La tomografía de impedancia eléctrica ( EIT ) es un tipo de imagen médica no invasiva en la que se infiere la conductividad eléctrica , la permitividad y la impedancia de una parte del cuerpo a partir de mediciones de electrodos de superficie y se utiliza para formar una imagen tomográfica de esa parte. La conductividad eléctrica varía considerablemente entre varios tejidos biológicos (EIT absoluta) o el movimiento de fluidos y gases dentro de los tejidos (EIT diferencial). La mayoría de los sistemas EIT aplican pequeñas corrientes alternas a una sola frecuencia; sin embargo, algunos sistemas EIT utilizan múltiples frecuencias para diferenciar mejor entre tejido normal y tejido anormal sospechoso dentro del mismo órgano (EIT multifrecuencia o espectroscopia de impedancia eléctrica).
Por lo general, se colocan electrodos de superficie conductores sobre la piel que rodea la parte del cuerpo que se va a examinar. Se aplican pequeñas corrientes alternas a algunos o todos los electrodos, y los equipotenciales resultantes se registran desde los otros electrodos (figuras 1 y 2). Luego, este proceso se repite para numerosas configuraciones de electrodos diferentes y finalmente da como resultado un tomograma bidimensional de acuerdo con los algoritmos de reconstrucción de imágenes incorporados. [2] [3]
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. [2] Esta propiedad se puede utilizar para reconstruir imágenes estáticas mediante EIT morfológica o absoluta (a-EIT). [4] 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 abandona el plano transversal y da como resultado una transferencia de impedancia. Este y otros factores son la razón por la que la reconstrucción de imágenes en EIT absoluta es tan difícil, ya que generalmente 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 severamente mal planteado . La formulación matemática del problema se debe a Alberto Calderón [ 5] y en la literatura matemática de problemas inversos a menudo se lo denomina "problema inverso de Calderón" o "problema de Calderón". Existe una amplia investigación matemática sobre el problema de unicidad de solución y algoritmos numéricos para este problema. [6]
En comparación con las conductividades tisulares de la mayoría de los demás tejidos blandos del tórax humano, la conductividad del tejido pulmonar es aproximadamente cinco veces menor, lo que da como resultado un alto contraste absoluto. Esta característica puede explicar parcialmente la cantidad de investigación realizada en imágenes pulmonares con EIT. [2] Además, la conductividad pulmonar fluctúa intensamente durante el ciclo respiratorio, lo que explica el inmenso interés de la comunidad de investigación en utilizar la EIT como un método de cabecera para visualizar la falta de homogeneidad de la ventilación pulmonar en pacientes con ventilación mecánica. [4] Por lo tanto, las mediciones de EIT entre dos o más estados fisiológicos, por ejemplo, entre la inspiración y la espiración, se denominan EIT de diferencia de tiempo (td-EIT).
La EIT por diferencia de tiempo (td-EIT) tiene una gran ventaja sobre la EIT absoluta (a-EIT): las imprecisiones resultantes de la anatomía interindividual, el contacto insuficiente de los electrodos de superficie con la piel o la transferencia de impedancia se pueden descartar porque la mayoría de los artefactos se eliminarán por sí solos debido a la simple sustracción de imágenes en la f-EIT. Esta es probablemente la razón por la que, a día de hoy, el mayor progreso de la investigación de la EIT se ha logrado con la EIT por diferencia. [2] [4] [7]
Otras aplicaciones propuestas de EIT incluyen la detección/ubicación de cáncer en piel , mama o cuello uterino , localización de focos epilépticos , [8] obtención de imágenes de la actividad cerebral. [9] así como una herramienta de diagnóstico para el vaciamiento gástrico deteriorado. [2] [8] [10] Los intentos de detectar o localizar patología tisular dentro de 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 a frecuencias variables.
La invención de la EIT como técnica de imágenes médicas se atribuye generalmente a John G. Webster y una publicación en 1978, [11] aunque la primera realización práctica de un sistema de EIT médico se detalló en 1984 debido al trabajo de David C. Barber y Brian H. Brown . [12] Juntos, Brown y Barber publicaron el primer Tomogram de Impedancia Eléctrica en 1983, visualizando la sección transversal de un antebrazo humano por EIT absoluta. [13] Aunque ha habido un progreso sustancial mientras tanto, la mayoría de las aplicaciones de a-EIT todavía se consideran experimentales. [8] Sin embargo, recientemente se han introducido dos dispositivos comerciales de f-EIT para monitorear la función pulmonar en pacientes de cuidados intensivos.
