电阻抗成像注入电流电阻抗成像（ACEIT）

注入电流电阻抗成像（ACEIT）是最早提出的且研究历史最长的成像方法。许多早期的文献将之称为电阻抗成像（EIT），后来随着各种成像方法的提出，有些学者为了将它与其他激励方式的电阻抗成像区分开来，故将之命名为注入电流电阻抗成像（ACEIT）。后来EIT概念的外延增大，表示所有的电阻抗成像。相对于其他方式的电阻抗成像而言，ACEIT起步较早，研究得比较充分。

ACEIT的原理是，根据人体内不同组织在不同生理、病理状态下具有不同的电阻抗，通过电极给人体施加小的安全驱动电流/电压，在体外测量电压/电流信号，并依据相应的快速重组算法重建人体内部的电阻抗分布或其变化的图像。

不同的电流注入模式使成像区域内部形成的电流分布不同，测量灵敏度不同，采集信号的信噪比不相同，最终成像质量也不同。常见的注入电流模式主要包括：临近驱动模式（adjacent driven pattern）、交叉注入模式（cross method）、相反注入电流模式（opposite method）和自适应注入电流模式（adaptive method）等。

电阻抗成像感应电流电阻抗成像（ICEIT）

感应电流电阻抗成像的原理是，它在被测目标的外围放置若干个激励线圈，对其施加交变电流，在空间产生交变磁场，从而在被测目标内激励出感应电流。测量被测目标表面电极间的电压差，并用此数据重构电导率扰动的分布，从而进行目标区域电导率的动态成像。

电阻抗成像磁共振电阻抗成像（MREIT）

针对常规电阻抗成像方法只能测量成像目标区域外周边信息的问题，加拿大多伦多大学的Zhang于1992在其题为“Electrical impedance tomography based on current density”的硕士论文中提出将EIT与磁共振电流密度成像（magnetic resonance current density image, MRCDI）结合的磁共振电阻抗成像方法。

磁共振电阻抗成像技术（MREIT）就是一种把磁共振成像技术（MRI）和EIT技术结合起来的新型阻抗成像技术。MREIT技术发展的基础在于磁共振能够检测注入电流激励磁场沿磁共振主磁场方向的分量。利用这一原理，就能够测量得到注入电流在成像目标内部激励的磁场分布，进而，由安培定律（Ampere’s Law）即 可以计算得到注入电流在成像目标内的电流密度分布，再结合成像目标边界电压分布，利用特定算法就能够重建成像目标体的阻抗分布，这就是MREIT技术的基本思想。

2005年，Ozparlak等提出感应电流磁共振电阻抗成像方法（induced current magnetic resonance-electrical impedance tomography, IC-MREIT），将非接触概念引入磁共振电阻抗成像方法。采用外部非接触线圈代替电极，将被测物放置于设计的几何中心位置，线圈通电后被测物处于交流一次磁场中，该一次磁场在被测物内部感应生成涡流产生二次磁场。二次磁场可由MRI设备测得，其中包含足够的信息用来重建图像。

电阻抗成像磁感应成像方法（MIT）

ICEIT采用电极测量成像目标体表面电压，依然存在因贴放大量电极而浪费时间和处理极不方便等困难。为此，Korjenevsky等人提出激励和测量全部采用线圈的非接触方式，通过测得的表面磁场重建电导率分布的磁感应成像方法（MIT）。应用于医学领域的磁感应成像方法的研究始于1993年，英国Swansea大学的Al-Zeibak等首次报道了用于医学的MIT实验系统，能够通过重构图像区分出脂肪与脱脂组织的轮廓和几何尺寸。

MIT的基本原理是，激励线圈产生频率的交变磁通密度，将成像目标体置于激励磁场中，成像目标区域内产生涡旋电场，由于区域内部包含导电介质，因此产生涡旋感应电流，该涡流同时会产生二次感应磁通密度并能改变原激励磁通密度的强弱和空间分布，在接收线圈上可以检测到相应的感应电压。通过检测到的测量线圈的感应电压的变化可以间接地反映导体的电导率分布，进行图像重构。由理论分析可知，二次感应磁通密度的实部由位移电流引起，与导体的介电常数有关，虚部由涡旋电流感生，与导体的电导率近似成线性关系。

