人胸部電阻抗成像和銅測(cè)量電極系統(tǒng)初步研究

1、<p>　　人胸部電阻抗成像和銅測(cè)量電極系統(tǒng)初步研究</p><p>　　作者：吳小明　董秀珍　秦明新　尤富生　付峰　劉銳崗　史學(xué)濤 </p><p>　　【關(guān)鍵詞】 電阻抗 </p><p>　　關(guān)鍵詞: 電阻抗;電極;胸;肺;體層攝影術(shù)，X線計(jì)算機(jī) </p><p>　　摘 要:目的 由銅構(gòu)建的32測(cè)量電極，安置于人體胸

2、部，觀察肺呼吸時(shí)胸部電阻率的變化情況. 方法 用銅片制成32電極，固定于成年健康男性胸部進(jìn)行測(cè)量，用等位線反投影算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像重構(gòu)計(jì)算. 結(jié)果 獲得了胸部電阻率在肺呼吸時(shí)的變化圖像，圖像顯示肺在呼吸前后，肺部區(qū)域電阻率變化最為明顯. 結(jié)論 用銅實(shí)現(xiàn)的電極系統(tǒng)可以進(jìn)行電阻抗斷層成像（EIT），而且EIT功能成像的特點(diǎn)也得到了進(jìn)一步證實(shí). </p><p>　　Keywords:electric imped

3、ance;electrode;thorax;lung;to-mography，X-ray computed </p><p>　　Abstract:AIM To construct a thoracic electrical impedance tomography（EIT）measurement system which is based on32-electrode made of Copper，and to

4、 explore the correlation between thoracic resistivity change and volume of air breathed.METHODS In vivo measurement of the impedance of healthy adult thorax was made under dynamic conditions.The dynamic images about the

5、resistivity of tho-rax changes were reconstructed by means of backprojecting algorithm.RESULTS Several images of thoracic resistivity var</p><p><b>　　0 引言 </b></p><p>　　目前在體測(cè)量中一般選用Ag

6、/AgCl電極［1-3］ ，雖然其動(dòng)態(tài)性能較好，但氯化銀層易脫落，造成測(cè)量誤差，且氯化銀不穩(wěn)定，見光易分解，不易加工.我們選用比較穩(wěn)定的銅制作測(cè)量電極系統(tǒng)，并對(duì)人體胸部進(jìn)行了電阻抗動(dòng)態(tài)成像，以初步探討銅在EIT測(cè)量系統(tǒng)中的應(yīng)用價(jià)值以及胸部電阻率的變化同肺呼吸之間的關(guān)系. </p><p><b>　　1 材料和方法 </b></p><p>　　1.1 銅電極系統(tǒng)制備

7、 將0.04mm厚銅片加工成2.5cm×1.5cm的電極片共32個(gè)，每個(gè)電極片上焊兩根引線，分別作為驅(qū)動(dòng)線和測(cè)量線.置于前胸和后背附近的電極背面粘上2.5cm×1.5cm×2.5cm泡沫塑料襯片，置于兩腋下附近的電極背面粘上2.5cm×1.5cm×1.5cm泡沫塑料襯片，用以增強(qiáng)彈性、減小電極與皮膚的接觸阻抗.將襯片上粘上尼龍搭扣，每個(gè)電極塊利用尼龍搭扣均勻粘在一腰帶內(nèi)側(cè)，可根據(jù)不同胸

8、圍對(duì)電極位置進(jìn)行調(diào)整，使之均勻分布于胸部周圍.驅(qū)動(dòng)線和測(cè)量線均采用38芯屏蔽電纜.接頭為DB37. </p><p>　　1.2 胸部電阻抗斷層成像測(cè)量系統(tǒng) 測(cè)量系統(tǒng)主要由自制銅電極系統(tǒng)、電阻抗斷層成像系統(tǒng)、PC機(jī)組成，其中電阻抗斷層成像系統(tǒng)采用本校生物醫(yī)學(xué)工程系研制的電阻抗斷層成像系統(tǒng). </p><p>　　1.3 胸部電阻抗成像對(duì)象和方法 5名健康成年男子，平靜站立，清洗電極后擦