En geofísica y en el control de procesos industriales se utiliza una técnica similar a la EIT : la tomografía de resistividad eléctrica . De forma análoga a la EIT, se colocan electrodos de superficie sobre la tierra, dentro de perforaciones o dentro de un recipiente o tubería para localizar anomalías de resistividad o controlar mezclas de fluidos conductores. [14] Las técnicas de configuración y reconstrucción son comparables a la EIT. En geofísica, la idea data de la década de 1930. La tomografía de resistividad eléctrica también se ha propuesto para mapear las propiedades eléctricas de sustratos [15] y películas delgadas [16] para aplicaciones electrónicas.
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La conductividad eléctrica y la permitividad varían entre los tipos de tejidos biológicos y dependen de su contenido de iones libres. [2] [3] [8] Otros factores que afectan la conductividad incluyen la temperatura y otros factores fisiológicos, por ejemplo, el ciclo respiratorio entre la inhalación y la exhalación, cuando el tejido pulmonar se vuelve más conductor debido a un 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 de electrodos conductores alrededor de la parte del cuerpo de interés, se aplicarán corrientes alternas de típicamente unos pocos miliamperios a una frecuencia de 10–100 kHz a través de dos o más electrodos de accionamiento. Los electrodos restantes se utilizarán para medir el voltaje resultante. El procedimiento se repetirá luego para numerosos "patrones de estimulación", por ejemplo, pares sucesivos de electrodos adyacentes hasta que se haya completado un círculo entero y se pueda llevar a cabo la reconstrucción de la imagen y mostrarla mediante una estación de trabajo digital que incorpora algoritmos matemáticos complejos y datos a priori . [2] [3] [4] [17] [18] [19]
La corriente en sí se aplica utilizando fuentes de corriente , ya sea una única fuente de corriente conmutada entre electrodos utilizando un multiplexor o un sistema de convertidores de voltaje a corriente , uno para cada electrodo, cada uno controlado por un convertidor digital a analógico . Las mediciones nuevamente 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 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 de todos los electrodos simultáneamente (como ACT3 [20] ) es posible determinar de forma adaptativa patrones de corriente óptimos. [21]
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 [22] o una versión rápida de un método de reconstrucción directa como el método D-bar. [23] 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 es construir un modelo de elementos finitos del cuerpo y ajustar las conductividades (por ejemplo, utilizando una variante del método de Levenburg-Marquart ) para que se ajusten a los datos medidos. Esto es más desafiante ya que requiere una forma corporal 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. [3] [17] [21] [22] [24] [25] [26] Véase también el trabajo publicado en 1992 del Proyecto del Hospital Glenfield (referencia faltante).
Los enfoques de EIT absoluta 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 del plano transversal). [3] [18] [19] Esta es una de las razones por las que la reconstrucción de imágenes en EIT absoluta es tan compleja, ya que generalmente hay más de una solución para la reconstrucción de imágenes de un área tridimensional proyectada sobre un plano bidimensional. [4] [18] Otra dificultad es que, dada la cantidad de electrodos y la precisión de la medición en cada electrodo, solo se pueden distinguir objetos más grandes que un tamaño determinado. [26] [27] Esto explica la necesidad de algoritmos matemáticos altamente sofisticados que aborden el problema inverso y su mal planteamiento.
Otras dificultades en la EIT absoluta surgen de las diferencias inter e intraindividuales de conductividad de electrodos con distorsión de imagen y artefactos asociados. También es importante tener en cuenta que la parte del cuerpo de interés rara vez es precisamente redonda y que la anatomía interindividual varía, por ejemplo, la forma del tórax, lo que afecta el espaciado individual de los electrodos. [28] 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. [29] Mejorar la relación señal-ruido, por ejemplo mediante el uso de electrodos de superficie activos, reduce aún más los errores de imagen. [30] [31] Algunos de los últimos sistemas de 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 electrodo-piel es la técnica de EIT sin contacto que utiliza excitación de voltaje y acoplamiento capacitivo en lugar del contacto directo con la piel. [32] 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 las mediciones reales. [33]
La EIT por diferencia de tiempo evita la mayoría de estos problemas al registrar mediciones en el mismo individuo entre dos o más estados fisiológicos asociados con cambios de conductividad lineal. Uno de los mejores ejemplos de este enfoque es el tejido pulmonar durante la respiración debido a los cambios de conductividad lineal entre la inspiración y la espiración que son causados por la variación de los contenidos de aire aislante durante cada ciclo respiratorio. [2] Esto permite la sustracción 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. [7] Sin embargo, la incorporación de conjuntos de datos a priori o mallas en la EIT por diferencia sigue siendo útil para proyectar imágenes sobre la morfología del órgano más probable, que depende del peso, la altura, el género y otros factores individuales. [29]
El proyecto de código abierto EIDORS [34] ofrece un conjunto de programas (escritos en Matlab / GNU Octave ) para la reconstrucción y visualización de datos bajo la licencia GNU GPL. El método directo no lineal D-bar [35] para la reconstrucción no lineal de EIT está disponible en código Matlab en [2].