电阻抗成像电磁阻抗成像（EMIT）

Levy等人提出了一种成像技术叫电磁阻抗成像（EMIT），既测量EIT的边界电压，又通过线圈记录外部磁场。他们通过数值模拟得出结论，附加的一小部分磁场的测量可以减小EIT问题的条件数，即改善了问题的病态性。

电阻抗成像电场电阻率成像（EFT）

还有另外一种完全非接触电阻抗成像方法——电场电阻率成像（EFT）[90]。这种成像方法采用与成像体非接触的电极激励交变电场，激励电极在成像目标体近表面产生感应电荷，而在远离电极的一面产生相反电荷，使得测量电压和激励电压之间的相移携带有成像目标体电阻率特性信息，进而可以建立相移与电阻率的对应关系，据此重构出成像体电阻率分布图像。

电阻抗成像磁探测电阻抗成像（MDEIT）

磁探测电阻抗成像（MDEIT）通过贴在成像目标体的成对电极，向成像目标体注入一定频率的交变电流，然后用某种形式的接收装置，例如感应线圈、超导量子干涉仪（SQUID）等，测量注入电流在成像目标体外产生的磁场，根据表面磁场的反问题求解获得产生磁场的电流分布，进而从电流分布重构出电导率分布图像。

综上所述，电阻抗成像（EIT）主要包括注入电流电阻抗成像方法（ACEIT），感应电流电阻抗成像方法（ICEIT），磁共振电阻抗成像方法（MREIT）和电磁阻抗成像（EMIT），磁感应成像方法（MIT），电场电阻率成像方法（EFT）和磁探测电阻抗成像（MDEIT）。它们的激励方式和传感接收方式各不相同，见表1。

表1 EIT各种方法的激励和传感方式的比较

1. Brown B H, Seagar A D. The Sheffield data collection system[J].Clinical Physics and Physiological Measurement.1987,8(Supplement A):91–97.

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3. Freeston I L, Tozer R C. Impedance imaging using induced currents[J].Physiological Measurement.1995,16(Supplement 3A):257–266.

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8. Casanas R, Scharfetter H, Altes A, et al. Measurement of liver iron overload by magnetic induction using a planar gradiometer: preliminary human results[J].Physiological Measurement.2004,25(1):315–323.

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12. 刘国强.医学电磁成像[M].北京：科学出版社,2006

13. 何为, 罗辞勇, 李征.电阻抗成像原理[M].北京：科学出版社,2009

14. 徐桂芝, 李颖.生物医学电阻抗成像技术[M].北京：机械工业出版社,2010

电阻抗成像（Electrical Impedance Tomography, EIT）是医学成像技术的一个新方向，它的基本原理是根据人体内不同组织在不同的生理、病理状态下具有不同的电阻/电导率，采用各种方法给人体施加小的安全驱动电流/电压，通过驱动电流或电压在人体的测量响应信息，重建人体内部的电阻率分布或其变化的图像。

电阻抗成像（EIT）的起源可追溯到上个世纪20年代，地质学研究者提出了线性电极阵列的断层电阻率成像（Resistivity Imaging）技术，即通过把电流注入地层，测得地表电压来重构不同地层的导电特性，从而确定矿藏的分布。70年代，生物医学研究者提出了圆形电极阵列的断层电阻率测量技术（Tomographic Resistivity Measurement Technique）。第一幅电阻抗图像是由Henderson和Webster于1978年报道的，他们得到了可以显示人体肺和心脏的图像，但这还不是断层图像，而是类似X胸片的透视图像。1984年英国谢菲尔德大学的Barber研究组报道了电导率断层成像的实验，获得了电导率分布图像，开辟了电阻抗层析成像技术这一新的研究领域。目前美国、英国和中国等有30多个研究组在进行电阻抗成像的研究。电阻抗成像技术在医学方面有广泛的应用，关于EIT在检测中风、肺气肿、心肌萎缩、膀胱疾病、乳腺癌等方面均有医学报导。

