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颅脑电阻抗成像监护系统的应用改进及转危期图像监护实验研究

徐世伟  
【摘要】:电阻抗断层成像(Electrical Impedance Tomography,EIT)技术,是近二十年才出现的新一代无损伤功能成像技术。根据人体内不同组织具有不同的电阻抗这一物理原理,通过各种方法给人体施加小的安全驱动电流(电压),在体外测量响应电压(电流)信号以重建人体内部的电阻率分布或其变化的图像;该技术具有无创、便携、廉价、操作简单、功能成像、医学图像、动态监护等特点,可以用于对临床病人的连续监测。 课题组经过多年的研究,成功建立了基本满足临床应用需求的EIT脑部床旁监护系统,并开展了这一技术的初步临床应用研究,取得了一定的成果,并证明了EIT技术在临床监护应用的可行性。但是,在前期的临床实验中发现,系统存在若干技术应用的缺陷,亟待解决:1)用于数据采集的电极系统容易受到临床复杂的电磁环境的干扰,影响到测量数据的准确性。因此,将电极进行改进以提升其屏蔽性能。2)目前所使用的电极系统的结构是由16个独立的电极杯组成的散列式结构,电极在使用安放的过程中耗时耗力,并且对操作人员具有一定的技术要求,增大了临床实验的难度。因此,将电极结构改进使其操控便捷。3)目前临床上的实验记录采用人工纸质记录方式,不便于后期的实验数据的保存、分析、管理。针对上述存在的问题,将系统进行了相应的改进,以适应临床使用的需要。4)应用于脑部EIT监测的Ag/AgCl电极类型不一、性能各异,对几种不同类型的Ag/AgCl电极进行综合性能比较,选出性能相对较优适合于脑部EIT监测的电极类型。5)目前,对于脑部疾病的病人,对其病情转危的过程没有有效的监测手段,无法在病变的初期将其发现并进行治疗。因此,尝试利用EIT技术对此过程进行监测,实现实时监测,及早发现病变并采取紧急救治,增大患者的存活率。 针对以上问题,本研究开展了以下的具体工作: 1.电极引线系统性能改进。基于电磁屏蔽原理改进了电极导线的屏蔽性能,以增强电极系统的抗噪能力,提升其总体信噪比。并研究制作成电极带,以减少在实际使用中电极安放的耗时,增强电极系统使用的便捷性。 2.适于临床监护应用的最佳Ag/AgCl电极类型的遴选。由于Ag/AgCl电极所具有的良好的特性:较低的偏移电压、较小接触阻抗以及较低的极化特性,因此被广泛的应用到医疗行业中。在研究中为了选取性能较优,适用于EIT临床监护使用的电极系统,我们将5种不同类型的Ag/AgCl电极分别在四个性能参数指标下(接触阻抗、一致性、信噪比、稳定性)进行了综合性能比较研究,筛选出一种具有相对较低的接触阻抗,较高的信噪比,以及较好的一致性和稳定性的Ag/AgCl电极,并将选出的电极类型应用到EIT监护实验中。 3.开发用于临床实验数据的保存与分析的数据库管理软件。此系统用于对临床实验数据的记录保存分析,取代了以前人工纸质记录方式,降低了实验记录的难度。同时,软件系统具有检索、数据预处理等功能,使临床数据的后期处理分析更加便捷。 4.脑损伤转危期监护实验。目前,临床上对于脑损伤危重病人病情变化的监测仍然是通过观察病人的基本生命体征变化,当患者出现较明显的生命体征变化时再对病人进行紧急抢救,往往错过了最佳救治时机,预后较差。如果能够在患者出现转危的初期发现病情的变化并采取及时的救治,将为病人的救治争取大量的时间,大大提高患者的救治率。由于EIT技术反应组织和器官功能变化相联系的电特性,对与生物组织相关的体液、血液等变化具有独特的鉴别能力,并且对影响组织、器官的因素具有较高的敏感性。因此,本研究中尝试利用课题组研制的EIT监护系统对危重患者进行监测,观察其病情转危初期时的颅脑阻抗变化规律,为危重患者的及时救治争取时间,提高患者的救治率。针对上述的问题,做了以下相关的研究。 1)临床实验:利用EIT监护系统对临床上脑部疾病的患者进行监测,并对监测到的结果进行分析研究。分析危重病人病情转危初期阻抗变化是否存在一定规律性,并判断可否通过特异性变化反映患者的转危情况。 2)动物实验:为了进一步验证临床实验中得出的判断需要进行动物实验。利用新西兰大耳兔(以下简称兔子)制作动物脑损伤后的病情转危模型。将一定量(10? l)的胶原蛋白酶注射到兔子颅脑内部诱发其颅内出血,进而使兔子病情向危险期发展,并利用EIT监护系统监测此过程。重点对转危前后的颅脑阻抗变化进行观察分析。 研究结果表明: 1.通过改进后的电极系统较改进前明显地提高了抗噪性,信噪比由改进前的70dB增加到改进后的90dB,并且使电极的安放更加便捷,改进前的电极平均安放时间为10分钟,改进后约为3分钟。 2.数据库管理软件的应用,使得临床EIT实验数据的管理更加方便可靠,更易于数据的后期处理分析。 3.在临床实验中,通过对3例脑损伤危重患者的监测结果的分析,初步判断当患者病情恶变时存在一定的特异性变化规律,并对其进行总结,用以指导临床诊治。 4.为了验证临床结论进行动物实验。利用脑部EIT监护系统对脑损伤后的兔子进行监护,监测结果发现在兔子颅脑损伤病情转危初期,颅脑阻抗图像信息出现了规律性的变化,进一步验证了临床监护实验结论的有效性。 本研究中通过对电极结构的改进与遴选提升了电极的抗噪能力,增强了电极操作的便捷性。最终使EIT的前端采集系统的性能得到了极大地提升,使得采集的数据更加精确可靠。数据库管理系统的应用方便了实验数据的记录、管理以及后期的数据分析。 通过临床实验数据分析以及动物模型实验说明了本课题组所研制的EIT床旁监护系统能够对检测到脑损伤危重病人病情转危初期的脑组织的阻抗变化,能够通过阻抗图像信心反映出病情的发展,进一步说明了EIT技术应用到临床脑损伤监护的可行性。


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1 饶安伶;DS Holder;;感觉诱发反应的脑电阻抗图[A];生命科学与生物技术:中国科协第三届青年学术年会论文集[C];1998年
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