Tomographie par impédance électrique - Electrical impedance tomography

Tomographie par impédance électrique
CT du thorax humain montrant les chemins actuels pour l'EIT corrigé.jpg
Figure 1 : Une coupe transversale d'un thorax humain à partir d'un scanner à rayons X montrant les lignes de courant et les équipotentiels des électrodes d'entraînement. Notez comment les lignes sont courbées par le changement de conductivité entre les différents organes.
Objectif les mesures sont utilisées pour former une image tomographique d'une partie du corps humain

La tomographie par impédance électrique ( EIT ) est un type non invasif d' imagerie médicale dans lequel la conductivité électrique , la permittivité et l' impédance d'une partie du corps sont déduites des mesures des électrodes de surface et utilisées pour former une image tomographique de cette partie. La conductivité électrique varie considérablement entre les différents tissus biologiques (EIT absolu) ou le mouvement des fluides et des gaz à l'intérieur des tissus (différence EIT). La majorité des systèmes EIT appliquent de petits courants alternatifs à une seule fréquence, cependant, certains systèmes EIT utilisent plusieurs fréquences pour mieux différencier les tissus normaux et suspectés d'anomalies dans le même organe (EIT multifréquence ou spectroscopie d'impédance électrique).

En règle générale, des électrodes de surface conductrices sont fixées à la peau autour de la partie du corps examinée. De faibles courants alternatifs seront appliqués à certaines ou à toutes les électrodes, les équipotentielles résultantes étant enregistrées à partir des autres électrodes (figures 1 et 2). Ce processus sera ensuite répété pour de nombreuses configurations d'électrodes différentes et aboutira finalement à un tomogramme bidimensionnel selon les algorithmes de reconstruction d'image incorporés.

Étant donné que la teneur en ions libres détermine la conductivité des tissus et des fluides, les muscles et le sang conduiront mieux les courants appliqués que les tissus adipeux, osseux ou pulmonaires. Cette propriété peut être utilisée pour reconstruire des images statiques par EIT morphologique ou absolu (a-EIT). Cependant, contrairement aux rayons X linéaires utilisés en tomodensitométrie, les courants électriques se déplacent en trois dimensions le long du chemin de moindre résistivité. Cela signifie qu'une partie du courant électrique quitte le plan transversal et entraîne un transfert d'impédance. Ceci et d'autres facteurs sont la raison pour laquelle la reconstruction d'image en EIT absolu est si difficile, car il existe généralement plus d'une solution pour la reconstruction d'image d'une zone tridimensionnelle projetée sur un plan bidimensionnel.

Mathématiquement, le problème de la récupération de la conductivité à partir des mesures de surface de courant et de potentiel est un problème inverse non linéaire et est gravement mal posé . La formulation mathématique du problème est due à Alberto Calderón , et dans la littérature mathématique des problèmes inverses, il est souvent appelé « problème inverse de Calderón » ou « problème de Calderón ». Il existe des recherches mathématiques approfondies sur le problème de l'unicité de la solution et des algorithmes numériques pour ce problème.

Par rapport aux conductivités tissulaires de la plupart des autres tissus mous du thorax humain, la conductivité des tissus pulmonaires est environ cinq fois inférieure, ce qui entraîne un contraste absolu élevé. Cette caractéristique peut expliquer en partie la quantité de recherches menées en imagerie pulmonaire EIT. De plus, la conductivité pulmonaire fluctue intensément au cours du cycle respiratoire, ce qui explique l'immense intérêt de la communauté des chercheurs à utiliser l'EIT comme méthode de chevet pour visualiser l'inhomogénéité de la ventilation pulmonaire chez les patients ventilés mécaniquement. Les mesures EIT entre deux ou plusieurs états physiologiques, par exemple entre l'inspiration et l'expiration, sont donc appelées différence de temps EIT (td-EIT).

L'EIT de différence de temps (td-EIT) présente un avantage majeur par rapport à l'EIT absolu (a-EIT) : les inexactitudes résultant de l'anatomie interindividuelle, le contact cutané insuffisant des électrodes de surface ou le transfert d'impédance peuvent être ignorés car la plupart des artefacts s'élimineront d'eux-mêmes en raison d'une simple soustraction d'image dans le f-EIT. C'est probablement la raison pour laquelle, à ce jour, les plus grands progrès de la recherche EIT ont été réalisés avec la différence EIT.

