Tomografía de impedancia eléctrica

La tomografía de impedancia eléctrica (TIE) es un tipo no invasivo de imágenes médicas en el que la conductividad eléctrica, la permitividad y la impedancia de una parte del cuerpo se infieren a partir de la superficie. mediciones de electrodos y se utilizan para formar una imagen tomográfica de esa parte. La conductividad eléctrica varía considerablemente entre varios tejidos biológicos (TIE absoluta) o el movimiento de fluidos y gases dentro de los tejidos (TIE de diferencia). La mayoría de los sistemas TIE aplican pequeñas corrientes alternas a una sola frecuencia; sin embargo, algunos sistemas TIE utilizan múltiples frecuencias para diferenciar mejor entre tejido normal y sospechoso de anormalidad dentro del mismo órgano (TIE multifrecuencia o espectroscopia de impedancia eléctrica).

Típicamente, los electrodos superficiales de conducción se adjuntan a la piel alrededor de la parte del cuerpo que se examina. Las pequeñas corrientes alternas se aplicarán a algunos o a todos los electrodos, los equivalentes resultantes que se registran de los otros electrodos (figuras 1 y 2). Este proceso se repetirá entonces para numerosas configuraciones de electrodo diferentes y finalmente resultará en un tomograma bidimensional según los algoritmos de reconstrucción de imagen incorporados.

Dado que el contenido de iones libres determina la conductividad de los tejidos y fluidos, los músculos y la sangre conducirán las corrientes aplicadas mejor que la grasa, los huesos o el tejido pulmonar. Esta propiedad se puede utilizar para reconstruir imágenes estáticas mediante EIT morfológico o absoluto (a-EIT). Sin embargo, a diferencia de los rayos X lineales utilizados en la tomografía computarizada, las corrientes eléctricas viajan tridimensionalmente a lo largo de todos los caminos simultáneamente, ponderadas por su conductividad (por lo tanto, principalmente a lo largo del camino de menor resistividad, pero no exclusivamente). Esto significa que una parte de la corriente eléctrica sale del plano transversal y produce una transferencia de impedancia. Este y otros factores son la razón por la que la reconstrucción de imágenes en TIE absoluta es tan difícil, ya que normalmente hay más de una solución para la reconstrucción de imágenes de un área tridimensional proyectada sobre un plano bidimensional.

Matemáticamente, el problema de recuperar la conductividad a partir de mediciones superficiales de corriente y potencial es un problema inverso no lineal y está muy mal planteado. La formulación matemática del problema se debe a Alberto Calderón, y en la literatura matemática de problemas inversos suele denominarse "el problema inverso de Calderón" o el "problema Calderón". Existe una extensa investigación matemática sobre el problema de la unicidad de la solución y algoritmos numéricos para este problema.

En comparación con la conductividad tisular de la mayoría de los otros tejidos blandos del tórax humano, la conductividad del tejido pulmonar es aproximadamente cinco veces menor, lo que resulta en un alto contraste absoluto. Esta característica puede explicar parcialmente la cantidad de investigaciones realizadas en imágenes pulmonares con TIE. Además, la conductividad pulmonar fluctúa intensamente durante el ciclo respiratorio, lo que explica el inmenso interés de la comunidad investigadora en utilizar la TIE como método de cabecera para visualizar la falta de homogeneidad de la ventilación pulmonar en pacientes con ventilación mecánica. Mediciones EIT entre dos o más estados fisiológicos, p. entre inspiración y espiración, se denominan por lo tanto diferencia horaria EIT (td-EIT).

La TIE con diferencia de tiempo (td-EIT) tiene una gran ventaja sobre la TIE absoluta (a-EIT): las imprecisiones resultantes de la anatomía interindividual, el contacto insuficiente con la piel de los electrodos de superficie o la transferencia de impedancia pueden descartarse porque la mayoría de los artefactos se eliminarán solos debido a resta de imágenes simple en f-EIT. Esta es probablemente la razón por la que, hasta la fecha, el mayor progreso en la investigación sobre EIT se ha logrado con EIT diferenciados.