La Iniciativa de Investigación de Innovación Abierta EIT [36] tiene como objetivo promover el desarrollo de la tomografía de impedancia eléctrica (EIT) en general y, en última instancia, acelerar su adopción clínica. Hasta 2018, Swisstom puso a disposición un paquete de hardware y software de EIT listo para usar. [37]
A diferencia de la mayoría de las demás técnicas de obtención de imágenes tomográficas, la EIT no aplica ningún tipo de radiación ionizante. Las corrientes que se aplican normalmente en la EIT son relativamente pequeñas y, sin duda, 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 se difunde por el cuerpo como para que el sistema termorregulador del cuerpo la pueda manejar fácilmente. Estas propiedades permiten que la EIT se aplique de forma continua en humanos, por ejemplo, durante la ventilación mecánica en una unidad de cuidados intensivos (UCI). Dado que el equipo necesario para realizar la EIT es mucho más pequeño y menos costoso que en la tomografía convencional, la EIT permite la visualización continua en tiempo real de la ventilación pulmonar junto a la cama del paciente. La principal desventaja de la EIT frente a la tomografía convencional es su menor resolución espacial máxima (aproximadamente el 15 % del diámetro del conjunto de electrodos en la EIT en comparación con 1 mm en la TC y la RM). Sin embargo, la resolución se puede mejorar utilizando 32 electrodos en lugar de 16. [2] [4] [7] [20] La calidad de la imagen se puede mejorar aún más mediante la construcción de 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 mismos. [30] [31] A diferencia de la resolución espacial, la resolución temporal de la EIT (0,1 milisegundos) es mucho mayor que en la TC o la RMN (0,1 segundos). [8]
La EIT 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 el monitoreo de la ventilación es actualmente la aplicación clínica más prometedora de la EIT, ya que la ventilación mecánica con frecuencia produce lesiones pulmonares asociadas al respirador (VALI). La viabilidad de la EIT para la obtención de imágenes pulmonares se demostró por primera vez en el Instituto Politécnico Rensselaer en 1990 utilizando el algoritmo NOSER. [22] La EIT por diferencia de tiempo puede resolver los cambios en la distribución de los volúmenes pulmonares entre las regiones pulmonares dependientes y no dependientes y ayudar a ajustar los parámetros del respirador para proporcionar ventilación protectora pulmonar a los pacientes durante una enfermedad crítica o anestesia. [38]
La mayoría de los estudios de EIT se han centrado en la monitorización de la función pulmonar regional utilizando la información determinada por la EIT de diferencia temporal (td-EIT). Sin embargo, la EIT 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 (p. ej., hemotórax, derrame pleural, atelectasia, edema pulmonar) y aquellas con mayor resistividad (p. ej., neumotórax, enfisema). [7] [39]
La imagen de arriba muestra un estudio EIT de un bebé de 10 días que respira normalmente con 16 electrodos adhesivos aplicados en el pecho.
La reconstrucción de imágenes a partir de mediciones de impedancia absoluta requiere tener en cuenta las dimensiones y la forma exactas de un cuerpo, así como la ubicación precisa de los electrodos, ya que las suposiciones simplificadas darían lugar a importantes artefactos de reconstrucción. [28] Si bien se han publicado estudios iniciales que evalúan aspectos de la EIT absoluta, esta área de investigación aún no ha alcanzado el nivel de madurez que la haría adecuada para el uso clínico.
