生物阻抗层析成像 基本概念与物理原理 生物阻抗层析成像是一种非侵入式的医学成像技术，其核心原理是利用人体内不同组织（如肌肉、脂肪、骨骼、体液）对微弱交变电流（或电磁场）具有不同阻抗（电阻和电容的综合特性）这一物理特性。当在体表放置多个电极并施加安全电流时，通过测量电极间的电压差，可以推算出体内区域的阻抗分布图。 数据采集与图像重建 在实际操作中，通常在目标区域（如胸腔、头部）周围等间距放置一圈（如16或32个）表面电极。按预设顺序，向一对电极注入微安级、千赫兹频率的安全电流，同时测量所有其他电极对间的电压。此过程在所有可能的电流注入模式下重复，获得大量电压测量数据。随后，基于电磁场理论和已知的几何模型，通过复杂的数学反演算法（如反投影、正则化牛顿法）将这些电压数据重建为反映体内阻抗相对变化或绝对分布的二维/三维图像。 功能性成像的核心特点 与CT（显示解剖结构）不同，EIT是一种 功能性成像 技术。它对组织内与生理功能密切相关的电导率变化极为敏感。例如，肺部充满空气时阻抗高，充血或积液时阻抗低；血液的电导率高于周围组织。因此，EIT能够实时、动态地监测与阻抗变化相关的生理过程，如呼吸引起的肺通气变化、心脏搏动引起的肺灌注变化、胃肠蠕动、脑水肿或颅内出血等。 技术优势与应用场景 EIT的主要优势在于 无辐射、实时连续、床旁便携、成本相对较低 。这使得它在临床监护和特定研究中具有独特价值： 肺功能监测 ：是当前最成熟的应用领域，用于重症监护室（ICU）中实时监测危重病人（尤其是ARDS患者）的肺通气和灌注分布，指导个性化呼吸机参数设置，防止呼吸机相关性肺损伤。 脑部成像 ：用于监测脑水肿、卒中或癫痫活动引起的阻抗变化。 乳腺筛查 ：作为辅助手段，用于检测乳腺肿瘤（通常恶性肿瘤组织电导率较高）。 胃肠动力 ：监测胃排空、肠蠕动等情况。 工业过程层析 ：类似原理也用于监测工业管道内的多相流流动。 技术局限性与挑战 EIT面临的主要挑战是 空间分辨率相对较低（通常优于电极数量的10%）和图像重建的数学不适定性 。体内阻抗分布与体表电压之间是非线性关系，且测量数据有限，导致图像重建容易受到噪声干扰、边界形状误差和“软场”效应（电流路径会随内部阻抗分布改变而改变）的影响。因此，EIT图像通常显示的是阻抗的相对变化或粗略的分布模式，而非精细的解剖结构。提高图像质量需要更先进的电极设计、更优化的测量协议和更稳健的重建算法。 当前发展与未来方向 当前研究致力于：开发 多频EIT ，通过测量不同频率下的阻抗（因不同组织在不同频率下阻抗特性不同）来提取更多组织信息；结合 先验信息 （如从CT/MRI获得的解剖结构）改进重建模型；发展 三维EIT 系统；以及探索在更多临床应用场景（如长期居家肺功能监测、肿瘤治疗监测等）中的可行性。它正朝着与其他模态影像融合、人工智能辅助诊断的方向发展，以提升其定量化和临床应用价值。