia.
Modelo de la impedancia de los tejidos biológicos como resistencias y capacitores
Ri. resistencia del espacio intracelular mientras
Rm y Cm resistencia y capacitancia de la membrana.
En bajas frecuencias domina Ri + Rm dado que Cm presenta una alta impedancia.
PHILIPPSON, M. Les lois de la resistance electrique des tissues vivants. Bull. (St.)Acad. roy. belgique (5) 7:389 (1921),
Impedancia del tejido vivo
Usos de la diferencia de impedancia
• El mismo tejido puede variar su impedancia al enfermar– Grant, 1923: a 1KHz un tumor cerebral tiene
resistividad = 1/2 tejido normal)– Hossman, 1971): la resistividad cerebral se
incrementa hasta en un 100 % durante un golpe– Harreveld, 1962): aumenta hasta un 20 % durante
un ataque de epilepsia
(No hay muchas aplicaciones)
Usos de la diferencia de impedancia
• Distinguir tejidos diferentes: por ejemplo
– Pulmón con aire 7 a 24 ohm metro– Sangre 1.5 ohm metro– Plasma 0.66 ohm metro
• Sería posible obtener imágenes anatómicas EIT, dado que cada tipo de tejido tiene su resistividad, pero NO HAY DEFINICION
• Se pueden comparar imágenes de EIT a lo largo del tiempo o antes y después de una lesión
• Se puede estimar el porcentaje de tejidos diferentes en un miembro (grasa, agua, etc.)
Objetivo de EIT
• Determinar la distribución de conductividad interna en una región definida partiendo de las medidas realizadas sobre su superficie.
• Las medidas son los voltajes resultantes de la inyección de corrientes conocidas en la región– (o las medidas de corrientes generadas a partir
de la aplicación de voltajes sobre la superficie).
3D EIT
• La mayoría de los algoritmos de reconstrucción en 2D asumen que la corriente eléctrica es confinada al plano que contiene a los electrodos.
• En la realidad, si se analiza el problema en 3D el flujo de corriente se dispersa en todas las direcciones lo que contribuye a la distorsión de la reconstrucción.
Métodos de reconstrucción
Técnicas IterativasUtilizan operaciones repetitivas que en cada paso mejoran la
imagen.
Técnicas de un solo paso.Reconstrucción basada en la linealización del problema
inverso obteniendo una solución que corresponde a la variación de conductividades respecto a una distribución de referencia, con menos cálculos on line.
Métodos de reconstrucción
• Newton Raphson – Iterativo
• Matriz de sensibilidad – Un paso
• Backprojection – Un paso
Principio de funcionamiento
• Electrodos cutáneos (16 , 32, etc.)• Inyección de corriente conocida (50 KHz, 5 mA)• Determinación de V en todos los demás
electrodos.• Obtención de la matriz de impedancias• Reconstrucción de imagen (“problema inverso”)• Presentación de la imagen y de secuencias
ESQUEMA GENERAL:SISTEMA DE EIT
Esquema de funcionamientoEsquema de funcionamiento
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V15
V14 V13
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V14 V13
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I 4
V15 V12
V11
V8
V7
V6
V2
V16
V1
IMPETOM
Sistema de adquisición de datos para Sistema de adquisición de datos para ttomografía omografía porpor impedancia eléctrica impedancia eléctrica
(Sistema EIT)(Sistema EIT)
IMPETOMIMPETOMespecificacionesespecificaciones
Amplitud inocua (5mA@50kHz) Corriente de valor constante No inyecta continua Voltajes de modo común pequeños Imágenes dinámicas Medida tetrapolar Corrientes constantes Monofrecuencia Canales de medida paralelos 16 electrodos
IMPETOMIMPETOMcircuito de inyección de corrientecircuito de inyección de corriente
SISTEMA DE INYECCIÓN DE CORRIENTESISTEMA DE INYECCIÓN DE CORRIENTESolución integrada: AD844
