電阻抗斷層成像PPT課件

1、主要內(nèi)容 生物電學特性 生物電阻抗測量技術(shù) 生物磁現(xiàn)象 磁療 生物磁測量技術(shù)，心、腦磁圖第1頁/共42頁5.1 生物電特性 生物電現(xiàn)象 生命活動的基本特性。幾乎所有生命過程都伴隨著生物電的產(chǎn)生。 生物電是以細胞為單位產(chǎn)生的。 生物電的發(fā)現(xiàn) 1939年兩位生理學家Hodgkin和Huxley以槍烏賊的直徑為mm的巨大神經(jīng)軸突為實驗材料，采用細胞內(nèi)記錄的方法，證明了細胞生物電現(xiàn)象的存在。第2頁/共42頁生物電產(chǎn)生機制 細胞膜磷脂雙分子層 靜息電位 細胞靜息狀態(tài)下存在于細胞膜內(nèi)外兩側(cè)的電位差。（內(nèi)負外正）第3頁/共42頁生物電產(chǎn)生機制ln59.5logooKiiKKRTEZFKK1.靜息時，細胞內(nèi)的

2、K+濃度遠高于細胞外。2.靜息狀態(tài)時，細胞膜主要對有通透性。3.因此，胞內(nèi)的K+順濃度梯度擴散到細胞外，形成電位差。Nernst公式：當跨膜的濃度差（驅(qū)動K+外流）和電位差（阻止K+外流）達到平衡時，膜內(nèi)外電位差就穩(wěn)定在某一水平。第4頁/共42頁生物電產(chǎn)生機制 動作電位 細胞接受刺激后，膜電位在原有靜息電位基礎(chǔ)上出現(xiàn)迅速的倒轉(zhuǎn)和恢復的電位波動。1.靜息2.去極化3.復極化4.后電位：負后電位 正后電位第5頁/共42頁生物電產(chǎn)生機制 去極相: 在受到刺激時出現(xiàn)了膜對Na+通透性的突然增大 復極相： Na+ 通透性的消失，并伴隨出現(xiàn)電壓門控性K+ 通道的開放 后電位： Na+ - K+泵將Na+

3、、 K+分布復原，保持細胞的興奮性。第6頁/共42頁典型生物電信號第7頁/共42頁5.2 生物電阻抗測量技術(shù) 生物電阻抗測量（Electrical Bioimpedance Measurement），或簡稱阻抗技術(shù)，是一種利用生物組織與器官的電特性及其變化規(guī)律提取與人體生理、病理狀況相關(guān)的生物醫(yī)學信息的檢測技術(shù)。 特點：無創(chuàng)、無害，廉價、操作簡單和功能信息豐富等，醫(yī)生和病人易于接受。 第8頁/共42頁人體電阻抗人體組織的直流電阻率（ m）第9頁/共42頁人體電阻抗與電流頻率的關(guān)系 人體可看成是一個電解質(zhì)電容器和電阻的并聯(lián)電路。 直流在細胞間隙流過；交流可通過細胞間隙和細胞。人體肌肉組織電阻率與

4、頻率的關(guān)系第10頁/共42頁生物電阻抗測量技術(shù) 通常是借助置于體表的電極系統(tǒng)向檢測對象送入一微小的交流測量電流或電壓，檢測相應(yīng)的電阻抗及其變化，然后根據(jù)不同的應(yīng)用目的，獲取相關(guān)的生理和病理信息。第11頁/共42頁生物阻抗技術(shù)應(yīng)用 阻抗血流圖 胃動力學檢測 人體成分分析 電阻抗成像技術(shù)第12頁/共42頁阻抗血流圖 根據(jù)體表測量的電阻抗變化的信息來確定體內(nèi)組織器官由于血液循環(huán)引起的（生理、病理）容積變化的方法。 簡化模型單根血管與組織阻抗并聯(lián)模型一般使用20k100kHz頻率的恒流（恒壓）源，測量計算被測部分阻抗Z、阻抗變化Z，以及Z微分dZ/dt等。第13頁/共42頁阻抗血流圖 是生物阻抗技術(shù)應(yīng)

