Cắt lớp trở kháng

Cắt lớp trở kháng Cắt lớp trở kháng Bởi: ĐH Bách Khoa Y Sinh K50 LỜI GIỚI THIỆU Trong chương trước, phép đo biến đổi thể tích dựa trở kháng thảo luận, tín hiệu trở kháng tín hiệu đơn phát cặp điện cực Vì vậy, trở kháng trung bình vùng điện cực đó, kết xác định điểm trường đạo trình điện cực đo dòng cung cấp cho điện cực Độ phân giải không gian phép đo trở kháng nâng cao cách sử dụng mảng điện cực xung quanh vật dẫn khối cần quan tâm Dòng điện cung cấp liên tiếp qua cặp điện cực khác điện áp tương ứng đo liên tiếp tất cặp điện cực lại Bằng cách sử dụng thuật toán tái tạo để tạo hình ảnh trở kháng vùng khác vật dẫn khối Phương pháp gọi tạo ảnh trở kháng Vì hình ảnh hai chiều thường tái tạo từ lát cắt vật dẫn khối, nên phương pháp gọi Cắt lớp trở kháng hay ECCT (electric current computed tomography) Vì cắt lớp trở kháng phương pháp tạo ảnh trợ giúp Cắt lớp điện toán (computer tomography, CT), tạo ảnh siêu âm, chụp cắt lớp phát xạ positron, v.v Người đọc nhiều thông tin phương pháp tạo ảnh y tế đại từ tài liệu tham khảo Krestel (1990) , Webb ( 1992 ) Wells (1982) Trong việc tạo ảnh, người ta mong muốn giới hạn vùng, biết dạng hình học vùng Nói chung, điều biết cách xác tín hiệu lượng tiến hành tuyến tính Điều kiện thỏa mãn tia X phóng xạ hạt nhân Nó kỹ thuật chụp ảnh thông thường với điều kiện thêm tia sáng bẻ cong thấu kính theo cách biết xác Nếu lượng xạ tiến hành không rõ đường dẫn, từ nguồn tới đích thông qua số đường (ví dụ, qua thể tích lớn), để tạo ảnh xác Như ví dụ điều nhiếp ảnh (hoặc tầm nhìn), ta đề cập đến vầng hào quang xung quanh mặt trời hay ảnh ảo Trong cắt lớp trở kháng, vấn đề tái tạo ảnh, trường hợp nói chung, dòng điện bị ép chảy cách tuyến tính (hoặc chí đường biết) vật dẫn khối không đồng Khi nguồn vật dẫn khối ( nguồn nằm bề mặt bao dạng dòng đưa vào ), 1/11 Cắt lớp trở kháng trường điện Φ phải thỏa mãn (σ Φ) = lớp chức giới hạn đáp ứng điều Trong σ số, Φ thỏa mãn phương trình Laplace dạng chức có giá trị (như đa thức Legendre, …) Như nói mục 11.6.9, tạo trường dòng tuyến tính vật dẫn khối đồng có hình dạng tùy ý Trong ý nghĩa cắt lớp trở kháng vật dẫn khối vùng quan tâm nhỏ, ảnh chiếm 50% màu xám (tức đồng nhất) Tuy nhiên tính xác hình ảnh không bị giới hạn kích cỡ điện cực, mà kích cỡ tiêu điểm ống tia X detector máy cắt lớp điện toán Trong tạo ảnh trở kháng, hình ảnh bị làm mờ vật dẫn khối đường dòng điện không tuyến tính nói chung xác Cần lưu ý rằng, mục đích cắt lớp trở kháng tái tạo ảnh trở kháng từ lát cắt vùng chiều thể, dùng để kiểm tra cách xác vài thông số sinh lý học Woo, Hua, Webster (1992) trình bày ví dụ loại thiết bị kiểm tra trẻ sơ sinh ngạt thở đáng tin cậy Với kỹ thuật cắt lớp trở kháng, tập trung vào việc thu thập liệu trở kháng xác tới vùng phổi tránh nhiễu gây chuyển động thành ngực Trong chương xem lại ngắn gọn vài câu hỏi cắt lớp trở kháng Người đọc thu nhiều thông tin từ nguồn xuất sắc Brown and Barber (1992), Hames (1990), Webster (1990) NHỮNG PHƯƠNG PHÁP ĐO TRỞ KHÁNG Trở kháng điện đo truyền thống phương pháp hoàn toàn dòng điện phương pháp điện từ Phương pháp điện