单个电极接触不良对腹部电阻抗断层成像的影响

                                    作者：郑万松，董秀珍，尤富生， 李正，张国鹏，赵大庆

【关键词】  电极

　　Influence of bad contact of single electrode on electrical impedance tomography

　　【Abstract】 AIM:   To study the relationship of bad contact of signal electrode and electrical impedance tomography (EIT) and to provide premise in theory and practice for longterm monitoring. METHODS:  EIT  was used to monitor 14 subjects with 16 electrodes. The images of good contact of all electrodes were compared with the images of bad contact of single electrode. RESULTS:  Bad contact of one electrode affected only part of the image, with some visible changes. CONCLUSION:  We have found out the influence of bad contract of a single electrode, which provides premise for longterm monitoring.

　　【Keywords】 electrical impedance tomography; electrodes; image monitoring

　　【摘要】 目的： 研究单个电极接触不良和电阻抗断层成像之间的关系，以便为长期监护提供必要的理论和现实依据. 方法： 采用电阻抗成像监护仪对14人采用16电极法进行监护，对比电极接触良好和其中某一个电极接触不良时监护图像的差别.  结果： 发现某一电极接触不良，则对应它的那一部分图像的灰度会发生明显的变化，而图像其他部分的灰度则变化很小.  结论： 得出了单个电极接触不良对成像的影响的，对长期监护中电极接触不良问题的监测提供了依据.

　　【关键词】 电阻抗断层成像；电极；图像监护

　　0引言
 
　　电阻抗成像是一种根据生物组织的电阻抗特性来形成人体内电阻抗断层图的技术［1］，其原理是根据人体的不同组织具有不同的电阻率且具有不同的电阻抗频率特性这一生物物理原理，采用图像重构等技术，对人体的某部位进行二维、三维成像. 与传统医学成像技术相比，其具有自身的特点，首先它可以实现功能成像，电阻率及其变化的分布能反映出被成像断面相关组织的生理、病理活动［2］ ；其次由于其不使用核素或射线，对人体无害，并且可以多次测量，重复使用，是一种廉价无损伤监测技术，所以较适合对患者长期、连续的医学监护. 目前这一新型成像技术受到国内外临床医学与生物医学界的广泛重视，成为研究的热点［3］. 电极作为电阻抗断层成像系统的重要组成部分之一，是连接仪器与生物体之间的测量元件. 但是如果电极和人体接触不良, 测量结果则会出现失真，会对长期监护造成一定的影响. 本实验就单个电极接触不良对电阻抗成像的影响进行研究，旨在揭示两者之间的关系，为电阻抗成像长期监护提供必要的理论与实践前提.

　　1材料和方法

　　1.1被测对象14例正常人，年龄20~25岁，身高（170±10） cm，体质量（75±5） kg，腹围（75～93） cm，男女不限.

　　1.2仪器及器材断层电阻抗监护系统（本课题组研制）［4］，激励测量方式为电流激励、电压测量；采用的激励为频率50 kHz，峰峰值为5 mA的电流. 采用对象驱动，临近测量；成像算法采用反投影算法. 松紧带式电极带（本课题组研制）、对于成人，松紧带分为大号（适于腹围大于90 cm的被测对象）、中号（适于腹围为70~90 cm的被测对象）、小号（适于腹围小于70 cm的被测对象）三种规格，本实验中采用的是中号和大号的松紧带式电极带，成品心电电极若干、软尺、标记笔等.

 
　　1.3实验环境和方法室温25℃，实验系统和被测对象均处在同一实验室环境，无屏蔽措施. 用软尺测量被测对象的腹围，将其腹部平均分为16等分，第1个电极位置在左上腹部位置，从背部绕过一周依次为2, 3,…,16个电极位置，作上标记，然后将该标记周围用乙醇擦拭清洁，目的是使成品心电电极能与皮肤接触良好，将成品心电电极依次紧贴于标记处，使电极与皮肤之间紧密接触. 然后将松紧带式电极带和成品心电电极扣上，注意在此过程中不要移动电极在人体上的位置，最后将松紧带式电极带与断层电阻抗监护系统连接起来. 被测对象坐在高50 cm的小凳上，正常呼吸，在整个实验过程中保持静止、静坐状态，连续监护100帧图像，在此过程中注意呼吸对成像的影响以及被测对像的体位变化. 然后将其中一个电极松动，使其与人体接触不良，测图像10帧，接着使该电极与人体皮肤紧密接触，再随机地测3次其他单个电极与皮肤接触不良的10帧图像，比较电极接触良好和接触不良时监护的图像的变化.  按上述方法进行重复性实验13次.