D'autres applications EIT proposées incluent la détection/localisation du cancer dans la peau , le sein ou le col de l'utérus , la localisation des foyers épileptiques , l'imagerie de l'activité cérébrale. ainsi qu'un outil de diagnostic pour la vidange gastrique altérée. Les tentatives de détection ou de localisation d'une pathologie tissulaire dans un tissu normal reposent généralement sur l'EIT multifréquence (MF-EIT), également appelée spectroscopie d'impédance électrique (EIS) et sont basées sur des différences de modèles de conductance à différentes fréquences.

L'invention de l'EIT en tant que technique d'imagerie médicale est généralement attribuée à John G. Webster et à une publication en 1978, bien que la première réalisation pratique d'un système médical EIT ait été détaillée en 1984 grâce aux travaux de David C. Barber et Brian H. Marron . Ensemble, Brown et Barber ont publié le premier tomogramme d'impédance électrique en 1983, visualisant la section transversale d'un avant-bras humain par EIT absolu. Même s'il y a eu des progrès substantiels entre-temps, la plupart des applications a-EIT sont encore considérées comme expérimentales. Cependant, deux dispositifs f-EIT commerciaux pour la surveillance de la fonction pulmonaire chez les patients en soins intensifs ont été introduits tout récemment.

Une technique similaire à l'EIT est utilisée en géophysique et en surveillance des processus industriels – la tomographie par résistivité électrique . Par analogie à l'EIT, des électrodes de surface sont placées sur la terre, dans des trous de forage, ou dans un récipient ou un tuyau afin de localiser des anomalies de résistivité ou de surveiller des mélanges de fluides conducteurs. Les techniques d'installation et de reconstruction sont comparables à l'EIT. En géophysique, l'idée date des années 1930.

La tomographie par résistivité électrique a également été proposée pour cartographier les propriétés électriques des substrats et des films minces pour des applications électroniques.

Théorie

Dans ce prototype, les électrodes sont fixées autour d'un pamplemousse qui représente une tête d'enfant. Du liquide est injecté dans le pamplemousse pour imiter une hémorragie cérébrale.

Comme mentionné précédemment, la conductivité électrique et la permittivité varient selon les types de tissus biologiques et dépendent de leur teneur en ions libres. D'autres facteurs affectant la conductivité comprennent la température et d'autres facteurs physiologiques, par exemple le cycle respiratoire entre l'entrée et l'expiration lorsque le tissu pulmonaire devient plus conducteur en raison de la teneur plus faible en air isolant dans ses alvéoles.

Après avoir positionné des électrodes de surface à travers des électrodes adhésives, une ceinture d'électrodes ou un gilet d'électrodes conducteur autour de la partie du corps d'intérêt, des courants alternatifs de quelques milliampères à une fréquence de 10 à 100 kHz seront appliqués sur deux électrodes d'entraînement ou plus. Les électrodes restantes seront utilisées pour mesurer la tension résultante. La procédure sera ensuite répétée pour de nombreux "modèles de stimulation", par exemple des paires successives d'électrodes adjacentes jusqu'à ce qu'un cercle entier soit terminé et que la reconstruction d'image puisse être effectuée et affichée par une station de travail numérique qui intègre des algorithmes mathématiques complexes et des données a priori .