9、干，用生理鹽水涂抹每個(gè)電極表面以增強(qiáng)其導(dǎo)電性.將電極腰帶束于胸部，高度與乳突平齊.分別在呼氣末相和吸氣末相時(shí)閉氣并采集數(shù)據(jù).系統(tǒng)采用電流驅(qū)動(dòng)測(cè)量電壓的方法，驅(qū)動(dòng)電流為2.688mA，46.875kHz的交流電.設(shè)一對(duì)相鄰電極對(duì)為驅(qū)動(dòng)電極對(duì)，其余相鄰電極對(duì)為測(cè)量電極對(duì)，照此法重復(fù)所有的電極對(duì)為一次數(shù)據(jù)采集周期.對(duì)每名受試者連續(xù)采集兩次吸氣末相、呼氣末相的數(shù)據(jù)，所采集數(shù)據(jù)用等位線反投影算法重構(gòu)胸部電阻率動(dòng)態(tài)圖像.該電極系統(tǒng)每次采集數(shù)據(jù)需進(jìn)行

10、464=［E（E-3）/2］次獨(dú)立測(cè)量，持續(xù)時(shí)間為15s. </p><p><b>　　2 結(jié)果 </b></p><p>　　在對(duì)5名受試者進(jìn)行的胸部動(dòng)態(tài)電阻抗成像的結(jié)果中，有4名可明顯觀察到胸部電阻率最大變化區(qū)域分布在兩肺部位（Fig1）. </p><p>　　設(shè)連續(xù)兩次吸氣末相或連續(xù)兩次呼氣末相中的前次為初始狀態(tài)、后次為變化后狀態(tài)時(shí)的

11、成像結(jié)果.在5次成像結(jié)果中，均可看到圖像中各部分灰度變化不明顯，電阻率變化的分布比較均勻（Fig2，3）. </p><p>　　將電極腰帶旋轉(zhuǎn)約90°，設(shè)呼氣末相為初始狀態(tài)，吸氣末相為變化后狀態(tài)的成像結(jié)果（Fig4） </p><p><b>　　圖1 －圖4 略 </b></p><p><b>　　3 討論 </

12、b></p><p>　　在體測(cè)量研究中，Ag/AgCl電極往往是首選電極，因?yàn)槠洳灰装l(fā)生極化、半電池電位比較小而且穩(wěn)定（+0.223V）［4］ .目前使用的Ag/AgCl電極，是用電解等方法在純銀表面生成一薄層氯化銀而制成的，但薄層易脫落和受損，造成測(cè)量誤差，而且氯化銀見光易分解，不易長期保存.我們采用銅作為EIT電極材料制成了測(cè)量電極系統(tǒng).銅的半電池電位為+0.337V［4］ ，較氯化銀的半電池電位略高

13、，但銅性能穩(wěn)定，適宜于長期使用.利用該測(cè)量電極系統(tǒng)，成功地對(duì)人體胸部進(jìn)行了動(dòng)態(tài)EIT成像，從成像結(jié)果（Fig1）可以看到胸部電阻率的變化區(qū)域基本上都集中在雙肺的部位，從（Fig2，3）可以看出，當(dāng)前后兩種狀態(tài)接近或一致時(shí)，所得圖像表現(xiàn)出電阻率變化比較均勻，證明Fig1所得結(jié)果確實(shí)反映的是因肺部呼吸而引起的電阻率變化.從Fig4可以看到，當(dāng)電極旋轉(zhuǎn)90°后，電阻率變化區(qū)域也同樣旋轉(zhuǎn)了90°，并且還是集中在雙肺的部位，這

14、再次證明Fig1所得結(jié)果.由此 </p><p>　　可見，利用銅來實(shí)現(xiàn)EIT的測(cè)量電極系統(tǒng)是可行的. </p><p>　　該系統(tǒng)使用方便，略加調(diào)整即可滿足不同胸圍的測(cè)量.但由于銅具有極化電位，是影響電極電位的主要因素，所以在加工、處理銅電極時(shí)，應(yīng)盡量做到一致性，以保持電極電位的對(duì)稱和穩(wěn)定.如何在EIT成像研究中降低銅電極電位對(duì)測(cè)量的不良影響，還有待于進(jìn)一步的研究. </p>

15、;<p><b>　　參考文獻(xiàn): </b></p><p>　?。?］Harris ND，Suggett AJ，Barber DC，Brown BH.Applications of applied potential tomography（APT）in respiratory medicine ［J］.Clin Phys Physiol Meas，1987;8（A）:155-1

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