từ truyền thống thảo luận Phép đo điện trở kháng Như phép đo biến đổi thể tích dựa trở kháng, có cắt lớp trở kháng, dòng cung cấp điện áp đo thông qua cặp điện cực khác để tránh lỗi dựa vào trở kháng liên hệ Tuy nhiên cần lưu ý, điều khẳng định Cheng et al (1990) rằng, vấn đề điện trở da, để có độ nhạy lớn thay đổi điện trở suất thể, cần có điện áp từ điện cực mang dòng Phần sau đề cập số phương pháp đo lường sử dụng Phương pháp lân cận (Neighboring Method) Brown Segar (1987) đề xuất phương pháp mà dòng đưa vào qua điện cực lân cận điện áp đo liên tiếp từ tất cặp điện cực liền kề khác 2/11 Cắt lớp trở kháng Hình 26.1 minh họa việc ứng dụng phương pháp cho vật dẫn khối hình trụ với 16 điện cực đặt cách Dòng đưa vào qua điện cực (hình 26.1A) Mật độ dòng cao điện cực này, giảm nhanh chóng hàm số khoảng cách Điện áp đo đặn liên tục cặp điện cực 3-4, 4-5, … 15-16 Bốn phép đo 13 phép đo minh họa hình 26.1A Tất 13 phép đo độc lập Mỗi số chúng giả định để miêu tả trở kháng phép đo điện cực dòng đẳng giao Điều cho biết khác phép đo điện áp điện cực (Nghiên cứu sau Kauppinen, Hyttinen, Malmivuo (2006) giả định không đúng) Sự thiết lập 13 phép đo điện áp thu cung cấp dòng qua điện cực 3, thể hình 26.1B Đối với hệ thống 16 điện cực, thu 16x13=208 phép đo điện áp Do có qua lại, dòng áp điện cực phép đo trao đổi mang lại kết khác Vì vậy, có 104 phép đo độc lập Trong phương pháp lân cận, điện áp thu lớn với cặp điện cực liền kề Với cặp điện cực đối diện, điện áp khoảng 2.5% 3/11 Cắt lớp trở kháng Phương pháp lân cận liệu trở kháng thu được minh họa vật dẫn hình trụ 16 điện cực đặt cách (A) Bốn phép đo điện áp thiết lập 13 phép đo (B) Sự thiết lập khác 13 phép đo thu thay đổi dòng cung cấp cho điện cực Phương pháp Cross Một phân bố dòng đồng thu dòng tiêm cặp điện cực cách xa Hua, Webster, Tompkins (1987) đề xuất phương pháp Cross (như hình 26.2) Trong phương pháp Cross, điện cực liền kề, ví dụ 16 1, thể hình 26.2A, lựa chọn cho dòng điện áp tham chiếu điện cực, tương ứng Dòng điện cực khác, điện cực số sử dụng Điện áp đo liên tiếp cho tất 13 điện cực khác với điện cực nói tham chiếu (Bốn phép đo điện áp thể lần hình 26.2A) Dòng sau đưa qua điện cực điện áp lại đo liên tiếp cho tất 13 điện cực khác với điện cực tham chiếu, thể hình 26.2B Quá trình lặp lại dùng điện cực 6, 8,…14; toàn trình bao gồm 7x13=91 phép đo Chuỗi phép đo sau lặp lại dùng điện cực dòng điện áp tham chiếu điện cực, tương ứng (nhìn hình 26.2C) Đưa dòng tới điện cực 5, sau đo điện áp liên tiếp cho 13 điện cực khác với điện cực tham chiếu Lặp lại trình cách đưa dòng tới điện cực (nhìn hình 26.2D) Đưa dòng liên tiếp tới điện cực 9, 11,…,1 đo điện áp cho tất 13 điện cực khác với điện cực nói tham chiếu, lần tạo 91 phép đo Từ 182 phép đo có 104 phép đo độc lập 4/11 Cắt lớp trở kháng Phương pháp Cross liệu trở kháng thu Bốn bước khác trình minh họa từ A đến D Phương pháp đối lập (Opposite Method) Phép đo trở kháng tương tự khác phương pháp đối lập, minh họa hình 26.3 (Hua, Webster, and Tompkins, 1987) Trong phương pháp dòng tiêm qua hai điện cực hoàn toàn đối diện (điện cực 16 hình 