Le courant lui-même est appliqué à l'aide de sources de courant , soit une seule source de courant commutée entre les électrodes à l'aide d'un multiplexeur, soit un système de convertisseurs tension-courant , un pour chaque électrode, chacun contrôlé par un convertisseur numérique-analogique . Les mesures peuvent encore être effectuées soit par un seul circuit de mesure de tension multiplexé sur les électrodes, soit par un circuit séparé pour chaque électrode. Les systèmes EIT antérieurs utilisaient encore un circuit de démodulation analogique pour convertir la tension alternative en un niveau de courant continu avant de la faire passer par un convertisseur analogique-numérique . Les systèmes plus récents convertissent le signal alternatif directement avant d'effectuer la démodulation numérique. Selon les indications, certains systèmes EIT sont capables de fonctionner à plusieurs fréquences et de mesurer à la fois l'amplitude et la phase de la tension. Les tensions mesurées sont transmises à un ordinateur pour effectuer la reconstruction et l'affichage de l'image. Le choix des modèles de courant (ou de tension) affecte de manière significative le rapport signal sur bruit. Avec des appareils capables d'alimenter simultanément toutes les électrodes (comme ACT3), il est possible de déterminer de manière adaptative les modèles de courant optimaux.

Si les images doivent être affichées en temps réel, une approche typique est l'application d'une certaine forme d' inverse régularisé d'une linéarisation du problème direct ou une version rapide d'une méthode de reconstruction directe telle que la méthode D-bar. La plupart des systèmes pratiques utilisés dans l'environnement médical génèrent une « image de différence », c'est-à-dire que les différences de tension entre deux points temporels sont multipliées à gauche par l'inverse régularisé pour calculer une différence approximative entre les images de permittivité et de conductivité. Une autre approche consiste à construire un modèle d' éléments finis du corps et à ajuster les conductivités (par exemple en utilisant une variante de la méthode de Levenburg-Marquart ) pour s'adapter aux données mesurées. C'est plus difficile car cela nécessite une forme de corps précise et la position exacte des électrodes.

Une grande partie du travail fondamental qui sous-tend l'impédance électrique a été effectuée à l'Institut polytechnique Rensselaer à partir des années 1980. Voir aussi les travaux publiés en 1992 du Glenfield Hospital Project (référence manquante).

Les approches EIT absolues visent la reconstruction numérique d'images statiques, c'est-à-dire des représentations bidimensionnelles de l'anatomie dans la partie du corps d'intérêt. Comme mentionné ci-dessus et contrairement aux rayons X linéaires en tomodensitométrie , les courants électriques se déplacent en trois dimensions le long du chemin de moindre résistivité (figure 1), ce qui entraîne une perte partielle du courant électrique appliqué (transfert d'impédance, par exemple en raison du flux sanguin à travers le plan transversal). C'est l'une des raisons pour lesquelles la reconstruction d'image en EIT absolu est si complexe, car il existe généralement plus d'une solution pour la reconstruction d'image d'une zone tridimensionnelle projetée sur un plan bidimensionnel. Une autre difficulté est qu'étant donné le nombre d'électrodes et la précision de mesure à chaque électrode, seuls les objets plus gros qu'une taille donnée peuvent être distingués. Cela explique la nécessité d'algorithmes mathématiques très sophistiqués qui s'attaqueront au problème inverse et à son caractère mal posé.

D'autres difficultés dans l'EIT absolu découlent des différences inter et intra-individuelles de conductivité des électrodes avec une distorsion d'image et des artefacts associés. Il est également important de garder à l'esprit que la partie du corps d'intérêt est rarement précisément ronde et que l'anatomie interindividuelle varie, par exemple la forme du thorax, affectant l'espacement des électrodes individuelles. Les données a priori tenant compte de l'anatomie typique de l'âge, de la taille et du sexe peuvent réduire la sensibilité aux artefacts et à la distorsion de l'image. L'amélioration du rapport signal sur bruit, par exemple en utilisant des électrodes à surface active, réduit encore les erreurs d'imagerie. Certains des derniers systèmes EIT avec électrodes actives surveillent les performances des électrodes via un canal supplémentaire et sont capables de compenser un contact cutané insuffisant en les supprimant des mesures.