Otras aplicaciones de TIE propuestas incluyen la detección/ubicación de cáncer en la piel, mama o cuello uterino, localización de focos epilépticos e imágenes de la actividad cerebral. así como una herramienta de diagnóstico para el vaciamiento gástrico alterado. Los intentos de detectar o localizar patología tisular dentro del tejido normal generalmente se basan en EIT multifrecuencia (MF-EIT), también denominada espectroscopia de impedancia eléctrica (EIS) y se basan en diferencias en patrones de conductancia en diferentes frecuencias.

Historia

La invención de la TIE como técnica de imágenes médicas generalmente se atribuye a John G. Webster y a una publicación de 1978, aunque la primera realización práctica de un sistema médico de TIE se detalló en 1984 gracias al trabajo de David C. Barber y Brian H. Marrón. Juntos, Brown y Barber publicaron la primera tomografía de impedancia eléctrica en 1983, visualizando la sección transversal de un antebrazo humano mediante TIE absoluta. Aunque entretanto se han producido avances sustanciales, la mayoría de las aplicaciones del a-EIT todavía se consideran experimentales. Sin embargo, recientemente se han introducido dos dispositivos comerciales f-EIT para controlar la función pulmonar en pacientes de cuidados intensivos.

En geofísica y monitoreo de procesos industriales se utiliza una técnica similar a la EIT: la tomografía de resistividad eléctrica. De manera análoga a la EIT, se colocan electrodos de superficie en la tierra, dentro de pozos perforados o dentro de un recipiente o tubería para localizar anomalías de resistividad o monitorear mezclas de fluidos conductores. Las técnicas de configuración y reconstrucción son comparables a las de la EIT. En geofísica, la idea data de los años 30. También se ha propuesto la tomografía de resistividad eléctrica para mapear las propiedades eléctricas de sustratos y películas delgadas para aplicaciones electrónicas.

Teoría

La conductividad y la permitividad eléctricas varían entre los tipos de tejidos biológicos y dependen de su contenido de iones libres. Otros factores que afectan la conductividad incluyen la temperatura y otros factores fisiológicos, p. el ciclo respiratorio entre la inhalación y la espiración cuando el tejido pulmonar se vuelve más conductor debido al menor contenido de aire aislante dentro de sus alvéolos.

Después de colocar los electrodos de superficie a través de electrodos adhesivos, un cinturón de electrodos o un chaleco con electrodos conductor alrededor de la parte del cuerpo de interés, se aplicarán corrientes alternas de normalmente unos pocos miliamperios a una frecuencia de 10 a 100 kHz a través de dos o más electrodos impulsores. . Los electrodos restantes se utilizarán para medir el voltaje resultante. Luego, el procedimiento se repetirá para numerosos "patrones de estimulación", p. pares sucesivos de electrodos adyacentes hasta que se haya completado un círculo completo y la reconstrucción de la imagen se pueda realizar y mostrar mediante una estación de trabajo digital que incorpora algoritmos matemáticos complejos y datos a priori.

La corriente en sí se aplica utilizando fuentes de corriente, ya sea una única fuente de corriente conmutada entre electrodos mediante un multiplexor o un sistema de convertidores de voltaje a corriente, uno para cada electrodo, cada uno controlado por un convertidor de digital a analógico. Nuevamente, las mediciones pueden tomarse mediante un único circuito de medición de voltaje multiplexado sobre los electrodos o un circuito separado para cada electrodo. Los sistemas EIT anteriores todavía usaban un circuito de demodulación analógico para convertir el voltaje alterno a un nivel de corriente continua antes de pasarlo a través de un convertidor de analógico a digital. Los sistemas más nuevos convierten la señal alterna directamente antes de realizar la demodulación digital. Dependiendo de la indicación, algunos sistemas EIT son capaces de trabajar en múltiples frecuencias y medir tanto la magnitud como la fase del voltaje. Los voltajes medidos se pasan a una computadora para realizar la reconstrucción y visualización de la imagen. La elección de los patrones de corriente (o voltaje) afecta significativamente la relación señal-ruido. Con dispositivos capaces de alimentar corrientes desde todos los electrodos simultáneamente (como ACT3) es posible determinar de forma adaptativa patrones de corriente óptimos.

