RU2749298C1 - Способ визуализации поля вентиляции легких на основе электроимпедансной томографии - Google Patents
Способ визуализации поля вентиляции легких на основе электроимпедансной томографии Download PDFInfo
- Publication number
- RU2749298C1 RU2749298C1 RU2020132139A RU2020132139A RU2749298C1 RU 2749298 C1 RU2749298 C1 RU 2749298C1 RU 2020132139 A RU2020132139 A RU 2020132139A RU 2020132139 A RU2020132139 A RU 2020132139A RU 2749298 C1 RU2749298 C1 RU 2749298C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- chest
- field
- conductivity
- electrodes
- changes
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Surgery (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)
- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
Abstract
Изобретение относится к медицине, а именно к медицинской технике, и может быть использовано для мониторинга поля вентиляции легких. Осуществляют непрерывные измерения напряжений между электродами на поверхности грудной клетки во время последовательного подключения источника тока к парам электродов на поверхности грудной клетки. Осуществляют реконструкцию поля изменения проводимости грудной полости, фильтрацию и визуализацию составляющей поля изменения проводимости грудной полости, вызванной вентиляцией легких. При этом перед реконструкцией поля изменения проводимости грудной полости осуществляют фильтрацию измеренных напряжений между электродами на поверхности грудной клетки. Причем значение частоты среза фильтра нижних частот подбирают в соответствии с условием: FЧДД<Fс<FЧСС, где Fc- частота среза фильтра нижних частот, FЧСС- частота сердечных сокращений, FЧДД- частота дыхательных движений. Визуализацию составляющей поля изменения проводимости грудной полости, вызванной вентиляцией легких, осуществляют после реконструкции поля изменения проводимости грудной полости. Способ обеспечивает повышение достоверности визуализации поля вентиляции легких на основе электроимпедансной томографии в условиях высоких шумов измеренных напряжений между электродами на поверхности грудной клетки за счет фильтрации измеренных напряжений между электродами на поверхности грудной клетки. 2 ил.
Description
Изобретение относится к медицинской технике, а именно к способам мониторинга вентиляции легких и может быть использовано в устройствах электроимпедансной томографии грудной полости как отдельно, так и совместно с аппаратами искусственной вентиляции легких.
Известен способ получения томографического изображения тела для диагностики в медицине, основанный на использовании электрического тока в качестве средства, зондирующего исследуемый объект - электроимпедансная томография (Патент Великобритании N 2119520 А, кл. А61В 5/05, 1983 г.) В известном способе на поверхности тела пациента располагают серию контактных электродов, последовательно подключают источник тока к парам электродов, производят измерения разностей потенциалов (напряжения) между каждой парой остальных электродов, возникающих из-за протекания тока через объект, определяют опорные значения напряжений в предположении об однородности электрической проводимости объекта или измеряют их на том же объекте в другой момент времени, если проводимость объекта меняется, и производят реконструкцию изображения пространственного распределения проводимости тела или измерений его проводимости, произошедших между двумя измерениями путем обратного проецирования относительных разностей измеренных и опорных напряжений вдоль эквипотенциалей электрического поля. При исследовании грудной полости данным способом полученное изображение поля изменения проводимости грудной полости позволяет судить о поле вентиляции грудной полости.
Недостатком данного подхода является присутствие на изображении поля изменения проводимости грудной полости составляющей изменения проводимости грудной полости, вызванного перфузией тканей грудной полости, а также артефактов реконструкции из-за шумов измерительных данных.
Известен способ мониторинга вентиляционной функции легких человека на основе электроимпедансной томографии [Кучер А.И. Метод и система мониторинга вентиляционной функции легких человека на основе электроимпедансной томографии: дис. …канд. тех. наук: 05.11.17. - Новочеркасск, 2018.]. Для реализации мониторинга вентиляционной функции легких человека непрерывно производят измерения разностей потенциалов (напряжения) между электродами на поверхности грудной клетки во время последовательного подключения источника тока к парам электродов на поверхности грудной клетки. В результате каждые Δt секунд формируют вектор напряжений ΔФ(ti), формируя массив напряжений ΔФ(t). Строки массива напряжений ΔФ(t) хранят изменение во времени каждого напряжения между электродами на поверхности грудной клетки, а столбцы - наборы напряжений для реконструкции поля изменения проводимости грудной полости в различные моменты времени. Для каждого момента времени ti на основании ΔФ(t) определяют интегральный параметр Ф(t) путем расчета среднего значения напряжений по столбцам массива ΔФ(t). На основании параметра Ф(t) определят момент глубочайшего выдоха, относительно которого производится реконструкция поля изменения проводимости грудной полости. Поле изменения проводимости грудной полости представлено вектором ΔΩ(ti), элементы Δσ(ti) которого хранят значения изменения проводимости грудной полости в различных точках грудной полости. Из векторов ΔΩ(ti) формируют массив полей изменения проводимости грудной полости ΔΩ(t), строки которого хранят изменение проводимости во времени элементов грудной полости, а столбцы - поле изменения проводимости грудной полости в отдельные моменты времени. Для каждого элемента поля изменения проводимости грудной полости рассчитывают коэффициент линейной регрессии между Δσ(t) и Ψ(t) и формируют поле регионарной вентиляции RV грудной полости. На основании RV формируют поле коэффициентов регионарной вентиляции KRV грудной полости путем бинаризации RV по среднему. Визуализацию поля изменения проводимости грудной полости формируют с учетом KRV.