Décalage horaire EIT contourne la plupart de ces problèmes en enregistrant des mesures chez le même individu entre deux ou plusieurs états physiologiques associés à des changements de conductivité linéaire. L'un des meilleurs exemples de cette approche est le tissu pulmonaire pendant la respiration en raison des changements de conductivité linéaire entre l'inspiration et l'expiration qui sont causés par des contenus variables d'air isolant au cours de chaque cycle respiratoire. Cela permet la soustraction numérique des mesures enregistrées obtenues pendant le cycle respiratoire et donne des images fonctionnelles de la ventilation pulmonaire. Un avantage majeur est que les changements relatifs de conductivité restent comparables entre les mesures même si l'une des électrodes d'enregistrement est moins conductrice que les autres, réduisant ainsi la plupart des artefacts et des distorsions d'image. Cependant, l'incorporation d' ensembles de données a priori ou de maillages dans la différence EIT est toujours utile afin de projeter des images sur la morphologie d'organe la plus probable, qui dépend du poids, de la taille, du sexe et d'autres facteurs individuels.

Le projet open source EIDORS fournit une suite de programmes (écrits en Matlab / GNU_Octave ) pour la reconstruction et l'affichage des données sous licence GNU GPL. La méthode D-bar non linéaire directe pour la reconstruction EIT non linéaire est disponible dans le code Matlab à [2] .

L'Open Innovation EIT Research Initiative vise à faire progresser le développement de la tomographie par impédance électrique (EIT) en général et à accélérer à terme son adoption clinique. Un pack matériel et logiciel EIT plug-and-play est disponible auprès de Swisstom et peut être acquis au prix de revient net. La reconstruction d'images et le traitement des données brutes obtenues avec cet ensemble peuvent être effectués sans aucune limitation par les outils logiciels fournis par EIDORS.

Propriétés

Contrairement à la plupart des autres techniques d'imagerie tomographique, l'EIT n'applique aucun type de rayonnement ionisant. Les courants généralement appliqués dans l'EIT sont relativement faibles et certainement inférieurs au seuil auquel ils provoqueraient une stimulation nerveuse significative. La fréquence du courant alternatif est suffisamment élevée pour ne pas engendrer d'effets électrolytiques dans le corps et la puissance ohmique dissipée est suffisamment faible et diffusée sur le corps pour être facilement manipulée par le système de thermorégulation du corps. Ces propriétés qualifient l'EIT d'être appliqué en continu chez l'homme, par exemple pendant la ventilation mécanique dans une unité de soins intensifs (USI). Parce que l'équipement nécessaire pour effectuer l'EIT est beaucoup plus petit et moins coûteux qu'en tomographie conventionnelle, l'EIT se qualifie pour la visualisation continue en temps réel de la ventilation pulmonaire directement au chevet du patient. L'inconvénient majeur de l'EIT par rapport à la tomographie conventionnelle est sa résolution spatiale maximale inférieure (environ 15 % du diamètre du réseau d'électrodes en EIT contre 1 mm en CT et IRM). Cependant, la résolution peut être améliorée en utilisant 32 au lieu de 16 électrodes. La qualité de l'image peut être encore améliorée en construisant un système EIT avec des électrodes de surface actives, qui réduisent considérablement la perte de signal, les artefacts et les interférences associés aux câbles ainsi que la longueur et la manipulation des câbles. Contrairement à la résolution spatiale, la résolution temporelle de l'EIT (0,1 milliseconde) est beaucoup plus élevée qu'en TDM ou IRM (0,1 seconde).

Applications

Poumon (a-EIT, td-EIT)

L'EIT est particulièrement utile pour surveiller la fonction pulmonaire car la résistivité des tissus pulmonaires est cinq fois supérieure à celle de la plupart des autres tissus mous du thorax. Il en résulte un contraste absolu élevé des poumons. De plus, la résistivité pulmonaire augmente et diminue plusieurs fois entre l'inspiration et l'expiration, ce qui explique pourquoi la surveillance de la ventilation est actuellement l'application clinique la plus prometteuse de l'EIT, car la ventilation mécanique entraîne fréquemment une lésion pulmonaire associée au ventilateur (VALI). La faisabilité de l'EIT pour l'imagerie pulmonaire a été démontrée pour la première fois au Rensselaer Polytechnic Institute en 1990 à l'aide de l'algorithme NOSER. Décalage horaire L'EIT peut résoudre les changements dans la distribution des volumes pulmonaires entre les régions pulmonaires dépendantes et non dépendantes et aider à ajuster les paramètres du ventilateur pour fournir une ventilation protectrice pulmonaire aux patients pendant une maladie grave ou une anesthésie.