Si las imágenes se van a mostrar en tiempo real, un enfoque típico es la aplicación de alguna forma de inversa regularizada de una linealización del problema directo o una versión rápida de un método de reconstrucción directa como el método de la barra D. La mayoría de los sistemas prácticos utilizados en el entorno médico generan una "imagen de diferencia", es decir, las diferencias de voltaje entre dos puntos de tiempo se multiplican por la izquierda por la inversa regularizada para calcular una diferencia aproximada entre las imágenes de permitividad y conductividad. Otro enfoque consiste en construir un modelo de elementos finitos del cuerpo y ajustar las conductividades (por ejemplo, utilizando una variante del método Levenburg-Marquart) para que se ajusten a los datos medidos. Esto es más desafiante ya que requiere una forma del cuerpo precisa y la posición exacta de los electrodos.

Gran parte del trabajo fundamental que sustenta la impedancia eléctrica se realizó en el Instituto Politécnico Rensselaer a partir de la década de 1980. Véase también el trabajo publicado en 1992 del Glenfield Hospital Project (falta referencia).

Los enfoques Absolute EIT están dirigidos a la reconstrucción digital de imágenes estáticas, es decir, representaciones bidimensionales de la anatomía dentro de la parte del cuerpo de interés. Como se mencionó anteriormente y a diferencia de los rayos X lineales en la tomografía computarizada, las corrientes eléctricas viajan tridimensionalmente a lo largo del camino de menor resistividad (figura 1), lo que resulta en una pérdida parcial de la corriente eléctrica aplicada (transferencia de impedancia, por ejemplo, debido al flujo sanguíneo a través de el plano transversal). Esta es una de las razones por las que la reconstrucción de imágenes en TIE absoluta es tan compleja, ya que normalmente existe más de una solución para la reconstrucción de imágenes de un área tridimensional proyectada sobre un plano bidimensional. Otra dificultad es que, dado el número de electrodos y la precisión de la medición en cada electrodo, sólo se pueden distinguir objetos mayores que un tamaño determinado. Esto explica la necesidad de algoritmos matemáticos altamente sofisticados que aborden el problema inverso y su mal planteamiento.

Otras dificultades en la TIE absoluta surgen de las diferencias inter e intraindividuales de la conductividad de los electrodos con distorsión de imagen y artefactos asociados. También es importante tener en cuenta que la parte del cuerpo de interés rara vez es exactamente rotunda y que la anatomía interindividual varía, p. forma del tórax, lo que afecta el espaciado individual de los electrodos. Los datos a priori que tienen en cuenta la anatomía típica de la edad, la altura y el género pueden reducir la sensibilidad a los artefactos y la distorsión de la imagen. Mejorar la relación señal-ruido, p. Al utilizar electrodos de superficie activos, se reducen aún más los errores de imagen. Algunos de los últimos sistemas EIT con electrodos activos monitorean el rendimiento de los electrodos a través de un canal adicional y pueden compensar el contacto insuficiente con la piel eliminándolos de las mediciones. Otra posible solución al problema del contacto entre el electrodo y la piel es la técnica EIT sin contacto, que utiliza excitación de voltaje y acoplamiento capacitivo en lugar de contacto directo con la piel. Los electrodos acoplados capacitivamente son más cómodos para el paciente, pero mantener una capacitancia de acoplamiento constante e igual para todos los electrodos es un desafío en mediciones reales.

La EIT de diferencia horaria evita la mayoría de estos problemas al registrar mediciones en el mismo individuo entre dos o más estados fisiológicos asociados con cambios lineales de conductividad. Uno de los mejores ejemplos de este enfoque es el tejido pulmonar durante la respiración debido a los cambios lineales de conductividad entre la inspiración y la espiración que son causados por contenidos variables de aire aislante durante cada ciclo respiratorio. Esto permite la resta digital de las mediciones registradas obtenidas durante el ciclo respiratorio y da como resultado imágenes funcionales de la ventilación pulmonar. Una ventaja importante es que los cambios relativos de conductividad siguen siendo comparables entre mediciones incluso si uno de los electrodos de registro es menos conductor que los demás, lo que reduce la mayoría de los artefactos y distorsiones de la imagen. Sin embargo, incorporar conjuntos de datos o mallas a priori en diferentes EIT sigue siendo útil para proyectar imágenes sobre la morfología del órgano más probable, que depende del peso, la altura, el sexo y otros factores individuales.

El proyecto de código abierto EIDORS proporciona un conjunto de programas (escritos en Matlab / GNU Octave) para la reconstrucción y visualización de datos bajo la licencia GNU GPL. El método directo de barra D no lineal para la reconstrucción EIT no lineal está disponible en código Matlab en [2].