5、用最廣泛的領(lǐng)域之一，促進了血流圖臨床應(yīng)用的進一步發(fā)展。 主要領(lǐng)域： 阻抗心動圖：利用四電極法測量跨胸阻抗及其微分圖（或?qū)Ъ{），然后計算每搏輸出量。 腦阻抗血流圖：應(yīng)用于腦動脈硬化、閉塞性腦血管病及血管性頭痛。 肺循環(huán)阻抗圖：反映隨著每個心動周期肺循環(huán)容積變化的曲線圖。第14頁/共42頁胃動力學檢測 原理：在胃的活動期，由于其形態(tài)及其內(nèi)容物組成情況與容積的改變較大，其電特性變化非常明顯，變化規(guī)律與胃動力學狀況相對應(yīng)。 胃運動的頻率約為3次/分，對檢測系統(tǒng)的實時性要求不高。采用普通阻抗方法，靈敏地提取這種電特性變化信息已有初步臨床應(yīng)用。 如采用代表阻抗技術(shù)的發(fā)展方向阻抗斷層成像方法，以圖像形式給出

6、檢測結(jié)果，無論在靈敏度或獲取信息的數(shù)量與質(zhì)量上都將更好。 第15頁/共42頁人體成分分析 與同位素稀釋法、總體鉀法、雙能x線吸收法以及皮褶厚度法等方法相比，生物電阻抗法測量人體成分簡單、快速和準確，是體成分測量的理想手段。 基于生物電阻抗技術(shù)的體成分測量原理：人體的電阻抗特性與體成分之間存在統(tǒng)計關(guān)系。（例如：非脂肪組織具有比脂肪組織更小的電阻抗。）第16頁/共42頁人體成分分析 1）全身測量 在全身阻抗測量中，多采用四電極法，以減少接觸阻抗的影響，以其他參考方法，如皮褶計法，水下稱重法，雙能X 射線吸收法，CT法等測 量人體成分作為對照， 即可得到基于阻抗分析 法的人體成分預測公式。第17頁/

7、共42頁人體成分分析 2）分段測量 在全身阻抗測量中，上下肢的貢獻和影響最大，即全身測量難以正確反映身體各部位含水量及其變化的真實情況。第18頁/共42頁人體成分分析 2)分段測量從理論上來說，分段阻抗測量要優(yōu)于全身阻抗測量法，尤其對于人體成分不均勻分布的人群（胖、瘦、高、矮等）更是如此。第19頁/共42頁人體成分分析 3）多頻率測量 采用多頻率測量技術(shù)不僅可以提供更準確的阻抗測量，而且還從簡單的測量脂肪與非脂肪，向多參數(shù)，如細胞外液體積，全身含水量，非脂肪物質(zhì)，蛋白質(zhì)，骨礦質(zhì)， K，Ca，Na離子等測量方向發(fā)展。 多頻率和阻抗譜的測量包含更為豐富的阻抗和人體成分信息，有望從中得到人體成分分析

8、更為全面而準確的結(jié)果。第20頁/共42頁電阻抗成像技術(shù)阻抗成像接觸式掃描成像 EISI斷層成像 EIT非接觸式感應(yīng)電流成像 ICEIT磁感應(yīng)阻抗成像 MIT第21頁/共42頁功能成像 阻抗成像： 以人體組織、器官的阻抗分布或阻抗變化為研究對象，通過配置于人體體表的電極系統(tǒng)，提取與人體生理、病理狀態(tài)相關(guān)的組織或器官的電特性信息，給出反映組織、器官功能狀態(tài)及其變化規(guī)律的功能性圖像結(jié)果。 電阻抗斷層成像： 利用生物阻抗檢測技術(shù)給出人體組織與器官阻抗的斷層圖像，也叫阻抗CT。第22頁/共42頁電阻抗斷層成像電阻抗斷層成像的測量方框結(jié)構(gòu)第23頁/共42頁心臟收縮期序列圖像。藍色與紅色區(qū)域大小及色度的改變