　　2结果

　　2.1电极接触良好和单个电极接触不良的监护图像比较当所有电极接触良好时，整个图像的灰度比较均匀（图1A）；而当单个电极接触不良时，则在图像中的某一部分区域图像的灰度明显和其他区域不同，其灰度值会明显地增大，在图像上会观察到明显地变白(图1B,C,D).  本实验中的成像算法是反投影法，我们可以大致地划定图像的某部分对应被测对象的某个电极，结果发现如果某个电极接触不良，则其成像的对应的部分的灰度会发生明显的变化. 这给我们在监护实验中辨别是否有电极接触不良提供了一种方法.
 
　　2.2就序号不同的单个电极接触不良监护图像如果序号不同的电极与皮肤接触不良时，则相应地对应它的那一部分图像区域的灰度会与其他部分明显地不同，这对于我们提供了一种快速确定哪个电极与皮肤接触不良的方法. 图1是其中的一次实验中的监护图.

　　3讨论

　　电流在生物体内靠离子传导, 而电极和导线之间是靠来传导的, 离子传导和电子传导的转换是在电极和生物体的接触界面处来完成的，电极起传感的作用. 在电极与皮肤的接触面，可能因为各种干扰给生物电信号带来失真和干扰. 对于体表电极, 为了保持电极与皮肤之间接触良好, 一般建议在电极与生物体表面之间涂导电糊, 以提高其电传导性［5］. 因此, 电极的接触界面由电极、导电糊、表皮、真皮和皮下层构成. 这里我们讨论的问题主要在导电糊和真皮之间的导电面，其等效电路图如图2所示.

　　其中E1为电极的干电池电势，Rd, Cd分别为电极的等效电阻、电容，Rs为导电膏与皮肤表皮接触的电阻，E2为导电膏与皮肤界面的接触电位. 当所有电极接触良好时，导电膏与皮肤之间的电阻Rs大致相等，16个电极保持很好的一致性. 但当某个电极与皮肤之间接触不良时，Rs就会增大，导致该电极的测量电压就会减小. 本实验用的成像算法是反投影法，图中的某一部分区域是同具体的电极位置一一对应的. 由反投影算法的原理可知，该电极周围的区域的灰度会增大. 由此我们对EIT监护提出两方面的建议：① 最大限度地保证每一个电极和人体接触良好，实验中采用本课题组研制的松紧带式电极带能适合不同人的腹围，而且由于其本身具有弹性，这样在被监护对象的体位发生改变时，能最大限度地保证每一个电极和人体接触良好，而且其制作简单、携带方便能满足临床与实验的要求. ② 由于在长期监护之中，可能由于各方面的原因，发生单个电极和人体接触不良的情况，这时应该有必要的警报系统，提示监护人采取一定的措施. 通过单个电极接触不良对EIT监护图像的影响的初步研究，为电阻抗断层成像长期监护过程中单个电极接触不良时提供了依据.

　　【】

　　［1］  Povill R, Pere R. Quantification in multifrequency tomography［J］.  Physiol Meas, 1995,16 (Suppl 3A) :A69-A78.

　　［2］ 付峰，臧益民，董秀珍，等.  实时电阻抗成像系统对离体心脏充盈模型成像的初步结果［J］. 心脏杂志，2003,15（1）：12-14.

　　［3］ Frerichs I, Hahn G, Schrder T, et al.  Electrical impedance tomography in monitoring  experimental lung injury ［J］. Intensive  Care  Med, 1998,24:829-836.

　　［4］ 尤富生，董秀珍，史学涛，等.  电阻抗断层成像硬件系统的初步研究［J］. 体视学与图像分析，2003,8(2):114-118.

　　［5］ 杨钦丁, 郭五一,　李芳,等. 良好地使用体表电极以确保Holter 监测质量［J］. 山西医药杂志,2003,32 (2) :107.