La Iniciativa de Investigación EIT de Innovación Abierta tiene como objetivo promover el desarrollo de la tomografía de impedancia eléctrica (EIT) en general y, en última instancia, acelerar su adopción clínica. Un paquete de hardware y software EIT plug-and-play está disponible a través de Swisstom y se puede adquirir al precio de costo neto. La reconstrucción de imágenes y el procesamiento de datos sin procesar obtenidos con este conjunto se pueden llevar a cabo sin limitaciones mediante las herramientas de software proporcionadas a través de EIDORS.

Propiedades

A diferencia de la mayoría de las otras técnicas de imágenes tomográficas, la TIE no aplica ningún tipo de radiación ionizante. Las corrientes que normalmente se aplican en la TIE son relativamente pequeñas y ciertamente están por debajo del umbral en el que causarían una estimulación nerviosa significativa. La frecuencia de la corriente alterna es lo suficientemente alta como para no dar lugar a efectos electrolíticos en el cuerpo y la potencia óhmica disipada es lo suficientemente pequeña y está difundida por el cuerpo como para ser fácilmente manejada por el sistema termorregulador del cuerpo. Estas propiedades califican a la EIT para su aplicación continua en humanos, p. durante la ventilación mecánica en una unidad de cuidados intensivos (UCI). Debido a que el equipo necesario para realizar la TIE es mucho más pequeño y menos costoso que en la tomografía convencional, la TIE califica para la visualización continua en tiempo real de la ventilación pulmonar justo al lado de la cama. La principal desventaja de la TIE frente a la tomografía convencional es su menor resolución espacial máxima (aproximadamente el 15% del diámetro de la matriz de electrodos en la TIE en comparación con 1 mm en CT y MRI). Sin embargo, la resolución se puede mejorar utilizando 32 electrodos en lugar de 16. La calidad de la imagen se puede mejorar aún más construyendo un sistema EIT con electrodos de superficie activos, que reducen significativamente la pérdida de señal, los artefactos y las interferencias asociadas con los cables, así como la longitud y el manejo de los cables. A diferencia de la resolución espacial, la resolución temporal de la EIT (0,1 milisegundos) es mucho mayor que la de la TC o la RM (0,1 segundos).

Aplicaciones

Pulmón (a-EIT, td-EIT)

La TIE es particularmente útil para monitorear la función pulmonar porque la resistividad del tejido pulmonar es cinco veces mayor que la de la mayoría de los demás tejidos blandos del tórax. Esto da como resultado un alto contraste absoluto de los pulmones. Además, la resistividad pulmonar aumenta y disminuye varias veces entre la inspiración y la espiración, lo que explica por qué monitorear la ventilación es actualmente la aplicación clínica más prometedora de la TIE, ya que la ventilación mecánica frecuentemente resulta en lesión pulmonar asociada al ventilador (VALI). La viabilidad de la TIE para imágenes pulmonares se demostró por primera vez en el Instituto Politécnico Rensselaer en 1990 utilizando el algoritmo NOSER. La EIT de diferencia horaria puede resolver los cambios en la distribución de los volúmenes pulmonares entre las regiones pulmonares dependientes y no dependientes y ayudar a ajustar la configuración del ventilador para proporcionar ventilación protectora pulmonar a los pacientes durante una enfermedad crítica o anestesia.

La mayoría de los estudios de EIT se han centrado en monitorear la función pulmonar regional utilizando la información determinada por la diferencia horaria EIT (td-EIT). Sin embargo, la TIE absoluta (a-EIT) también tiene el potencial de convertirse en una herramienta clínicamente útil para la obtención de imágenes pulmonares, ya que este enfoque permitiría distinguir directamente entre las afecciones pulmonares que resultan de regiones con menor resistividad (por ejemplo, hemotórax, derrame pleural, atelectasia, edema pulmonar) y aquellos con mayor resistividad (por ejemplo, neumotórax, enfisema).

La imagen anterior muestra un estudio de EIT de un bebé de 10 días que respira normalmente con 16 electrodos adhesivos aplicados al pecho.

