5.8 Bezpečnost
z oddělené ovládací místnosti.Po vyšetření je však po vymezenou dobu pacient stále zdrojem záření, proto musí být opět umístěn do odstíněné místnosti do doby, než klesne jeho emise na snesitelnou
53
úroveň. Tento čas je vypočten pomocí tzv. poločasu rozpadu a množství podaného radiofarmaka.
54
6 Impedanční tomografie
Přesněji řečeno elektrická impedanční tomografie (dále EIT) je metoda využívaná převážně v průmyslu a v medicíně ještě nenašla plné uplatnění. Vykreslené pixely je možné interpretovat dvěma způsoby: že zobrazují hodnoty impedance nebo admitance.
Admitance odpovídá konduktivitě (vodivosti) a je to invertní hodnota impedance.
6.1 Princip
Metoda samotná se skládá z elektrod umístěných (ideálně) do kruhu nebo jiného matematického tvaru, se stejnými počty elektrod na jednu vrstvu snímání, velice přesného voltmetru a zdroje stimulačního proudu. Naměřená data jsou bezprostředně zpracována počítačovým softwarem – řešení číselných rovnic, mřížkování metodou konečných prvků.
Do měřeného objektu je vysílán proud v jednotkách mA v průmyslovém užití až desítky mA do jedné dvojice elektrod. Změřené napětí na druhé dvojici elektrod se získá hodnota impedance mezi danými elektrodami.
Při proměření všech elektrod v kruhu při posunu vysílacích a měřících elektrod v tzv. schématu Adjacent (viz níže), vzniká matice naměřených hodnot, jež je softwarově rekonstruována na základu matematického modelu, který musí počtem elektrod a jejich rozmístění odpovídat měření. [3][30]
6.2 Obrazové zpracování - ill-posed problem
Rekonstrukce tomografických dat je zatížena tzv. „ill-posed problem“ a jak název prozrazuje převrácený „inverse problem“. Za předpokladu, že máme matici b, která nám zobrazuje zachycená data jevem pozorování A. Pak lze tedy vyjádřit: A(x) = b.
Rekonstrukcí obrazu z těchto dat se snažíme o inverzní jev A-1.
Nejčastěji vede rekonstrukce tomografického 2D řezu k tzv. Radonově transformaci. Tu nelze u EIT užít, jelikož se pohybujeme v 3D. V takovém případě je inverzní jev zatížený ill-posed problém. Matematické řešení je vysoce citlivé na vždy přítomné chyby. Diskreditační chyby z měření, zaokrouhlovací chyby a fyzické zdroje šumu.
55
6.3 Fyzikální podklady
Ohmův zákon, kde R odpovídá odporu tkáně nebo materiálu, I proudu a U změřeného napětí.
(19)
Samotné měření lze vyjádřit následujícím vzorcem, kde J odpovídá pozici elementu v matici a x hodnotě impedance, která je rovna b neboli změřené hodnotě s odečtenou hodnotou bref , což je referenční hodnota odečtená na začátku snímání.
( ) (20)
Metodou konečných prvků zobrazujeme kontinuální spektrum jako diskrétní hodnoty. Naměřené hodnoty jsou umístěny do uzlových bodů. Původní „nekonečný“
matematický model je převeden na diskrétní – „triangulace“ (viz Obrázek 18). Vztah (1) nám vyjadřuje nutný počet jednotlivých měření při n počtu elektrod u metody Adjacent (viz níže) pro zrekonstruování jednoho snímku.
( )( )
(21)
6.4 Měření
V rámci zjištění možností metody EIT bylo za pomocí standardizované nádoby a impedančního průmyslového tomografu provedeno měření na neživé hmotě (kvádr polystyrenu). Náplní testovací nádoby byla neupravená vlažná kohoutková voda. To vše v aklimatizované laboratoři ústavu CXi v Budově L na půdě Technické univerzity v Liberci za dozoru odborného asistenta.
6.4.1 Technický popis Přístroj: its p2t
Vstupní napětí: kolem 12 V (adaptivní k proudu)
Hrubý rozsah proudu: 1,5 – 15 mA (hardwarově nastavitelné) Budící proud: 5 mA (nastavený systémem dle reference) Frekvence: 19200 Hz
56
Rekonstrukce obrazu: originální software p2t a Matlab s knihovnami EIDORS (http://eidors3d.sourceforge.net/)
Měřící nádoba:
Průměr: 150 mm
Svislá rozteč mezi elektrodami: 70 mm (odpovídá vzdálenosti tomografických vrstev)
Počet elektrod na vrstvu: 16 ks
Elektroda: 10 x 10 mm
Výška hladiny: 313 mm
Výška hladiny s objektem: 346 mm
Obrázek 11 – Schéma měření EIT, Zdroj: autor
57 6.4.2 Postup měření
Data měření jsou přímo hardwarově zpracována a do počítače přechází pouze naměřená data ve formě matice k rekonstrukci obrazu. První je kalibrace po zapnutí přístroje a kontroly připojení měřící nádoby. Následně je proměřena tzv. reference, kdy celé měření je provedeno na základě nádoby naplněného pouze vodou. Proti této referenci se následně odečítají hodnoty impedance, jak bylo již zmíněno ve fyzikálním principu.