Secuencia de estimulación y medidas
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MUX
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Fuente de corriente
I
I
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IMPETOMSistema de medida de voltajes
CARACTERÍSTICAS DE LAS CARACTERÍSTICAS DE LAS SEÑALES MEDIDASSEÑALES MEDIDAS
Sinusoides de 50kHz Desfasadas de la corriente Amplitud “modulada” por Zcuerpo
Voltaje: 100V a 20mV aprox. Impedancia corporal (10 a 100kHz)
mayoritariamente real
ESQUEMA GENERAL DE UNESQUEMA GENERAL DE UNCANAL DE MEDIDACANAL DE MEDIDA
Si corriente inyectadaV(t) voltaje medidovo dc salida del demodulador
INTEGRACIONINTEGRACION
IMP
ET
OM
-C
PACIENTE
AISLACIÓN
CONTROL Y
DAS
GUI
USUARIO
IMPETOM I
DISEÑO DEL DASDISEÑO DEL DAS
AC
ON
DIC
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IEN
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AL
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DIC
ION
AM
IEN
TO
DE
S
EÑ
AL
ES
AIS
LAC
IÓN
DE
SE
ÑA
LE
S
ADQUISICIÓN Y PROCESAMIENTO
DE VOLTAJES (ANALÓGICA)
GENERACIÓN DE SEÑALES DE
CONTROL (DIGITAL)
AC
ON
DIC
ION
AM
IEN
TO
D
E D
AT
OS
TARJETA DE ADQUISICIÓN DE DATOS
NATIONAL INSTRUMENTSLPN16 pnp
IMPETOM-C
Detalle de placa de aislación
Impetom C y Placa aislación
IMPETOMIMPETOMPrograma e interfaz gráfica (GUI)Programa e interfaz gráfica (GUI)
CONTROL COMPLETO SOBRE EL EQUIPO AUTOMATIZACIÓN DEL PROCESO FACILIDAD DE USO INTUITIVO VERSATIL DISEÑO MODULAR INTERFASE DE MANTENIMIENTO
RESULTADOS
RECONSTRUCCIÓN EN FANTOMA ORIGINALRECONSTRUCCIÓN EN FANTOMA ORIGINAL
RECONSTRUCCIÓN EN FANTOMA ORIGINALRECONSTRUCCIÓN EN FANTOMA ORIGINAL
RECONSTRUCCIÓN EN FANTOMA IIRECONSTRUCCIÓN EN FANTOMA II
RECONSTRUCCIÓN EN FANTOMA IIRECONSTRUCCIÓN EN FANTOMA II
RECONSTRUCCIÓN EN FANTOMA IIRECONSTRUCCIÓN EN FANTOMA II
IMPETOM• 1994 – 1996 IMPEMAT Medidor de impedancia corporal Cecilia Frugoni
Ramiro Escuder, Lauro Artia Dr. Fernando Nieto, FS
• 1997 Necesidad de obtener imágenes de edema
• 2000-2002 IMPETOM-I Reconstrucción tomográfica de imágenes de impedanciometría del tórax Raúl Hartman, Jorge Lobo, Mateo Ruétalo, Dr. Walter Olivera, FS.
• 2000 – 2004 IMPETOM-C Obtención de matriz de impedancias del tórax Adriana Ferreira, Alfredo Rodríguez, Ing. P. Mazzara, Dr. F. Nieto, FS.
• 2003 – 2005 IMPETOM Tomógrafo por impedancias Santiago González y Andrés Liguori, Dr. Javier Hurtado, FS.
• 2005 – 2007 IMPETOM 48 Tomógrafo por impedancias de 48 electrodos Walter Quinteros, Dr. Javier Hurtado, FS
• 2009 – 2010 IMPETOM (tesis) Ing. Eduardo Santos
Oferta comercial 2009
• Maltron International Sheffield Mark 3.5.
• Dräger Medical (anestesia)
• Viasys Health Care, (respiratorio) Goe MF II (University of Goettingen).
• Sim-Tecknika (Academia de Ciencias Rusa)
Lista Wikipedia 2009
SUGERENCIAS DE TSUGERENCIAS DE TRABAJO FUTURORABAJO FUTURO
RECONSTRUCCIÓN EN TIEMPO REALIMPLEMENTACIÓN DE IMPETOM-I EN
UN DSPDESARROLLO DE UNA PLACA DE
ADQUISICIÓN UNICA (p.ej.USB)PREVISIÓN PARA 3D EIT
Comparacion de imágenes
Placa de rayos X
Fuente UCLA, www.mips.stanford.edu/
Tomografía computada
Fuente UCLA, www.mips.stanford.edu/
Resonancia magnética
Fuente UCLA, www.mips.stanford.edu/
Estudio de Medicina Nuclear - riñón
Fuente UCLA, www.mips.stanford.edu/
Evolución de radioactividad en una Región de Interés (ROI) seleccionada por
el operador en las imágenes
Imagen PET con 18F
Fuente UCLA, www.mips.stanford.edu/
Ecografía obstétrica
Fuentes: www.kentmedicalimaging.co.uk www.radiologyinfo.org
Tomografía de impedancia eléctrica
Fuente UCLA, www.mips.stanford.edu/
www.nib.fmed.edu.uy