La reconstrucción de imágenes a partir de mediciones de impedancia absoluta requiere la consideración de las dimensiones y la forma exactas de un cuerpo, así como la ubicación precisa de los electrodos, ya que las suposiciones simplificadas conducirían a importantes artefactos de reconstrucción. Si bien se han publicado estudios iniciales que evalúan aspectos de la TIE absoluta, esta área de investigación aún no ha alcanzado el nivel de madurez que la haría adecuada para uso clínico.

Por el contrario, la diferencia horaria EIT determina los cambios de impedancia relativa que pueden ser causados por la ventilación o por cambios en el volumen pulmonar al final de la espiración. Estos cambios relativos se refieren a un nivel inicial, que normalmente se define por la distribución de impedancia intratorácica al final de la espiración. Las imágenes EIT de diferencia horaria se pueden generar de forma continua y directamente al lado de la cama. Estos atributos hacen que la monitorización regional de la función pulmonar sea particularmente útil siempre que sea necesario mejorar la oxigenación o la eliminación de CO₂ y cuando los cambios de terapia tengan como objetivo lograr una distribución más homogénea del gas en pacientes con ventilación mecánica. Las imágenes pulmonares con TIE pueden resolver los cambios en la distribución regional de los volúmenes pulmonares entre, p. regiones pulmonares dependientes y no dependientes a medida que se cambian los parámetros del ventilador. Por lo tanto, las mediciones de EIT pueden usarse para guiar configuraciones específicas del ventilador para mantener una ventilación protectora pulmonar para cada paciente.

Además de la aplicabilidad de la TIE en la UCI, los primeros estudios con pacientes que respiran espontáneamente revelan otras aplicaciones prometedoras. La alta resolución temporal de la EIT permite la evaluación regional de parámetros dinámicos comunes utilizados en las pruebas de función pulmonar (por ejemplo, volumen espiratorio forzado en 1 segundo). Además, se pueden utilizar métodos de fusión de imágenes especialmente desarrollados que superponen datos funcionales de la EIT con datos morfológicos del paciente (por ejemplo, imágenes de CT o MRI) para obtener una visión integral de la fisiopatología de los pulmones, lo que podría ser útil para pacientes con enfermedades pulmonares obstructivas (por ejemplo, EPOC, FQ).

Después de muchos años de investigación de TIE pulmonar con equipos de TIE provisionales o modelos en serie fabricados en cantidades muy pequeñas, tres sistemas comerciales para TIE pulmonar han entrado en el mercado de la tecnología médica: Timpel Medical - ENLIGHT 2100, PulmoVista® de Dräger 500 y Swisstom BB² de Swisstom AG. Los modelos se están instalando actualmente en unidades de cuidados intensivos y ya se utilizan como ayudas en los procesos de toma de decisiones relacionados con el tratamiento de pacientes con síndrome de dificultad respiratoria aguda (SDRA).

La creciente disponibilidad de sistemas comerciales de TIE en las UCI mostrará si el prometedor conjunto de pruebas obtenidas a partir de modelos animales se aplicará también a los humanos (reclutamiento pulmonar guiado por TIE, selección de niveles óptimos de PEEP, detección de neumotórax, prevención de enfermedades asociadas al ventilador). lesión pulmonar (VALI), etc.). Esto sería muy deseable, dado que estudios recientes sugieren que el 15% de los pacientes con ventilación mecánica en la UCI desarrollarán una lesión pulmonar aguda (ALI) con el consiguiente colapso pulmonar progresivo y que se asocia con una mortalidad supuestamente alta del 39%. Recientemente, el primer ensayo prospectivo en animales sobre ventilación mecánica guiada por TIE y sus resultados podrían demostrar beneficios significativos con respecto a la mecánica respiratoria, el intercambio de gases y los signos histológicos de lesión pulmonar asociada al ventilador.

Además de la información visual (por ejemplo, distribución regional del volumen tidal), las mediciones de EIT proporcionan conjuntos de datos sin procesar que se pueden utilizar para calcular otra información útil (por ejemplo, cambios en el volumen de gas intratorácico durante una enfermedad crítica); sin embargo, dichos parámetros aún requieren evaluación y validación cuidadosas.

Otro aspecto interesante de la EIT torácica es su capacidad de registrar y filtrar señales pulsatiles de perfusión. Aunque se han publicado estudios prometedores sobre este tema, esta tecnología sigue en sus comienzos. Un avance podría permitir la visualización simultánea del flujo de sangre regional y la ventilación regional – permitiendo a los clínicos localizar y reaccionar sobre los movimientos fisiológicos causados por desajustes regionales de ventilación pulmonar y perfusión con hipoxemia asociada.