Недостатком данного способа являются высокие требования к вычислительной мощности вычислительного блока электроимпедансного томографа для формирования изображений изменения проводимости грудной полости в режиме реального времени.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является выбранный в качестве прототипа способ функциональной электроим-педансной томографии с фильтрацией изображений в частотной области [Zadehkoochak М., Blott В.Н., Hames Т.K., George R.F. Pulmonary perfusion and ventricular ejection imaging by frequency domain filtering of EIT (electrical impedance tomography) images. Clin Phys Physiol Meas. 1992; 13 Suppl A: 191-6.].
Для реализации способа непрерывно производят измерения разностей потенциалов (напряжения) между электродами на поверхности грудной клетки во время последовательного подключения источника тока к парам электродов на поверхности грудной клетки. На основании измеренных напряжений непрерывно реконструируют поле изменения проводимости грудной полости, сохраняя историю его изменения во времени. Для каждого элемента поля изменения проводимости грудной полости производят фильтрацию, выделяя перфузионную и вентиляционную составляющие изменения проводимости грудной полости.
Недостатком данного подхода является высокая чувствительно к шумам измерительных данных ввиду усиления шумов во время реконструкции поля изменения проводимости грудной полости.
Таким образом, в настоящее время стоит проблема достоверной визуализации поля вентиляции легких на основе электроимпедансной томографии в условиях высокого уровня шумов измерительных данных без значительного увеличения числа вычислений.
Техническим результатом изобретения является повышение достоверности визуализации поля вентиляции легких на основе электроимпедансной томографии в условиях высоких шумов измеренных напряжений между электродами на поверхности грудной клетки при сохранении невысоких требований к вычислительной мощности вычислительного блока устройства мониторинга поля вентиляции легких.
Заявленный технический результат достигается путем фильтрации измеренных разностей потенциалов (напряжений) между электродами на поверхности грудной клетки с учетом истории их изменения.
Способ включает непрерывные измерения напряжений между электродами на поверхности грудной клетки во время последовательного подключения источника тока к парам электродов на поверхности грудной клетки, реконструкцию поля изменения проводимости грудной полости, фильтрацию и визуализацию составляющей поля изменения проводимости грудной полости, вызванной вентиляцией легких, при этом перед реконструкцией поля изменения проводимости грудной полости осуществляют фильтрацию измеренных напряжений между электродами на поверхности грудной полости, причем значение частоты среза фильтра нижних частот подбирают в соответствии с условием:
FЧДД<Fc<FЧСС,
где Fc - частота среза фильтра нижних частот, FЧСС - частота сердечных сокращений, FЧДД - частота дыхательных движений, а визуализацию составляющей поля изменения проводимости грудной полости, вызванной вентиляцией легких, осуществляют после реконструкции поля изменения проводимости грудной клетки.
Проведенный поиск среди способов того же назначения, что и заявляемое, не выявил тождественных технических решений в отношении всей совокупности существенных признаков предполагаемого изобретения. Это позволяет сделать вывод о соответствии его критерию «новизна».
Анализ уровня техники позволил установить, что присущий предлагаемому изобретению отличительный признак применение фильтра нижних частот к измеренным напряжениям между электродами на поверхности грудной клетки с учетом истории их изменения до реконструкции поля изменения проводимости грудной клетки, при этом значение частоты среза фильтра нижних частот подбирают в соответствии с условием:
FЧДД<Fc<FЧСС,
где Fc - частота среза фильтра нижних частот, FЧСС - частота сердечных сокращений, FЧДД - частота дыхательных движений, что позволяет достоверно оценить поле изменения проводимости грудной полости, вызванное вентиляцией легких в условиях высоких шумов измеренных напряжений между электродами на поверхности грудной клетки без повышения требования в вычислительной мощности в реальном времени. Это позволяет сделать положительный вывод о соответствии технического решения критерию «изобретательский уровень».