医学电阻抗成像方法按照激励器和测量器是否与成像目标体接触来划分，可以分为接触式、不完全接触式和非接触式三类。接触式电阻抗成像采用电极激励、电极和非接触形式共同接受的方式，提取与人体生理、病理相关的电特性信号，包括注入电流电阻抗成像方法（applied current electrical impedance tomography，ACEIT），磁共振电阻抗成像方法（magnetic resonance electrical impedance tomography, MREIT）和电磁阻抗成像（electro-magnetic impedance tomography, EMIT）等；不完全接触式电阻抗成像采用线圈激励和电极接收的方式，或者采用电极激励和线圈接收的方式，包括感应电流电阻抗成像方法（induced current electrical impedance tomography，ICEIT）和磁探测电阻抗成像（magnetic detection electrical impedance tomography，MDEIT）；非接触式电阻抗成像的激励器和接收器都不与成像体接触，主要包括磁感应成像方法（magnetic induction tomography，MIT）和电场电阻率成像方法（electrical field tomography，EFT）。

EIT技术具有很多优势，如对人体无创，无电离和辐射危险，系统结构简单，测量简便，可以用于快速的便携式成像，并且在对于人体心血管、食道、胃部等生理活动进行连续动态的图像监护方面具有广泛的应用前景，这些是目前多数临床成像手段难以做到的。同时该设备造价低廉、检测费用低的特点非常适合进行广泛的医疗普查。利用EIT技术，既可以得到解剖学影像，又可以得到人体器官生理活动（如呼吸、心脏搏动）的功能性图像。解剖影像是利用组织阻抗的频率依赖性对体内的阻抗分布进行成像。既往研究表明某些人体组织的生理功能变化能引起组织阻抗的变化（如组织充血和放电等），某些组织病理改变也能引起组织阻抗的变化（如癌变等），这些信息将会在EIT图像中体现出来，所以EIT具有功能成像的性质。

EIS技术基于平行电流场扰动模型实现，三维简化模型如图1所示。

图1 三维简化的EIS仿真模型

（1：均匀介质，2：扰动目标，3：测量电极阵列，4：保护环，5：参考电极）

图2二维电场内电流分布示意图

图2是EIS检测技术的二维电流场分布模型， 通过建立两个平行的导电面A和B，在平行的导体面A和B之间设立阻抗均匀分布的场域，将导体面A接地即电位为零，导体面B接电压为V，则在导体面A和导体面B之间建立均匀电流场，导体面B上的电流密度分布也为恒定值I₀；当场域中某一区域阻抗发生变化时，即当阻抗由均匀分布变为，其中；当阻抗分布不均匀时，电流场发生显著扰动时，原来导体面B均匀分布的电流密度，会在阻抗扰动区域的垂直投影位置产生一个扰动，电流分布存将在I₀的基础上扰动形成一个峰值I_max；因而可以根据导体面B上均匀电流分布的扰动来判断场域中阻抗分布的扰动。电阻抗分布均匀的电流分布图如图2（A）所示，若电极阵列下方的检测区域内存在电阻抗异常扰动包块，则会使均匀电流场发生扰动（如图2B所示），体表电极阵列上探测到的电流值也发生扰动。包块正上方电极单元上测得的电流值显著增大，而其他电极上测得的电流值基本不变；由于电压恒定，探头电极阵列各电极上检测到得的电流值与其所覆盖的组织电阻抗成反比线性关系，因而乳房表面电极阵列上电流的分布代表了从平行板电场间的电阻抗分布；扰动目标体的可探测性与其深度、大小及病变与周围介质电导率的比值有关。EIS可检测到响应电流的幅值和相位信息，并按照电极阵列的位置形成二维信号分布，并以灰度图像显示。EIS图像不是解剖图像，其实质是经导纳的“映射”。