Mama (MF-EIT)

La EIT se está investigando en el campo de las imágenes mamarias como una técnica alternativa/complementaria a la mamografía y la resonancia magnética (MRI) para la detección del cáncer de mama. La baja especificidad de la mamografía y de la resonancia magnética da como resultado una tasa relativamente alta de exámenes de detección falsos positivos, con gran angustia para los pacientes y costos para las estructuras sanitarias. Sería deseable el desarrollo de técnicas de imagen alternativas para esta indicación debido a las deficiencias de los métodos existentes: radiación ionizante en mamografía y el riesgo de inducir fibrosis sistémica nefrogénica (FSN) en pacientes con función renal disminuida al administrar el agente de contraste utilizado en la resonancia magnética de mama. , Gadolinio.

La literatura muestra que las propiedades eléctricas difieren entre normales y malignas. tejidos mamarios, preparando el escenario para la detección del cáncer mediante la determinación de propiedades eléctricas.

Un desarrollo comercial temprano de la imagen de impedancia eléctrica notomográfica fue el dispositivo T-Scan que se informó para mejorar la sensibilidad y la especificidad cuando se utiliza como un complemento para la mamografía de detección. Un informe a la Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos (FDA) describe un estudio en el que participaron 504 sujetos donde la sensibilidad de la mamografía fue de 82%, 62% para el T-Scan solo, y 88% para los dos combinados. La especificidad fue del 39% para la mamografía, el 47% para el T-Scan solo, y el 51% para los dos combinados.

Varios grupos de investigación en todo el mundo están desarrollando activamente la técnica. Un barrido de frecuencia parece ser una técnica eficaz para detectar el cáncer de mama mediante TIE.

La patente estadounidense US 8,200,309 B2 combina la exploración por impedancia eléctrica con imágenes de densidad de corriente de baja frecuencia por resonancia magnética en una configuración clínicamente aceptable que no requiere el uso de realce de quelato de gadolinio en mamografía por resonancia magnética.

Cérvix (MF-EIT)

Además de su papel pionero en el desarrollo de los primeros sistemas EIT en Sheffield, el profesor Brian H. Brown participa actualmente en la investigación y el desarrollo de un espectroscopio de impedancia eléctrica basado en MF-EIT. Según un estudio publicado por Brown en 2000, MF-EIT es capaz de predecir [neoplasia intraepitelial cervical] (NIC) grados 2 y 3 según la prueba de Papanicolaou con una sensibilidad y especificidad del 92% cada una. Aún no se ha decidido si la MF-EIT cervical se introducirá como complemento o como alternativa a la prueba de Papanicolaou. Brown es el fundador académico de Zilico Limited, que distribuye el espectroscopio (ZedScan I). El dispositivo recibió la certificación CE de su organismo notificado en 2013 y actualmente se está introduciendo en varias clínicas del Reino Unido y en sistemas sanitarios de todo el mundo.

Cerebro (a-EIT, td-EIT, mf-EIT)

Se ha sugerido la TIE como base para la obtención de imágenes cerebrales para permitir la detección y el seguimiento de la isquemia cerebral, la hemorragia y otras patologías morfológicas asociadas con cambios de impedancia debidos a la inflamación de las células neuronales, es decir, hipoxemia e hipoglucemia cerebrales.

Si bien la resolución espacial máxima de la EIT de aproximadamente el 15 % del diámetro de la matriz de electrodos es significativamente menor que la de la TC o la RM cerebral (aproximadamente un milímetro), la resolución temporal de la EIT es mucho mayor que la de la TC o la RM ( 0,1 milisegundos frente a 0,1 segundos). Esto hace que la EIT también sea interesante para monitorear la función cerebral normal y la actividad neuronal en unidades de cuidados intensivos o en el entorno preoperatorio para la localización de focos epilépticos mediante registros telemétricos.