La plupart des études EIT se sont concentrées sur la surveillance de la fonction pulmonaire régionale en utilisant les informations déterminées par la différence de temps EIT (td-EIT). Cependant, l'EIT absolu (a-EIT) a également le potentiel de devenir un outil cliniquement utile pour l'imagerie pulmonaire, car cette approche permettrait de distinguer directement les affections pulmonaires résultant de régions à faible résistivité (par exemple, hémothorax, épanchement pleural, atélectasie, œdème pulmonaire) et ceux présentant une résistivité plus élevée (p. ex. pneumothorax, emphysème).

Électrodes adhésives sur la poitrine d'un bébé de 10 jours
Reconstruction de l'EIT (à gauche) et changement d'impédance sur six respirations, à partir de. Données disponibles sur

L'image ci-dessus montre une étude EIT d'un bébé de 10 jours respirant normalement avec 16 électrodes adhésives appliquées sur la poitrine.

La reconstruction d'image à partir de mesures d'impédance absolue nécessite la prise en compte des dimensions et de la forme exactes d'un corps ainsi que de l'emplacement précis de l'électrode, car des hypothèses simplifiées entraîneraient des artefacts de reconstruction majeurs. Alors que des études initiales évaluant les aspects de l'EIT absolu ont été publiées, ce domaine de recherche n'a pas encore atteint le niveau de maturité qui le rendrait adapté à une utilisation clinique.

En revanche, la différence de temps EIT détermine les changements d'impédance relative qui peuvent être causés soit par la ventilation, soit par des changements du volume pulmonaire en fin d'expiration. Ces changements relatifs sont référés à un niveau de base, qui est typiquement défini par la distribution d'impédance intra-thoracique à la fin de l'expiration. Les images EIT de décalage horaire peuvent être générées en continu et directement au chevet du patient. Ces attributs rendent la surveillance régionale de la fonction pulmonaire particulièrement utile chaque fois qu'il est nécessaire d'améliorer l'oxygénation ou l' élimination du CO 2 et lorsque les modifications thérapeutiques visent à obtenir une distribution de gaz plus homogène chez les patients ventilés mécaniquement. L'imagerie pulmonaire EIT peut résoudre les changements dans la distribution régionale des volumes pulmonaires entre, par exemple, les régions pulmonaires dépendantes et non dépendantes lorsque les paramètres du ventilateur sont modifiés. Ainsi, les mesures EIT peuvent être utilisées pour guider les réglages spécifiques du ventilateur afin de maintenir une ventilation protectrice pulmonaire pour chaque patient.

Outre l'applicabilité de l'EIT dans l'USI, les premières études avec des patients respirant spontanément révèlent d'autres applications prometteuses. La haute résolution temporelle de l'EIT permet une évaluation régionale des paramètres dynamiques communs utilisés dans les tests de fonction pulmonaire (par exemple, le volume expiratoire forcé en 1 seconde). De plus, des méthodes de fusion d'images spécialement développées superposant des données EIT fonctionnelles avec des données morphologiques de patients (par exemple, des images CT ou IRM ) peuvent être utilisées pour obtenir un aperçu complet de la physiopathologie des poumons, ce qui pourrait être utile pour les patients souffrant de maladies pulmonaires obstructives ( ex. MPOC , CF ).

Après de nombreuses années de recherche sur l'EIT pulmonaire avec des équipements EIT provisoires ou des modèles de série fabriqués en très petit nombre, deux systèmes commerciaux pour l'EIT pulmonaire ont récemment fait leur entrée sur le marché de la technologie médicale : le PulmoVista® 500 de Dräger et le Swisstom BB 2 de Swisstom AG . Les deux modèles sont actuellement installés dans les unités de soins intensifs et sont déjà utilisés comme aides à la prise de décision liées au traitement des patients atteints du syndrome de détresse respiratoire aiguë (SDRA).