26.3A) Điện cực liền kề điện cực tiêm dòng dùng điện áp tham chiếu Điện áp đo từ tất điện cực khác trừ điện cực dòng, gồm 13 phép đo điện áp (bốn phép đo trình bày lại) Sự thiết lập 13 phép đo điện áp thu cách chọn điện cực làm điện cực dòng (hình 26.3B) Khi 16 điện cực sử dụng, phương pháp đối diện có 8x13=104 điểm liệu Sự phân bố dòng phương pháp đồng có độ nhạy tốt 5/11 Cắt lớp trở kháng Phương pháp đối diện liệu trở kháng thu Sự thực phương pháp đối diện Phương pháp thích ứng (Adaptive Method) Trong phương pháp nói trên, dòng tiêm với cặp điện cực điện áp đo tương tự Trong phương pháp thích ứng, đề xuất Gisser, 6/11 Cắt lớp trở kháng Isaacson, Newell (1987), dòng tiêm qua tất điện cực (nhìn hình 26.4A) Do dòng qua tất điện cực đồng thời, nên nhiều tạo dòng độc lập cần điện cực sử dụng Điện cực cung cấp dòng từ -5 đến +5mA, khiến phân bố dòng khác Sự phân bố dòng đồng thu vật dẫn khối đồng nhất, thảo luận phần 11.6.9 Nếu vật dẫn khối hình trụ với lát cắt tròn, dòng tiêm phải tỉ lệ với cosθ để thu phân bố dòng đồng Lưu ý, điện áp đo với nối đất điện cực riêng biệt Mỗi lần đo dùng 16 điện cực, số phép đo điện áp phân bố dòng không đổi 15 Phân bố dòng đòi hỏi quay điện cực tăng dần (22.5 cho hệ thống 16 điện cực, nhìn hình 26.4B) Vì thu phân bố dòng khác nhau, gồm 8x15=120 phép đo điện áp độc lập Phương pháp thích ứng liệu trở kháng thu Phép đo điện từ trở kháng điện Đầu chương, ưu tiên thảo luận phép đo biến đổi thể tích dựa trở kháng, trở kháng điện đo cung cấp dòng điện tới vật dẫn khối thể đo điện điện khác phát (như điện áp) Như thảo luận phụ lục B, phương trrình Maxwell's kết hợp biến đổi điện trường từ trường để rõ có điện trường có từ trường ngược lại Như đề cập phần giới thiệu mục 1.2.1, kết hợp điện từ trường dùng để đo trở kháng điện 7/11 Cắt lớp trở kháng Trong phép đo điện từ trở kháng điện, giống phép đo hoàn toàn điện, phân bố độ nhạy phép đo tỉ lệ với số điểm điện trường vật dẫn khối trường đạo trình phép đo điện áp Giá trị ko kể có hay không dòng điện vật dẫn khối tạo thông qua ứng dụng trực tiếp dòng điện cảm ứng trường từ biến thiên theo thời gian không kể dò từ kế hay vôn kế, tương ứng Trong hình 1.2B nguyên lý phép đo điện từ trở kháng điện giới thiệu ngắn gọn, chúng trình bày nhiều Một cách để sử dụng kết hợp điện từ trường phép đo trở kháng điện cung cấp dòng điện tới vật dẫn khối gián tiếp qua điện cực bề mặt nó, thay nhận điện áp phát tới cặp điện cực khác, từ trường cảm ứng phát với từ kế Trong phương pháp này, phân bố dòng điện không xoắn (zero curl) Như thảo luận chương 12, trường đạo trình từ kế tiếp xúc định hướng Phép chiếu lại cho hình ảnh trở kháng tạo cách xác định phân bố dòng điện vật dẫn khối từ phép đo từ trường sau phân bố trở kháng Hình 26.5A minh họa nguyên lý Hình ảnh trở kháng thu với phương pháp không công bố Ahlfors Ilmoniemi (1992) công bố thay đổi điện trường ống trụ đặt cách ly đặt bình chứa nước muối, đo lường với máy đo từ SQUID 24 kênh Sự kết hợp điện từ trường dùng theo nhiều cách khác phép đo trở kháng điện vật dẫn khối Do kết hợp điện từ trường, dòng điện cảm ứng từ trường biến