Holder pudo demostrar en 1992 que los cambios de impedancia intracerebral se pueden detectar de forma no invasiva a través del cráneo mediante mediciones con electrodos de superficie. Los modelos animales de accidente cerebrovascular o convulsión experimental mostraron aumentos de impedancia de hasta el 100% y el 10%, respectivamente. Los sistemas EIT más recientes ofrecen la opción de aplicar corrientes alternas desde electrodos impulsores no adyacentes. Hasta ahora, la TIE cerebral aún no ha alcanzado la madurez para ser adoptada en la rutina clínica, aunque actualmente se están realizando estudios clínicos sobre accidentes cerebrovasculares y epilepsia.

En este uso, la EIT depende de la aplicación de corrientes de baja frecuencia sobre el cráneo que rondan <100 Hz, ya que durante el reposo neuronal a esta frecuencia estas corrientes permanecen en el espacio extracelular y, por lo tanto, no pueden ingresar al espacio intracelular dentro de las neuronas. Sin embargo, cuando una neurona genera un potencial de acción o está a punto de despolarizarse, la resistencia de su membrana que lo impide se reducirá ochenta veces. Siempre que esto suceda en un mayor número de neuronas, se producirán cambios de resistividad de aproximadamente 0,06 a 1,7 %. Estos cambios en la resistividad proporcionan un medio para detectar actividad neuronal coherente en un mayor número de neuronas y, por lo tanto, las imágenes tomográficas de la actividad neuronal del cerebro.

Desafortunadamente, si bien estos cambios son detectables, "son demasiado pequeños para permitir una producción confiable de imágenes". Las perspectivas de utilizar esta técnica para esta indicación dependerán de un mejor procesamiento o registro de la señal.

Un estudio informó en junio de 2011 que la tomografía de impedancia eléctrica funcional mediante evocación de respuesta (fEITER) se ha utilizado para visualizar cambios en la actividad cerebral después de la inyección de un anestésico. Uno de los beneficios de la técnica es que el equipo requerido es lo suficientemente pequeño y fácil de transportar para que pueda usarse para monitorear la profundidad de la anestesia en los quirófanos.

Perfusión (td-EIT)

Debido a su conductividad relativamente alta, la sangre se puede utilizar para obtener imágenes funcionales de perfusión en tejidos y órganos caracterizados por conductividades más bajas, p. para visualizar la perfusión pulmonar regional. El trasfondo de este enfoque es que la impedancia del tejido pulsátil cambia según las diferencias en el llenado de los vasos sanguíneos entre sístole y diástole, particularmente cuando se inyecta solución salina como agente de contraste.

Medicina deportiva/cuidados domiciliarios (a-EIT, td-EIT)

Las mediciones de impedancia eléctrica también se pueden utilizar para calcular parámetros abstractos, es decir, información no visual. Los avances recientes en la tecnología EIT, así como el menor número de electrodos necesarios para registrar parámetros globales en lugar de regionales en individuos sanos, se pueden utilizar para la determinación no invasiva de, por ejemplo, parámetros de temperatura. VO₂ o presión arterial en medicina deportiva o cuidados domiciliarios.

Sistemas comerciales

A-EIT y td-EIT

Aunque los sistemas TIE médicos no se habían utilizado ampliamente hasta hace poco, varios fabricantes de equipos médicos han estado suministrando versiones comerciales de sistemas de imágenes pulmonares desarrollados por grupos de investigación universitarios. El primer sistema de este tipo lo produce Maltron International, que distribuye el sistema Sheffield Mark 3.5 con 16 electrodos. Sistemas similares son el sistema Goe MF II desarrollado por la Universidad de Göttingen, Alemania y distribuido a través de CareFusion (16 electrodos), así como el Enlight 1800 desarrollado en la Universidad de São Facultad de Medicina de Paulo y el Instituto Politécnico de la Universidad de São Paulo, Brasil, que es distribuido por Timpel SA (Cinturón Reutilizable para Adultos - 32 electrodos; Cinturón Reutilizable Pediátrico - 24 electrodos; Cinturón Desechable Neonatal - 16 electrodos). Timpel Medical ha lanzado su segunda generación ENLIGHT 2100 y es el único dispositivo de tomografía de impedancia eléctrica autorizado por la FDA disponible comercialmente en los Estados Unidos. . Estos sistemas suelen cumplir con la legislación de seguridad médica y han sido empleados principalmente por grupos de investigación clínica en hospitales, la mayoría de ellos en cuidados críticos.