9、對應(yīng)于心室和心房容積（血量）的變化。第24頁/共42頁電阻抗斷層成像 不使用射線或核素，無毒無害，操作方便，可多次測量，是一種廉價的無損傷醫(yī)學圖像檢測技術(shù)。 與現(xiàn)有的CT、MRI、超聲等成像技術(shù)緊密結(jié)合，互為補充，應(yīng)用于疾病的早期診斷、康復和愈后。 實現(xiàn)醫(yī)學圖像監(jiān)護?？梢詫Σ∪诉M行長時間、連續(xù)監(jiān)護而不會給病人造成損傷或帶來不適。第25頁/共42頁電阻抗斷層成像 EIT是一種新型的圖像重建技術(shù)，在醫(yī)學中的研究是在最近三十年才發(fā)展起來的。 缺點：分辨率較低。 國外主要研究有效提高重建圖像的空間分辨率和減小計算量。國內(nèi)開展工作較晚。 EIT還處于實驗室研究階段，但是應(yīng)用前景廣闊，已成為當今生物醫(yī)學工

10、程學重大研究課題之一。第26頁/共42頁5.3 生物磁現(xiàn)象 生物材料的磁性 人體中所含元素：碳、氫、氧、氮、硫、磷、氯、鈉、鉀、鈣、鎂、鐵等和一些微量元素。其中多數(shù)有順磁性（3d 或 4d 族的過渡離子）。蛋白質(zhì)、酶和自由基均為順磁性 占人體70%的水具有弱抗磁性 極少數(shù)材料為鐵磁性第27頁/共42頁5.3 生物磁現(xiàn)象 人體磁場 生物組織、器官、細胞等存在很微弱的磁場。產(chǎn)生原因：變動磁場：生物電荷運動產(chǎn)生。 如心磁場1011 T ，腦磁場1012 T定常磁場：自然界含有鐵性成分及某些磁性物質(zhì)(如Fe3O4 粉塵等）經(jīng)呼吸道吸入或經(jīng)消化道食入人體內(nèi)而形成的磁場；108 T感應(yīng)磁場：生物磁性材料在

11、外磁場的作用下產(chǎn)生的磁場;誘發(fā)磁場：在外界刺激下產(chǎn)生誘發(fā)電位，引起誘發(fā)磁場。如誘發(fā)腦磁場1013 T第28頁/共42頁第29頁/共42頁機體與外磁場的相互作用 感應(yīng)電動勢： 生物（帶電）體在磁場中運動所致。分子極化電荷再分布； 帶電粒子遷移傳導電流； 洛侖茲力：磁場中，帶電粒子改變原來的運動方向。化學物質(zhì)內(nèi)部再分布。 磁化：具有固有磁矩的永磁偶極子、磁性微粒、正負離子、自由基等受磁場力矩作用產(chǎn)生磁化。 沿外磁場取向（離子轉(zhuǎn)動、改變分子鍵角） 磁力：使具有固有磁矩的微粒產(chǎn)生位移。導致化學物質(zhì)的擴散和積累。第30頁/共42頁生物磁的應(yīng)用 生物磁學的研究內(nèi)容包括兩部分：磁場引起的生物效應(yīng)治療。磁療生

