Sustav za impulsno mjerenje u električnoj impedancijskoj tomografiji

scientific master's theses

• Title (english): System for Pulse Measurement in Electrical Impedance Tomography
• Author: Dubravko Kovačić
• Mentor: Ante Šantić (mentor)
• Committee member: Stanko Tonković (član povjerenstva)
• Committee member: Ante Šantić (član povjerenstva)
• Committee member: Vladimir Medved (član povjerenstva)
• Granter: University of Zagreb; Faculty of Electrical Engineering and Computing; (Department of Electronic Systems and Information Processing); Zagreb
• Defense date and country: 2001-11-22, Croatia
• Scientific / art field, discipline and subdiscipline: TECHNICAL SCIENCES; Electrical Engineering
• Universal decimal classification (UDC): 621.3 - Electrical engineering

Abstract

U radu je prikazana relativno nova tomografska metoda koja omogućuje dobivanje slike raspodjele vodljivosti presjeka tijela na temelju mjerenja na rubovima objekta. Opisane su mogućnosti primjene električne impedancijske tomografije u medicini. Budući da se metoda temelji na električkim svojstvima biološkog tkiva, temeljito su objašnjena električna vodljivost i dielektričnost tkiva te je prikazan široki raspon vrijednosti ovih parametara za pojedine organe. Opisani su najčešće korišteni nadomjesni impedancijski modeli tkiva i dane karakteristične vrijednosti. Prikazani su i uspoređeni nadomjesni modeli tkiva temeljeni na mjerenjima uz pobudu sinusoidalnom strujom odnosno strujnim impulsima. Na temelju impulsnih mjerenja provedenih na modelima i tkivu, prikazana je mogućnost otklanjanja utjecaja kože koji dolazi do izražaja zbog površinskih mjerenja. Specifičnost električne pulsne tomografije, opisane u radu, je korištenje strujnih impulsa kao pobude. Upravo ovakva pobuda omogućuje znatno jednostavnije otklanjanje utjecaja kože.
U nastavku je opisan sustav za električnu pulsnu tomografiju izveden za potrebe mjerenja. Sustav je izveden sa 16 elektroda sa strujnom impulsnom pobudom uz mogućnost promjene metoda mjerenja, amplitude i trajanja impulsa. Dane su karakteristike sustava bitne za ocjenu kvalitete tomografskih sustava te usporedba sa drugim tomografskim sustavima.
Velik broj različitih metoda rekonstrukcije slika proizlazi iz mogućnosti različitih načina mjerenja tj. različitih mjernih metoda. U radu je opisano nekoliko najčešće korištenih mjernih metoda te najčešće korištene metode rekonstrukcije slike. Posebna pažnja je posvećena mjernoj metodi tzv. paralelnog skeniranja. Ta metoda je jedna od pogodnijih za korištenje kod rekonstrukcije povratnom projekcijom paralelnih ploha i inverznom Radonovom transformacijom koja je detaljno opisana u radu. Objašnjeni su i detaljno opisani matematički alati i funkcije korištene pri rekonstrukciji. Izvršena je usporedba kvalitete (prostorna rezolucija, osjetljivost) dobivenih slika za različite mjerne metode i rekonstrukcijske algoritme.
Tomografski sustav i rekonstrukcijski algoritam ispitani su na modelu, a provedena su i mjerenja na natkoljenici i u području gornjeg abdomena. Rekonstrukcija je temeljena na algoritmima koji koriste diferencijalne podatke za dobivanje razlike raspodjele vodljivosti ili uz pretpostavku početne raspodjele vodljivosti. Suprotno tome rekonstrukcija statičkih slika postavlja znatno veće zahtjeve na geometriju modela odnosno biološkog tkiva, te su i rekonstrukcijski algoritmi složeniji.

Abstract (english)

In the work, an Electrical Impedance Tomography as relatively new tomographic method has been described. Based on the impedance measurement obtained on the boundary, this method gives conductivity distribution images of the body cross-section. Possibilities of medical and clinical applications have been also described. Electrical properties of biological tissue, as conductivity and permeability, have been explained and large range of values for biological organs are given. Most used tissue impedance equivalent circuits with characteristic values are described. Equivalent circuits based on the sinusoidal current and short current pulses are compared. Based on the measurement obtained on the model and biological tissue, methods of diminishing the influence of electrode-skin impedance were shown. Electrical pulse tomography described in the work is based on the pulse current measurement. It has been shown that electrode-skin influence has been reduced in that case.
Furthermore, experimental pulse tomography system controlled by PC is described. The system has 16 electrodes, with adjustable current pulse amplitude and duration. EPT system characteristics are shown and comparison with other known tomography systems has been done.
There are numbers different impedance image reconstruction methods and different boundary measurements methods. Several very often-used methods are described in the work. Particular attention was paid to measurement method known as parallel scanning which is suitable for back projection image reconstruction. Back projection method, mathematical tools and function for reconstruction are descried in details. Also, the quality of reconstructed images (spatial resolution, sensibility, contrast, etc.) for different measurement and reconstruction methods has been compared.
Tomography system and reconstruction algorithm has been tested on the model and some measurement at the lower abdomen and upper leg are obtained. Reconstruction is based on the differential data to obtain differential conductivity distribution. Static image reconstruction takes higher demands on geometry and reconstruction algorithms are more complicated.

• Keywords: Električna impedancijska tomografija; električna pulsna tomografija; vodljivost tkiva; povratna projekcija; statička i dinamička rekonstrukcija slike; prostorna rezolucija; nadomjesni električki model tkiva; paralelno skeniranje
• Keywords (english): Electrical impedance tomography; electrical pulse tomography; tissue conductivity; back projection; static and dynamic image reconstruction; spatial resolution; impedance equivalent circuit; parallel scanning
• Language: croatian
• URN:NBN: urn:nbn:hr:168:449647
• Study programme: Title: Postgraduate master programme in electrical engineering; Study programme type: university; Study level: postgraduate; Academic / professional title: Magistar znanosti elektrotehnike (Magistar znanosti elektrotehnike)
• Type of resource: Text
• File origin: Born digital
• Access conditions: Closed access
• Created on: 2019-04-23 07:21:35