Dräger Medical puso a disposición en 2011 el primer dispositivo TIE para la monitorización de la función pulmonar diseñado para uso clínico diario en entornos de cuidados intensivos: el PulmoVista® 500 (sistema de 16 electrodos). Otro sistema EIT comercial diseñado para monitorear la función pulmonar en la UCI se basa en 32 electrodos activos y se presentó por primera vez en el congreso anual ESICM de 2013: el Swisstom BB². Mientras tanto, el BB² de Swisstom AG se lanzó al mercado en el Simposio Internacional sobre Cuidados Intensivos y Medicina de Emergencia (ISICEM) de 2014. y se distribuirá en Europa occidental a través de una asociación entre Swisstom y Maquet.

Timpel médica

Nuevas estrategias en ventilación artificial comenzaron a desarrollarse a través de un proyecto de investigación, liderado por Marcelo Amato MD, PhD, neumólogo de la Universidad de São Paulo, entre 2002 y 2008. Estas nuevas estrategias de ventilación impulsaron la necesidad de innovación que permitiera real- visualización del tiempo de la ventilación y la individualización del tratamiento al lado de la cama. Con este objetivo en mente, se creó Timpel en 2004. Ese mismo año, el Dr. Amato y su equipo publicaron el artículo “Imbalances in Regional Lung Ventilation: A Validation Study on Electrical Impedance Tomography” en el renombrado ATS Journal, el American Journal of Medicina respiratoria y de cuidados críticos, también conocida como Blue Journal. Este fue solo el comienzo del viaje. El equipo de investigación de Amato publicó más de 30 artículos sobre EIT entre 2004 y 2023. Esta investigación ha contribuido a las muchas herramientas disponibles con EIT en la actualidad. Debido al tremendo interés en la EIT y el valor que la tecnología aporta a los pacientes, investigadores de todo el mundo han contribuido al conjunto de evidencia con más de 250 publicaciones revisadas por pares en prensa para 2022. El nombre de Timpel se deriva de la tecnología (Tomografía de Impedancia Eléctrica) escrita al revés. El – eléctrico; Imp – impedancia; Tomografía T. A Timpel le apasiona y lo motiva: hacer de la TIE una valiosa herramienta complementaria para las estrategias de protección pulmonar que contribuyan a la metodología de próxima generación para el tratamiento de pacientes críticos junto a la cama. Con ENLIGHT de Timpel, el dispositivo de tomografía de impedancia eléctrica, la atención de cada paciente se individualiza en función de su enfermedad pulmonar. ENLIGHT brinda a los médicos visibilidad del perfil de enfermedades respiratorias en tiempo real, al lado de la cama, sin el riesgo adicional de transporte.

MF-IET

Los sistemas EIT multifrecuencia (MF-EIT) o espectroscopia de impedancia eléctrica (EIS) suelen estar diseñados para detectar o localizar tejido anormal, p. lesiones precancerosas o cáncer. Impedance Medical Technologies fabrica sistemas basados en diseños del Instituto de Investigación en Radioingeniería y Electrónica de la Academia Rusa de Ciencias en Moscú, que están dirigidos especialmente a la detección del cáncer de mama. Mirabel Medical Systems, Inc., con sede en Texas, desarrolla una solución similar para la detección no invasiva del cáncer de mama y ofrece el T-Scan 2000ED. Zilico Limited distribuye un espectroscopio de impedancia eléctrica llamado ZedScan I como un dispositivo médico que supuestamente ayuda a la localización/diagnóstico de la neoplasia intraepitelial cervical. El dispositivo acaba de recibir la certificación CE en 2013.

V5R

El v5r es un dispositivo de alto rendimiento, basado en una técnica de medición de voltaje-voltaje, diseñado para mejorar el control de procesos. La alta velocidad de cuadros del v5r (más de 650 cuadros por segundo) significa que puede usarse para monitorear procesos que evolucionan rápidamente o condiciones de flujo dinámico. Los datos que proporciona se pueden utilizar para determinar el perfil de flujo de procesos complejos de múltiples fases; permitiendo a los ingenieros discriminar entre flujo laminar, flujo pistón y otras condiciones de flujo importantes para una comprensión más profunda y un mejor control del proceso.

Cuando se utiliza para mediciones de concentración, la capacidad de medir la impedancia completa en una amplia gama de relaciones de fase significa que el v5r puede ofrecer una precisión considerable en un rango de conductividad más amplio en comparación con otros dispositivos.