12、物機體自身或被誘發(fā)產(chǎn)生的磁場診斷；例如心磁圖、腦磁圖等。第31頁/共42頁5.4 磁療 利用磁場治病，我國已有兩千多年的歷史。利用磁場的生物效應(yīng)，已制成多種磁療儀器。 靜態(tài)磁：家用，如永久磁性的磁片固定于相應(yīng)的穴位，通過對穴位的作用達到治療的目的。簡單的有磁石穴位粘帖膠布、磁枕、磁性腹帶等。 動態(tài)磁：醫(yī)院的磁療器械一般采用電磁、懸磁、脈沖磁等。第32頁/共42頁5.4 磁療 特點：安全、方便、無痛苦。 作用：磁場能夠促進血液循環(huán)，改善毛細血管通透性，有利于炎癥的消散，對扭傷、軟組織損傷有一定的療效；磁療對人體有鎮(zhèn)靜的作用，能夠調(diào)節(jié)植物神經(jīng)功能紊亂，緩解心悸失眠等癥狀；同時磁療還可以調(diào)節(jié)內(nèi)分泌，

13、有助于緩解便秘和止瀉。 研究內(nèi)容：磁場類型、磁場強度、作用部位、治療時間等第33頁/共42頁5.5 生物磁測量技術(shù) 心磁場和腦磁場的特點： 心臟磁場只有地球磁場的大約10-6，更微弱的腦部磁場只有地球磁場的大約10-8 測量儀器： 超導量子干涉儀（又成SQID磁強計），靈敏度達10-15T 組成：SQID本身被封在一個超導屏蔽的小盒內(nèi)，可對干擾磁場進行部分屏蔽；檢測線匝，用來探測磁場；杜瓦瓶，內(nèi)盛液氦。第34頁/共42頁心磁場和心磁圖 心磁場 心肌的興奮心臟電場體外（心）磁場。 心磁圖 在體外測定胸部周圍磁場變化，記錄下來就是心磁圖。 心磁圖與心電圖一樣，用P波、QRS波群、T波、和ST段命名

14、第35頁/共42頁腦磁圖 腦電：神經(jīng)活動聯(lián)系著體內(nèi)復雜的信息處理系統(tǒng)，支配著從運動、體感、聽覺、視覺等基本功能，到語言、情感、思維等高級功能。 微弱的電(磁)信號有波形、幅度、能量、頻率、相位、頻譜等特征，與特定的正常和異常生理活動相對應(yīng)。 腦磁圖是腦神經(jīng)細胞的生物電流產(chǎn)生的磁場，在頭部表面的檢測結(jié)果。測量的是體內(nèi)神經(jīng)電流源引發(fā)的瞬間磁場。第36頁/共42頁腦磁圖 腦磁圖檢測分類： 自發(fā)性腦磁場： 波；癲癇性棘波。 誘發(fā)性腦磁場：體感意識、聽覺、視覺等誘發(fā)磁場。 內(nèi)因性腦磁場：意識、隨意運動前主觀設(shè)想、抽象思維。 優(yōu)點： 不受組織電阻的影響； 無損傷； 對腦內(nèi)興奮部位推斷有獨特性腦磁圖藍色區(qū)為癲癇灶腦磁圖藍色區(qū)為癲癇灶第37頁/共42頁腦磁圖的臨床應(yīng)用 腦磁圖在癲癇外科中的應(yīng)用 進行癲癇灶的精確定位，該方法不受頭皮和顱骨等傳導介質(zhì)的影響。 腦磁圖與腦功能區(qū)定位 術(shù)前對腦功能區(qū)進行精確定位，有助于最大限度的保留腦功能區(qū) 腦磁圖與腦梗死功能缺損程度的測定 可靈敏的檢測出皮層中樞功能損傷第38頁/共42頁腦磁圖的臨床應(yīng)用 腦磁圖在神經(jīng)精神疾病中的應(yīng)用 已成為神經(jīng)精神疾病早期診斷和指導治療的一種重要手段，還可應(yīng)用于小兒神經(jīng)病學的研究 胎兒腦磁圖 可用于胎兒發(fā)育的檢測第39頁/共42頁磁測量技術(shù)的優(yōu)缺點 磁信號比電信號更微弱，但是更加穩(wěn)定，而且絲毫不受肺、胸壁、肋骨等介