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電阻抗斷層成像(EIT,，也稱為應(yīng)用電位斷層掃描)是一種成像技術(shù),，它利用解剖結(jié)構(gòu)內(nèi)的電學(xué)特性，通過對(duì)結(jié)構(gòu)表面的測量得出該結(jié)構(gòu)的電學(xué)特性,。EIT是一種無創(chuàng),、非電離、實(shí)時(shí),、無不良副作用的功能性成像技術(shù),。EIT適用于任何年齡的患者，可以在床邊連續(xù)進(jìn)行,，無需鎮(zhèn)靜,。EIT可以實(shí)時(shí)生成肺通氣、灌注和V/Q比值圖-呼吸對(duì)呼吸和心跳對(duì)心跳的圖像,。與計(jì)算機(jī)化x射線斷層掃描和正電子發(fā)射斷層掃描等技術(shù)相比,，EIT大約便宜1000倍，小1000倍,，不需要電離輻射,。 
此外，EIT原則上每秒可以產(chǎn)生數(shù)千個(gè)圖像,。其主要局限性是其空間分辨率低,，并且-在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域-受試者之間的圖像變異性大。通常使用一組電極將電流施加到受試身體或系統(tǒng),，并測量其他電極之間產(chǎn)生的電壓,，進(jìn)行記錄。為了獲得合理的圖像（至少一百張,，最好是幾千張）,，必須進(jìn)行此類測量。 
在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,，EIT研究最多的應(yīng)用是胃排空和肺功能的測量（上圖）,。在工業(yè)領(lǐng)域，典型的應(yīng)用是成像管道中的油和水的分布,，以及成像混合容器中物質(zhì)的流動(dòng),。在某些方面，工業(yè)應(yīng)用對(duì)EIT更有利,，因?yàn)橥ǔ,？梢允褂脛傂缘墓潭姌O陣列。電極在人體上的固定是醫(yī)學(xué)EIT面臨的遺留問題之一,。EIT產(chǎn)生組織內(nèi)阻礙（或更常見的電阻率）分布或其隨時(shí)間或頻率變化的圖像,。體內(nèi)廣泛的組織類型之間存在較大的電阻率對(duì)比（高達(dá)約200:1）。因此,，應(yīng)該可以利用電阻率形成解剖圖像,。此外,，正常組織和病理組織之間通常存在顯著對(duì)比。例如,，Grant(1923)發(fā)現(xiàn),，在1 kHz時(shí)，腦膠質(zhì)瘤的電阻率約為正常組織的一半,。為了測量電阻率或阻抗,，電流必須在組織中流動(dòng)，并測量產(chǎn)生的電壓,。該施加電流將被稱為激勵(lì)電流（低于電流路徑）,。
在實(shí)踐中，幾乎所有的EIT系統(tǒng)都使用恒流源,，并測量相鄰電極對(duì)之間的電壓差,。為了獲得具有良好空間分辨率的圖像，需要進(jìn)行多次此類測量,。這可以通過對(duì)身體施加不同的電流分布,，并重復(fù)電壓測量來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)測量集,，圖像重建技術(shù)生成斷層圖像,。在數(shù)學(xué)上，已知的量是身體上某些點(diǎn)的電壓和電流,；未知的是身體內(nèi)的阻抗或電阻率,。在低頻下，這些量通過Laplace方程相關(guān)：
其中sigma是電導(dǎo)率（介電常數(shù)可以用復(fù)sigma表示,，phi是電位,，del是del算子。Sigma和phi是空間場,，其量級(jí)是位置的函數(shù),。Phi也是σ的非線性函數(shù)。在實(shí)踐中,，拉普拉斯方程的解對(duì)測量中的噪聲非常敏感,，必須使用歸一化技術(shù)。大多數(shù)體內(nèi)圖像是使用線性化,、近似技術(shù)生成的,。這些試圖從已知的起始值找到電阻率微小變化的解決方案。直到最近,，電阻率的變化是隨著時(shí)間的推移而測量的，EIT圖像本質(zhì)上是生理功能?，F(xiàn)在可以使用相同的重建技術(shù),，通過頻率的成像變化產(chǎn)生解剖圖像,。實(shí)用的EIT系統(tǒng)：Sheffield Mark 1已經(jīng)報(bào)告了許多實(shí)際的數(shù)據(jù)采集方案。為了說明,，本節(jié)描述了Sheffield Mark 1系統(tǒng)（Brown和Seagar,，1987），其操作相對(duì)簡單,。它要求16個(gè)電極均勻分布在身體周圍的同一平面,。EIT系統(tǒng)在50 kHz下對(duì)相鄰的一對(duì)電極施加1-5 mA的恒定電流。在其它相鄰配對(duì)之間測量電壓（見下圖）,。然后,，它將電流切換到另一對(duì)電極，并測量第二組電壓,。從攜帶電流的電極進(jìn)行電壓測量是不尋常的,，因?yàn)榇┻^電極-皮膚電阻的電壓降是未知的。因此,，Mark 1系統(tǒng)可以進(jìn)行13*16 = 208次測量,，其中一半是獨(dú)立的（另一半通過互惠關(guān)系與前者相關(guān)）。