La disponibilité croissante de systèmes EIT commerciaux dans les unités de soins intensifs montrera si les preuves prometteuses obtenues à partir de modèles animaux s'appliqueront également aux humains (recrutement pulmonaire guidé par l'EIT, sélection des niveaux optimaux de PEP, détection du pneumothorax, prévention des lésions pulmonaires associées au ventilateur ( VALI), etc.). Cela serait hautement souhaitable, étant donné que des études récentes suggèrent que 15 % des patients ventilés mécaniquement dans les soins intensifs développeront une lésion pulmonaire aiguë (ALI) accompagnée d'un collapsus pulmonaire progressif et associé à une mortalité apparemment élevée de 39 %. Tout récemment, le premier essai animal prospectif sur la ventilation mécanique guidée par EIT et ses résultats pourraient démontrer des avantages significatifs en ce qui concerne la mécanique respiratoire, les échanges gazeux et les signes histologiques de lésions pulmonaires associées au ventilateur.

En plus des informations visuelles (par exemple, la distribution régionale du volume courant), les mesures EIT fournissent des ensembles de données brutes qui peuvent être utilisées pour calculer d'autres informations utiles (par exemple, les changements de volume de gaz intrathoracique au cours d'une maladie grave). validation.

Un autre aspect intéressant de l'EIT thoracique est sa capacité à enregistrer et filtrer les signaux pulsatiles de perfusion. Bien que des études prometteuses aient été publiées sur ce sujet, cette technologie n'en est encore qu'à ses débuts. Une percée permettrait la visualisation simultanée du flux sanguin régional et de la ventilation régionale - permettant aux cliniciens de localiser et de réagir aux shunts physiologiques causés par les inadéquations régionales de la ventilation et de la perfusion pulmonaires avec une hypoxémie associée.

Sein (MF-EIT)

L'EIT est à l'étude dans le domaine de l'imagerie du sein en tant que technique alternative/complémentaire à la mammographie et à l'imagerie par résonance magnétique (IRM) pour la détection du cancer du sein. La faible spécificité de la mammographie et de l'IRM se traduit par un taux de dépistages faux positifs relativement élevé, avec une détresse élevée pour les patientes et un coût pour les structures de soins. Le développement de techniques d'imagerie alternatives pour cette indication serait souhaitable en raison des lacunes des méthodes existantes : rayonnements ionisants en mammographie et risque d'induire une fibrose systémique néphrogénique (FSN) chez les patientes ayant une fonction rénale diminuée par l'administration du produit de contraste utilisé en IRM mammaire. , Gadolinium .

La littérature montre que les propriétés électriques diffèrent entre les tissus mammaires normaux et malins, ouvrant la voie à la détection du cancer grâce à la détermination des propriétés électriques.

L'un des premiers développements commerciaux de l'imagerie par impédance électrique non tomographique a été le dispositif T-Scan, qui améliore la sensibilité et la spécificité lorsqu'il est utilisé comme complément à la mammographie de dépistage. Un rapport de la Food and Drug Administration (FDA) des États-Unis décrit une étude portant sur 504 sujets où la sensibilité de la mammographie était de 82 %, 62 % pour le T-Scan seul et 88 % pour les deux combinés. La spécificité était de 39 % pour la mammographie, de 47 % pour le T-Scan seul et de 51 % pour les deux combinés.

Plusieurs groupes de recherche à travers le monde développent activement la technique. Un balayage de fréquence semble être une technique efficace pour détecter le cancer du sein à l'aide de l'EIT.

Le brevet américain US 8 200 309 B2 combine un balayage d'impédance électrique avec une imagerie de densité de courant à basse fréquence par résonance magnétique dans une configuration cliniquement acceptable ne nécessitant pas l'utilisation d'un rehaussement de chélate de gadolinium dans la mammographie par résonance magnétique.

Col de l'utérus (MF-EIT)

En plus de son rôle de pionnier dans le développement des premiers systèmes EIT à Sheffield, le professeur Brian H. Brown est actuellement actif dans la recherche et le développement d'un spectroscope d'impédance électrique basé sur MF-EIT. Selon une étude publiée par Brown en 2000, le MF-EIT est capable de prédire les [néoplasies intraépithéliales cervicales] (CIN) grades 2 et 3 selon le frottis Pap avec une sensibilité et une spécificité de 92% chacun. Il n'a pas encore été décidé si la MF-EIT cervicale sera introduite en complément ou en alternative au frottis. Brown est le fondateur académique de Zilico Limited qui distribue le spectroscope (ZedScan I). L'appareil a reçu la certification CE de son organisme notifié en 2013 et est actuellement en cours d'introduction dans un certain nombre de cliniques au Royaume-Uni et dans les systèmes de santé du monde entier.