thiên theo thời gian phát vòng hệ thống vòng xung quanh vật dẫn khối (Purvis, Tozer, and Freeston, 1990) Điều đem đến hội tạo nhiều loại phân bố dòng khác so với cung cấp dòng điện qua điện cực Trong trường hợp này, trường dòng điện có từ tính (zero divergence) Nguyên lý phép đo trở kháng điện minh họa hình 26.5B Healey, Tozer, Freeston (1992) công bố ảnh trở kháng đo từ phantom chiều Chúng ta dùng vòng cách quanh phantom hình trụ đo điện 16 điện cực đặt cách bề mặt Chú ý phân bố độ nhạy phép đo điện từ trở kháng điện tỉ lệ với số điểm điện trường detector trường đạo trình, hai dạng này, nguyên lý qua lại, phân bố độ nhạy giống nhau, với điều kiện vòng cấu trúc điện cực dùng giống 8/11 Cắt lớp trở kháng Phương pháp điện từ liệu trở kháng thu (A)Dòng điện cung cấp qua điện cực, phân bố dòng phát với từ kế (B) Dòng điện cảm ứng với vòng, điện áp cảm ứng đo với điện cực TÁI TẠO HÌNH ẢNH Từ việc thu thập liệu, phân bố hình ảnh trở kháng điện xây dựng lại cách dùng thuật toán tái tạo hình ảnh Những thuật toán thảo luận nhiều chi tiết Webster (1990) không nhắc lại Độ xác cao tái tạo ảnh thu khoảng 5% kích thước vật dẫn khối mẫu kiểm tra, khoảng 10% phép đo thể sống ngực Độ phân giải cuối đạt 1.5% công bố Barber Brown (1984) Với nghiên cứu não, phương pháp trở kháng không áp dụng não có độ nhạy cao Sự phân biệt hình ảnh trở kháng lý thuyết thảo luận Cheney Isaacson (1992) Một ví dụ tái tạo hình ảnh trình bày hình 26.6 (Woo, 1990) Trong thí nghiệm này, ảnh trở kháng xác định từ hai phatoms khác tương tự lát cắt ngang thể người Phantoms chế tạo trộn bột agar NaCl với nước sôi Hình 26.6A C rõ hình ảnh hai phantoms Sự tái tạo hình ảnh trở kháng phantoms thể phần B D, tương ứng Hình 26.6E minh họa mức điện trở suất hình ảnh 9/11 Cắt lớp trở kháng Như phương thức không ion hóa, rẻ, cắt lớp trở kháng điện phụ lục cần quan tâm tới phương pháp ảnh y tế khác Dù độ phân giải hình ảnh nghiên cứu thể sống liên tục tăng, lý thuyết, thấp X-quang siêu âm Độ phân giải thấp tất nhiên giới hạn ứng dụng chúng tới máy theo dõi, ứng dụng xác hình ảnh giải phẫu 10/11 Cắt lớp trở kháng Ví dụ tái tạo hình ảnh cắt lớp trở kháng phantom (A) (C) Hình ảnh phantom tạo mẫu ngực thể (B) (D) Tái tạo hình ảnh A C, tương ứng (E) Mức điện trở suất hình ảnh 11/11 [...].. .Cắt lớp trở kháng Ví dụ về tái tạo hình ảnh cắt lớp trở kháng trong phantom (A) và (C) Hình ảnh đúng của phantom tạo mẫu ngực cơ thể (B) và (D) Tái tạo hình ảnh của A và C, tương ứng (E) Mức điện trở suất hình ảnh 11/11 ... detector máy cắt lớp điện toán Trong tạo ảnh trở kháng, hình ảnh bị làm mờ vật dẫn khối đường dòng điện không tuyến tính nói chung xác Cần lưu ý rằng, mục đích cắt lớp trở kháng tái tạo ảnh trở kháng. .. thể phần B D, tương ứng Hình 26.6E minh họa mức điện trở suất hình ảnh 9/11 Cắt lớp trở kháng Như phương thức không ion hóa, rẻ, cắt lớp trở kháng điện phụ lục cần quan tâm tới phương pháp ảnh... giải phẫu 10/11 Cắt lớp trở kháng Ví dụ tái tạo hình ảnh cắt lớp trở kháng phantom (A) (C) Hình ảnh phantom tạo mẫu ngực thể (B) (D) Tái tạo hình ảnh A C, tương ứng (E) Mức điện trở suất hình ảnh