На фиг. 1 представлен пример изображений поля вентиляции легких, полученные с фильтрацией измеренных напряжений между электродами на поверхности грудной клетки в условиях высокого уровня шумов измеренных напряжений на поверхности грудной клетки, а также график средних значений Ψ(t) векторов измеренных напряжений ΔФ(ti) между электродами на поверхности грудной клетки, коррелирующий с общей вентиляцией легких.
На фиг. 2 представлен пример изображений поля вентиляции легких, полученные без фильтрации измеренных напряжений между электродами на поверхности грудной клетки в условиях высокого уровня шумов измеренных напряжений на поверхности грудной клетки, а также график средних значений Ψ(t) векторов измеренных напряжений ΔФ(ti) между электродами на поверхности грудной клетки, коррелирующий с общей вентиляцией легких.
Рассмотрим пример последовательности действий для реализации предложенного с способа. Сперва производят подготовку к мониторингу поля изменения проводимости грудной полости способом электроимпедансной томографии - наложение электродной системы, настройка параметров подключения источника тока и измерения напряжений. Далее непрерывно формируют векторы напряжений ΔФ(ti) путем измерения разностей потенциалов (напряжений) между электродами на поверхности грудной клетки во время последовательного подключения источника тока к парам электродов на поверхности грудной клетки для формирования одного электроимпедансного изображения. Путем добавления нового столбца с данными из вектора ΔФ(ti) формируют массив напряжений на поверхности грудной клетки ΔФ(t), на основе которого определяют частоту дыхательных движений FЧДД и частоту сердечных сокращений FЧСС. Определяют частоту среза Fc фильтра нижних частот исходя из условия:
FЧДД<Fc<FЧСС,
Для этого может быть использована, например, формула:
Fc= FЧДД + ( FЧСС - FЧДД)/2.
Формируют массив фильтрованных напряжений между электродами на поверхности грудной клетки ΔФФ(t) путем фильтрации значений массива ΔФ(t) по строкам с помощью фильтра нижних частот с частотой среза, определенной ранее. При этом снижается уровень шумов измеренных напряжений между электродами на поверхности грудной клетки и исключается перфузионная составляющая изменения напряжений между электродами на поверхности грудной клетки. На основании сформированного массива ΔФФ(t) производят реконструкцию поля изменения проводимости грудной полости. Благодаря фильтрации полученное поле изменения проводимости грудной полости содержит лишь составляющую, вызванную вентиляцией легких. Благодаря тому, что длинна вектора, описывающего поле изменения проводимости грудной полости значительно меньше длинны вектора, хранящего напряжения между электродами на поверхности грудной клетки, удается сохранить невысокие требования к вычислительной мощности вычислительного блока устройства. Затем визуализируют реконструированное ранее поле изменения проводимости грудной полости, вызванное вентиляцией легких.
Claims (3)
- Способ мониторинга поля вентиляции легких, включающий непрерывные измерения напряжений между электродами на поверхности грудной клетки во время последовательного подключения источника тока к парам электродов на поверхности грудной клетки, реконструкцию поля изменения проводимости грудной полости, фильтрацию и визуализацию составляющей поля изменения проводимости грудной полости, вызванной вентиляцией легких, отличающийся тем, что перед реконструкцией поля изменения проводимости грудной полости осуществляют фильтрацию измеренных напряжений между электродами на поверхности грудной клетки, причем значение частоты среза фильтра нижних частот подбирают в соответствии с условием:
- FЧДД<Fс<FЧСС,
- где Fc - частота среза фильтра нижних частот, FЧСС - частота сердечных сокращений, FЧДД - частота дыхательных движений, а визуализацию составляющей поля изменения проводимости грудной полости, вызванной вентиляцией легких, осуществляют после реконструкции поля изменения проводимости грудной полости.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020132139A RU2749298C1 (ru) | 2020-09-30 | 2020-09-30 | Способ визуализации поля вентиляции легких на основе электроимпедансной томографии |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020132139A RU2749298C1 (ru) | 2020-09-30 | 2020-09-30 | Способ визуализации поля вентиляции легких на основе электроимпедансной томографии |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2749298C1 true RU2749298C1 (ru) | 2021-06-08 |
Family
ID=76301385
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020132139A RU2749298C1 (ru) | 2020-09-30 | 2020-09-30 | Способ визуализации поля вентиляции легких на основе электроимпедансной томографии |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2749298C1 (ru) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2119520B (en) * | 1982-04-30 | 1985-05-15 | Brian Hilton Brown | Tomography |