Cerveau (a-EIT, td-EIT, mf-EIT)

L'EIT a été suggérée comme base pour l'imagerie cérébrale pour permettre la détection et la surveillance de l'ischémie cérébrale , de l' hémorragie et d'autres pathologies morphologiques associées aux changements d'impédance dus au gonflement des cellules neuronales, c'est-à-dire l' hypoxémie et l' hypoglycémie cérébrales .

Alors que la résolution spatiale maximale de l'EIT d'environ 15 % du diamètre du réseau d'électrodes est nettement inférieure à celle du scanner cérébral ou de l'IRM (environ un millimètre), la résolution temporelle de l'EIT est bien supérieure à celle du scanner ou de l'IRM (0,1 milliseconde contre 0,1 seconde) . Cela rend l'EIT également intéressant pour surveiller la fonction cérébrale normale et l'activité neuronale dans les unités de soins intensifs ou le cadre préopératoire pour la localisation des foyers épileptiques par des enregistrements télémétriques.

Holder a pu démontrer en 1992 que les changements d'impédance intracérébrale peuvent être détectés de manière non invasive à travers le crâne par des mesures d'électrodes de surface. Les modèles animaux d'AVC ou de crises expérimentaux ont montré des augmentations d'impédance allant jusqu'à 100 % et 10 %, respectivement. Les systèmes EIT plus récents offrent la possibilité d'appliquer des courants alternatifs à partir d'électrodes d'entraînement non adjacentes. Jusqu'à présent, l'EIT cérébrale n'a pas encore atteint la maturité pour être adoptée en routine clinique, mais des études cliniques sont actuellement en cours sur l'AVC et l'épilepsie.

Dans cette utilisation, l'EIT dépend de l'application de courants à basse fréquence au-dessus du crâne, d'environ < 100 Hz, car pendant le repos neuronal à cette fréquence, ces courants restent dans l' espace extracellulaire et sont donc incapables d'entrer dans l'espace intracellulaire au sein des neurones. Cependant, lorsqu'un neurone génère un potentiel d'action ou est sur le point d'être dépolarisé , la résistance de sa membrane empêchant cela sera réduite de quatre-vingts fois. Chaque fois que cela se produit dans un plus grand nombre de neurones, des changements de résistivité d'environ 0,06 à 1,7 % en résulteront. Ces changements de résistivité fournissent un moyen de détecter une activité neuronale cohérente à travers un plus grand nombre de neurones et donc l'imagerie tomographique de l'activité du cerveau neural.

Malheureusement, bien que de tels changements soient détectables, "ils sont tout simplement trop petits pour permettre une production fiable d'images". Les perspectives d'utilisation de cette technique pour cette indication dépendront de l'amélioration du traitement ou de l'enregistrement du signal.

Une étude a rapporté en juin 2011 que la tomographie par impédance électrique fonctionnelle par évocation de la réponse (fEITER) a été utilisée pour imager les changements de l'activité cérébrale après l'injection d'un anesthésique. L'un des avantages de la technique est que l'équipement requis est suffisamment petit et facile à transporter pour qu'il puisse être utilisé pour surveiller la profondeur de l'anesthésie dans les salles d'opération.

Perfusion (td-EIT)

En raison de sa conductivité relativement élevée, le sang peut être utilisé pour l'imagerie fonctionnelle de la perfusion dans les tissus et les organes caractérisés par des conductivités plus faibles, par exemple pour visualiser la perfusion pulmonaire régionale. L'arrière-plan de cette approche est que l'impédance tissulaire pulsatile change en fonction des différences de remplissage des vaisseaux sanguins entre la systole et la diastole, en particulier lors de l'injection d'une solution saline comme agent de contraste.