GE Research與學(xué)術(shù)合作伙伴合作開發(fā)了一種新穎的,、同時(shí)多源的EIT,。我們將其稱為SMS-EIT。GE已經(jīng)建立了具有32個(gè)獨(dú)立通道的原型SMS-EIT系統(tǒng),。每個(gè)通道由單獨(dú)的電流源和電壓測量電路組成,，用于驅(qū)動(dòng)和測量在10 kHz工作頻率下運(yùn)行的信號(hào)。以每秒約20幀的速度采集數(shù)據(jù),，精度為16位,。雖然存在其他EIT商業(yè)系統(tǒng)，但它們使用劣質(zhì)方法,，并在其電極陣列上復(fù)用單一（或雙極）電流源,。與電流源數(shù)量等于皮膚電極數(shù)量的SMS-EIT系統(tǒng)相比，單一源方法檢測小不均勻性的能力顯著較低,。GE的SMS-EIT設(shè)計(jì)提供了更高的信噪比,，除通氣外，對(duì)圖像肺灌注的靈敏度更高,。無創(chuàng)實(shí)時(shí)肺監(jiān)測和評(píng)估是許多高敏銳度護(hù)理?xiàng)l件未滿足的需求：區(qū)分氣胸和血胸,，并追蹤其進(jìn)展以進(jìn)行戰(zhàn)斗傷員護(hù)理在航空醫(yī)療后送過程中監(jiān)測通氣患者的肺功能斷開呼吸機(jī)后，通過連續(xù)肺功能監(jiān)測成功脫機(jī)監(jiān)測早產(chǎn)新生兒和兒科患者的肺功能和治療反應(yīng)EIT的肺功能評(píng)估為小兒和新生兒提供了無輻射的替代方案,。EIT可以作為一種小型的,、由電池操作的便攜式設(shè)備來實(shí)現(xiàn)，從而將持續(xù)的肺評(píng)估帶到傷害點(diǎn)，用于民用或軍用創(chuàng)傷應(yīng)用,。我們對(duì)SMS-EIT能力的信心是基于我們與臨床伙伴從多個(gè)成人和新生兒受試者那里收集的數(shù)據(jù),。以下示例總結(jié)了GE Research收集和發(fā)布的關(guān)鍵成果。將32個(gè)市售ECG電極連接在健康人體受試者胸部周圍的兩個(gè)圓環(huán)中,，間距大致相等,。為了與呼吸和心動(dòng)周期相關(guān)聯(lián)，受試者通過呼吸速度描記器呼吸,，使用呼吸面罩,，右手放置脈搏血氧計(jì)進(jìn)行PPG測量。SMS-EIT整體電導(dǎo)率數(shù)據(jù)與一名受試者的肺活量計(jì)和PPG數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性如下圖所示,。整體SMS-EIT電導(dǎo)率與肺活量計(jì)波形以及PPG（屏氣期間,，僅心臟灌注信號(hào)發(fā)生變化）之間高度一致。SMS-EIT可顯示不同身體姿勢的時(shí)差灌注和通氣圖像（參考呼吸或心動(dòng)周期的開始）的局部變化,。來自3種不同身體姿勢的實(shí)時(shí)重建灌注和通氣圖像如下所示,。每個(gè)重建圖像分2層顯示。頂層和底層分別代表頭側(cè)和尾側(cè)電極平面的電導(dǎo)率變化,。灌注圖像均使用相同的色標(biāo),，通氣圖像使用另一個(gè)色標(biāo)。紅色表示從所選參考框架到所描述框架的電導(dǎo)率增加,，藍(lán)色表示電導(dǎo)率降低,。從空氣和血液空間位置的變化可以看出重力對(duì)肺的預(yù)期影響。SMS-EIT通氣和搏動(dòng)灌注圖像與CT圖像和患者病理生理學(xué)相關(guān),。我們收集了20例ICU患者的數(shù)據(jù)（10例男性,，10例女性，年齡：49,?！?6.歲，BMI：23±5.5,，胸圍：94±13 cm,，平均值±標(biāo)準(zhǔn)差）。通過估計(jì)肺部區(qū)域分配時(shí)的空氣和血液分?jǐn)?shù),，根據(jù)SMS-EIT圖像計(jì)算新的VQ指數(shù),。區(qū)域VQ指數(shù)通過肺部四個(gè)象限的體素電導(dǎo)率總和計(jì)算：腹側(cè)和背側(cè)、左側(cè)和右側(cè),。未分析心臟區(qū)域（紅色）和表面/中心區(qū)域（藍(lán)色）,。以下直方圖突出顯示了正常健康受試者和ICU患者右肺和左肺V/Q指數(shù)的區(qū)域差異（PT_04，CT如上所示）,。SMS-EIT允許將通氣和灌注的時(shí)間演變視為空間重建或特定區(qū)域內(nèi)阻抗體素的時(shí)間波形,。在下面的示例中，重建的參考點(diǎn)（時(shí)間t = 0）是呼氣結(jié)束。重建下方是區(qū)域電導(dǎo)率波形,，顯示每個(gè)空間重建圖像的時(shí)間點(diǎn)
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