RU2127075C1 (ru) * | 1996-12-11 | 1999-03-10 | Корженевский Александр Владимирович | Способ получения томографического изображения тела и электроимпедансный томограф |
RU109394U1 (ru) * | 2011-04-20 | 2011-10-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Импедансные медицинские технологии" | Электроимпедансный томограф |
-
2020
- 2020-09-30 RU RU2020132139A patent/RU2749298C1/ru active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2119520B (en) * | 1982-04-30 | 1985-05-15 | Brian Hilton Brown | Tomography |
RU2127075C1 (ru) * | 1996-12-11 | 1999-03-10 | Корженевский Александр Владимирович | Способ получения томографического изображения тела и электроимпедансный томограф |
RU109394U1 (ru) * | 2011-04-20 | 2011-10-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Импедансные медицинские технологии" | Электроимпедансный томограф |
Non-Patent Citations (4)
Title |
---|
ZADEHKOOCHAK M. et al. Pulmonary perfusion and ventricular ejection imaging by frequency domain filtering of EIT (electrical impedance tomography) images. Clin Phys Physiol Meas. 1992; 13 Suppl A:191-6. * |
КОЛОМИЕЦ В.Я. Электроимпедансная томография - новый метод респираторного мониторинга. Поликлиника. 2013, номер 1-2, стр. 34-35. * |
КУЧЕР А И. и др. Исследование помехоустойчивости методов оценки функционального состояния внутренних структур биологических обьектов при электроимпедансной томографии (на примере легких человека). Современные наукоемкие технологии. 2019, номер 2, стр. 100-104. * |
КУЧЕР А И. и др. Исследование помехоустойчивости методов оценки функционального состояния внутренних структур биологических обьектов при электроимпедансной томографии (на примере легких человека). Современные наукоемкие технологии. 2019, номер 2, стр. 100-104. КОЛОМИЕЦ В.Я. Электроимпедансная томография - новый метод респираторного мониторинга. Поликлиника. 2013, номер 1-2, стр. 34-35. ZADEHKOOCHAK M. et al. Pulmonary perfusion and ventricular ejection imaging by frequency domain filtering of EIT (electrical impedance tomography) images. Clin Phys Physiol Meas. 1992; 13 Suppl A:191-6. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Frerichs | Electrical impedance tomography (EIT) in applications related to lung and ventilation: a review of experimental and clinical activities | |
US8694089B2 (en) | Apparatus and method for estimating stroke volume of the heart using bio-impedance techniques | |
Brown et al. | Cardiac and respiratory related electrical impedance changes in the human thorax | |
US5746214A (en) | Investigation of a body | |
Harris et al. | Applications of applied potential tomography (APT) in respiratory medicine | |
Brown et al. | Multi-frequency imaging and modelling of respiratory related electrical impedance changes | |
RU2127075C1 (ru) | Способ получения томографического изображения тела и электроимпедансный томограф | |
SE466987B (sv) | Anordning foer djupselektiv icke-invasiv, lokal maetning av elektrisk impedans i organiska och biologiska material samt prob foer maetning av elektrisk impedans | |
Schlebusch et al. | On the road to a textile integrated bioimpedance early warning system for lung edema | |
Arad et al. | The detection of pleural effusion using a parametric EIT technique | |
US20170079544A1 (en) | Apparatus for diagnosing and imaging obstruction of upper airway in real time by using electrical impedance tomography | |
CN107205683A (zh) | 用于监测生物体的内部电阻抗的方法和系统 | |
Smallwood et al. | A comparison of neonatal and adult lung impedances derived from EIT images | |
RU2749298C1 (ru) | Способ визуализации поля вентиляции легких на основе электроимпедансной томографии | |
Zhang et al. | Non-invasive determination of absolute lung resistivity in adults using electrical impedance tomography | |
RU2748900C1 (ru) | Способ визуализации поля перфузии тканей грудной полости на основе электроимпедансной томографии | |
Kadir et al. | Focused impedance method to detect localized lung ventilation disorders in combination with conventional spirometry | |
Aleksanyan et al. | Method of lungs regional ventilation function assessment on the basis of continuous lung monitoring results using multi-angle electrical impedance tomography | |
Chen et al. | Lung ventilation reconstruction by electrical impedance tomography based on physical information | |
CN114129146A (zh) | 肺灌注的阻抗数据的分析装置、分析方法及介质 | |
RU2810360C1 (ru) | Способ подбора частоты инжектируемого тока для персонализации мониторинга на основе многочастотной ЭИТ | |
Hahn et al. | Improvements in the image quality of ventilatory tomograms by electrical impedance tomography | |
Lee et al. | Multi-channel trans-impedance leadforming for cardiopulmonary monitoring: algorithm development and feasibility assessment using in vivo animal data | |
KR102407355B1 (ko) | 비침습적으로 기류성분과 혈류성분을 분리하여 측정하는 장치 및 그 방법 | |
Levin et al. | Problems in the Implementation of Electrical Impedance Tomography |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20210830 |