Médecine du sport / soins à domicile (a-EIT, td-EIT)

Les mesures d'impédance électrique peuvent également être utilisées pour calculer des paramètres abstraits, c'est-à-dire des informations non visuelles. Les progrès récents de la technologie EIT ainsi que le nombre inférieur d'électrodes nécessaires pour enregistrer des paramètres globaux plutôt que régionaux chez des individus sains peuvent être utilisés pour la détermination non invasive de la VO 2 ou de la pression artérielle en médecine sportive ou en soins à domicile, par exemple.

Systèmes commerciaux

a-EIT et td-EIT

Même si les systèmes EIT médicaux n'avaient pas été largement utilisés jusqu'à récemment, plusieurs fabricants d'équipements médicaux ont fourni des versions commerciales de systèmes d'imagerie pulmonaire développés par des groupes de recherche universitaires. Le premier système de ce type est produit par Maltron International qui distribue le système Sheffield Mark 3.5 avec 16 électrodes. Des systèmes similaires sont le système Goe MF II développé par l' Université de Göttingen , en Allemagne et distribué par CareFusion (16 électrodes) ainsi que le Enlight 1800 développé à l'École de médecine de l'Université de São Paulo et à l'Institut polytechnique de l'Université de São Paulo. , Brésil qui est distribué par Timpel SA (32 électrodes). Ces systèmes sont généralement conformes à la législation sur la sécurité médicale et ont été principalement utilisés par des groupes de recherche clinique dans les hôpitaux, la plupart d'entre eux en soins intensifs .

Le premier dispositif EIT pour la surveillance de la fonction pulmonaire conçu pour une utilisation clinique quotidienne dans un environnement de soins intensifs a été mis à disposition par Dräger Medical en 2011 : le PulmoVista® 500 (système à 16 électrodes). Un autre système EIT commercial conçu pour surveiller la fonction pulmonaire en réanimation est basé sur 32 électrodes actives et a été présenté pour la première fois au congrès annuel de l' ESICM en 2013 – le Swisstom BB 2 . Entre - temps, Swisstom AG de BB Swisstom 2 a été mis sur le marché au Symposium international de 2014 sur les soins intensifs et la médecine d' urgence ( ISICEM ) et seront distribués en Europe occidentale grâce à un partenariat entre Swisstom et Maquet .

MF-EIT

Les systèmes multifréquence-EIT (MF-EIT) ou de spectroscopie d'impédance électrique (EIS) sont généralement conçus pour détecter ou localiser des tissus anormaux, par exemple des lésions précancéreuses ou un cancer. Impedance Medical Technologies fabrique des systèmes basés sur des conceptions de l'Institut de recherche en radio-ingénierie et en électronique de l' Académie des sciences de Russie à Moscou, qui visent particulièrement la détection du cancer du sein. La société texane Mirabel Medical Systems, Inc. développe une solution similaire pour la détection non invasive du cancer du sein et propose le T-Scan 2000ED . Zilico Limited distribue un spectroscope d'impédance électrique nommé ZedScan I en tant que dispositif médical censé faciliter la localisation/le diagnostic des néoplasies intraépithéliales cervicales. L'appareil vient de recevoir la certification CE en 2013.

V5R

Le v5r est un appareil hautes performances, basé sur une technique de mesure tension-tension, conçu pour améliorer le contrôle des processus. La fréquence d'images élevée du v5r (plus de 650 images par seconde) signifie qu'il peut être utilisé pour surveiller des processus en évolution rapide ou des conditions de flux dynamiques. Les données qu'il fournit peuvent être utilisées pour déterminer le profil d'écoulement de processus multiphasiques complexes ; permettant aux ingénieurs de faire la distinction entre la laminaire, le bouchon et d'autres conditions d'écoulement importantes pour une meilleure compréhension et un meilleur contrôle du processus.

Lorsqu'il est utilisé pour des mesures de concentration, la capacité de mesurer l'impédance totale sur une large gamme de rapports de phase signifie que le v5r est capable de fournir une précision considérable sur une plage de conductivité plus large par rapport à d'autres appareils.

Voir également

Les références