Po tomto úvodu nastává možnost měření dle nastavení buď v reálném čase nebo se zpožděnou rekonstrukcí, v zobrazení vlnovém, datovém, 4 vrstvém nebo 3D rekonstrukce. Data jsou ukládána pouze datově-číselně, ale je možné je vždy zpětně obrazově rekonstruovat.
Schéma adjacent
Pro získávání dat jsme použili snímací schéma „adjacent“, kdy z 16 elektrod mezi první dvě dáme zdroj proudu a mezi zbylými dvojicemi elektrod proměřujeme dokola až k elektrodě 16 (viz Obrázek 12). Následně posuneme zdroj o jednu pozici a opět proměřujeme dokola k elektrodě 16. S každým dalším měřením na dané vrstvě úmyslně ubíráme jednu naměřenou hodnotu. [30]
Obrázek 12 - schéma adjacent, upraveno, Zdroj: [30]
58 6.4.3 Výstup měření – originální software p2t
Obrázek 13 - EIT, polystyren střed, Zdroj: autor
Obrázek 14 - EIT, polystyren u elektrody 1, Zdroj: autor
59
Obrázek 15 - EIT, prst střed, Zdroj: autor
Obrázek 16 - EIT, kleště střed, Zdroj: autor
60
Obrázek 17 - EIT, kleště 3D, přehled měřícího okna, otočeno o -90°, Zdroj: autor
61 6.4.4 Výstup měření – zpracování Matlab
Obrázek 18 - EIT, triangulační matice Matlabu, Zdroj: autor
Obrázek 19 - EIT, vrstva P1, polystyrén střed Obrázek 20 - EIT, polystyrén u elektrody 1, Zdroj: autor
Obrázek 21 - EIT, vrstva P1, kleště 3D, Matlab Obrázek 22 - EIT, conjuction gradient, Zdroj: autor
62
Obrázek 23 - EIT, vrstva P1, kleště 3D s hrubou triangulací, Zdroj: autor
6.4.5 Vyhodnocení měření
V obou systémech zpracování dat (originální software a Matlab) se více vodivé věci zobrazují červeně (kleště) a méně vodivé respektive nevodivé modře (polystyren).
Obrázek 15 zobrazuje viditelné artefakty kolem elektrod první vrstvy P1. Ty vznikají velkým rozdílem impedance prstu a vody.
Obrázek 13 zobrazuje evidentní velký artefakt na vrstvě P1 vzniklý zvednutím hladiny, při zasunutí tělesa (polystyrenu) do nádoby. Reference pro měření byla sejmuta při stabilní hladině. Do praxe tento artefakt nebude zátěží, jelikož pro průmyslové užití – monitorace roury se předpokládá průtok kolmo k snímaným vrstvám. Pro medicínské užití nelze předpokládat, že má pacient relativně stabilní objem.
6.4.6 Závěr měření
Z vlastní zkušenosti mohu potvrdit, že se jedná o velice rychlou metodu, která čeká na své uplatnění v klinické praxi. Předpokládám, že hlavním podmětem pro zařazení mezi klinické zobrazovací metody bude velice nízká pořizovací a provozní cena (v porovnání s ostatními metodami) a velká modulárnost celého systému.
Velkým přínosem by mohla být i jako automatizovaný systém pro hlídání dlouhodobě imobilizovaných pacientů, kde by za použití relativně jednoduchého protokolu byla schopna sledovat obsah plic. Jednoduchým algoritmem na bázi limitu, by spustila alarm, např. když by stouplo zahlenění nad 10%. Samotná konstrukce elektrod i připojení přístroje má velmi blízko k EKG.
63
Této podobnosti by šlo využít a sloučit tyto metody buď jako zobrazovací metoda pro dlouhodobé nebo krátkodobé použití (teoretický impedanční holter2) nebo i jako modifikace EKG voltového mapování, kde je na 3D model z MRI nebo CT vykreslován elektrické jevy. Za použití této metody by bylo možné tento model rozpohybovat, pokud by původní 3D model byl nasnímán v dané srdeční fázi – např. diastole a následně synchronizován počátek s impedanční tomografií.
6.5 Bezpečnost
Maximální hodnota stejnosměrného proudu u člověka musí být pod 25 mA a maximální hodnota střídavého proudu je 10 mA. Z potřeby bezpečnosti pacientů je nutno mezi přístroj a elektrickou rozvodnou síť umístit oddělovací transformátor. Tím vzniká tzv. galvanické oddělení, které je definované v normě EN 60601-1. Transformátor může být samostatný přístroj nebo součást zdravotnického přístroje.
Obdobné galvanické oddělení musí být i na vstupu do přístroje od pacienta. Stejně konstruované vstupy a prakticky shodné elektrody jako pro neinvazivní EKG. [26][27]
2 Monitorace dle Holtera – snímání elektrokardiogramu přenosným zařízením po dobu 24 hodin a déle, vyhodnocení trendů křivky a epizodických srdečních záchvatů
64 Ultrazvuk Útlum, koeficient
odrazu, akustická
Rentgen Lineární koeficient
útlumu μ Rentgenka,
pole Hustota jaderných
spinů (relaxační
Scintilační detektor SPECT 2 a více protilehlých
detektorů PET
Elektrické proudy Elektrická impedance
tkáně elektrody Impedanční
tomografie