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定義
電阻抗成像儀是一種通過測量生物體或材料表面的電導率／電阻抗分布變化，重構其內部結構或功能狀態圖像的無創成像設備。其核心原理是利用不同組織／介質在電流激勵下呈現的電阻抗差異（如肺部充氣 ｖｓ． 實變組織、腫瘤 ｖｓ． 正常組織），通過邊界電極陣列獲取電壓數據，經數學算法反演生成二維／三維斷層圖像。
核心工作原理
激勵－測量模式
在物體表面環繞布置１６～６４個電極。
向一對電極注入安全交流電流（頻率通常１ｋＨｚ－１ＭＨｚ，電流＜５ｍＡ）。
測量其余電極間的邊界電壓差。
按序切換激勵電極對，覆蓋全部組合（如相鄰驅動模式）。
數據反演成像
正問題：建立生物體電磁學模型，計算給定阻抗分布下的理論邊界電壓。
逆問題：通過實際測量電壓與理論值的差異，利用圖像重建算法（如背投影法、牛頓迭代法、深度學習）反推內部阻抗分布。
動態成像：主要監測阻抗的相對變化（如呼吸周期中的肺通氣），降低模型誤差影響。
關鍵技術特點
| 優勢 | 局限性 |
|---|---|
| 無輻射、非侵入：使用微弱電流 | 分辨率較低：約５－１５％物體直徑（低于ＣＴ／ＭＲＩ） |
| 實時動態監測：幀率可達５０Ｈｚ↑ | 圖像模糊：逆問題病態性導致邊界模糊 |
| 便攜低成本：無大型硬件 | 對高導電區敏感（如積液易產生偽影） |
| 床旁連續監護：適合ＩＣＵ長期監測 | 依賴組織電導率模型，個體差異影響精度 |
| 功能性成像：反映組織生理狀態 | 電極接觸穩定性要求高 |
核心應用領域
１． 臨床醫學
肺通氣監測（核心應用）
實時顯示肺區域通氣血流分布（如ＡＲＤＳ患者肺復張評估、呼吸機參數優化）。
識別氣胸、肺不張、胸腔積液（阻抗異常升高／降低區域）。
腦功能成像
監測腦水腫（阻抗↓）、顱內出血（阻抗↑）。
研究癲癇／腦卒中時的電活動傳導。
乳腺腫瘤篩查
惡性腫瘤電導率常高于正常組織３～６倍，輔助早期診斷。
胃腸動力評估
胃排空、腸道蠕動功能的無創監測。
２． 工業無損檢測
管道腐蝕成像、復合材料缺陷定位、多相流監測（油／氣／水分布）。
３． 地質勘探
地下結構電阻抗分布測繪（如地下水層定位）。
系統構成
| 模塊 | 關鍵組件 |
|---|---|
| 電極陣列 | 醫用銀／氯化銀電極（濕電極）或柔性電子織物電極 |
| 信號發生器 | 多頻交流電流源（１ｋＨｚ－１ＭＨｚ） |
| 數據采集單元 | 高精度電壓測量電路（信噪比＞８０ｄＢ） |
| 圖像重建系統 | 實時反演算法（如ＧＲＥＩＴ、ＴＳＶＤ） ＋ ＧＰＵ加速 |
| 人機交互界面 | 動態云圖顯示、阻抗變化曲線、區域量化分析工具 |
技術演進方向
多頻／頻散成像
利用組織電阻抗隨頻率變化特性（如β色散區分細胞結構）。
融合成像
與超聲／近紅外光融合，提升空間分辨率（如ＥＩＴ－ＵＳ雙模態系統）。
人工智能優化
深度學習替代傳統反演算法（Ｕ－Ｎｅｔ重建圖像、對抗生成偽影抑制）。
可穿戴化
柔性電極＋無線傳輸，實現居家肺功能監測（ＣＯＰＤ患者管理）。
典型設備參數
| 指標 | 范圍 |
|---|---|
| 電極數量 | １６～６４通道 |
| 成像幀率 | １～５０ ｆｐｓ |
| 頻率范圍 | １０ ｋＨｚ ～ １ ＭＨｚ |
| 電流強度 | ０．１～５ ｍＡ（安全標準ＩＥＣ ６０６０１） |
| 空間分辨率 | ５％～１５％成像區域直徑 |
| 適用對象 | 胸徑２０～５０ｃｍ（成人／兒童適配） |
挑戰與局限
病態逆問題：微小測量誤差導致重建圖像劇烈震蕩（需正則化約束）。
個體差異：胸腔形狀、脂肪層厚度影響基礎電導率模型精度。
標準化缺失：尚無統一的臨床診斷閾值與操作規范。
代表設備與廠商
| 廠商 | 設備型號 | 特色應用 |
|---|---|---|
| Ｄｒ?ｇｅｒ （德國） | ＰｕｌｍｏＶｉｓｔａ? ５００ | ＩＣＵ肺通氣實時監測 |
| Ｔｉｍｐｅｌ （巴西） | Ｅｎｌｉｇｈｔ? １８００ | 乳腺ＥＩＴ篩查 |
| Ｓｗｉｓｓｔｏｍ （瑞士） | ＢＢ２ | 高精度３２電極動態成像 |
| Ｍａｌｔｒｏｎ （英國） | ＭＥＩＫ | 腦水腫／顱內出血監護 |
總結
電阻抗成像儀以無輻射、動態功能成像為核心優勢，雖空間分辨率有限，但在肺功能監護、腦水腫監測等領域填補了傳統影像的空白。隨著算法革新與可穿戴技術發展，其潛力正在重癥醫學、慢性病管理中加速釋放，成為精準醫療的重要工具之一。
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