Por el contrario, la EIT por diferencia de tiempo 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 de referencia, que normalmente se define por la distribución de impedancia intratorácica al final de la espiración. [7] Las imágenes de EIT por diferencia de tiempo se pueden generar de forma continua y directamente en la cama del paciente. Estos atributos hacen que la monitorización regional de la función pulmonar sea particularmente útil siempre que exista la necesidad de mejorar la oxigenación o la eliminación de CO2 y cuando los cambios en la terapia tienen como objetivo lograr una distribución de gases más homogénea en pacientes con ventilación mecánica. Las imágenes pulmonares con EIT pueden resolver los cambios en la distribución regional de los volúmenes pulmonares entre, por ejemplo, regiones pulmonares dependientes y no dependientes a medida que se modifican los parámetros del respirador. Por lo tanto, las mediciones de EIT se pueden utilizar para guiar los ajustes específicos del respirador para mantener la ventilación protectora pulmonar para cada paciente. [42]
Además de la aplicabilidad de la EIT en la UCI, los primeros estudios con pacientes que respiran espontáneamente revelan otras aplicaciones prometedoras. [43] 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). [44] Además, se pueden utilizar métodos de fusión de imágenes especialmente desarrollados que superponen datos funcionales de EIT con datos morfológicos del paciente (por ejemplo, imágenes de TC o RMN ) 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 ). [45]
Tras muchos años de investigación en el campo de la TIE pulmonar con equipos provisionales o modelos en serie fabricados en cantidades muy reducidas, han entrado en el mercado de la tecnología médica tres sistemas comerciales para la TIE pulmonar: ENLIGHT 2100 de Timpel Medical, PulmoVista® 500 de Dräger y LuMon de Sentec. Los modelos se están instalando actualmente en unidades de cuidados intensivos y ya se utilizan como ayuda 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 evidencias obtenidas a partir de modelos animales se puede aplicar también a los seres humanos (reclutamiento pulmonar guiado por TIE, selección de niveles óptimos de PEEP, detección de neumotórax, prevención de la lesión pulmonar asociada a la ventilación mecánica [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 colapso pulmonar progresivo concomitante y que se asocia con una mortalidad supuestamente alta del 39%. [46] Recientemente, el primer ensayo prospectivo en animales sobre ventilación mecánica guiada por TIE y sus resultados podría demostrar beneficios significativos con respecto a la mecánica respiratoria, el intercambio de gases y los signos histológicos de la lesión pulmonar asociada a la ventilación mecánica. [47]
Además de la información visual (por ejemplo, la distribución regional del volumen corriente), las mediciones de EIT proporcionan conjuntos de datos brutos que pueden usarse para calcular otra información útil (por ejemplo, cambios en el volumen de gas intratorácico durante una enfermedad crítica); sin embargo, dichos parámetros aún requieren una evaluación y validación cuidadosas. [42]
Otro aspecto interesante de la TIE torácica es su capacidad para registrar y filtrar señales pulsátiles de perfusión. Aunque se han publicado estudios prometedores sobre este tema [48] , esta tecnología todavía está en sus inicios. Un avance permitiría la visualización simultánea tanto del flujo sanguíneo regional como de la ventilación regional, lo que permitiría a los médicos localizar y reaccionar ante los cortocircuitos fisiológicos causados por desajustes regionales de la ventilación y la perfusión pulmonar con hipoxemia asociada.
La EIT se está investigando en el campo de la imagenología mamaria 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 [49] y de la MRI [50] da como resultado una tasa relativamente alta de falsos positivos, con un alto nivel de sufrimiento para los pacientes y un alto costo para las estructuras de atención médica. El desarrollo de técnicas de imagenología alternativas para esta indicación sería deseable debido a las deficiencias de los métodos existentes: radiación ionizante en la mamografía y el riesgo de inducir fibrosis sistémica nefrogénica (NSF) en pacientes con función renal disminuida mediante la administración del agente de contraste utilizado en la MRI de mama, gadolinio . [51]
La literatura muestra que las propiedades eléctricas difieren entre los tejidos mamarios normales y malignos, [52] lo que prepara el terreno para la detección del cáncer mediante la determinación de las propiedades eléctricas.
Un desarrollo comercial temprano de la obtención de imágenes por impedancia eléctrica no tomográfica fue el dispositivo T-Scan [53], que, según se informó, mejoraba la sensibilidad y la especificidad cuando se utilizaba como complemento de la mamografía de detección. Un informe de la Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos (FDA) describe un estudio en el que participaron 504 sujetos en el que la sensibilidad de la mamografía fue del 82 %, del 62 % para el T-Scan solo y del 88 % para los dos combinados. La especificidad fue del 39 % para la mamografía, del 47 % para el T-Scan solo y del 51 % para los dos combinados. [54]
Varios grupos de investigación de todo el mundo están desarrollando activamente la técnica. Un barrido de frecuencia parece ser una técnica eficaz para detectar el cáncer de mama mediante EIT. [55]
La patente de Estados Unidos US 8.200.309 B2 combina la exploración por impedancia eléctrica con la obtención de imágenes de densidad de corriente de baja frecuencia por resonancia magnética en una configuración clínicamente aceptable que no requiere el uso de realce con quelato de gadolinio en la mamografía por resonancia magnética.
Además de su papel pionero en el desarrollo de los primeros sistemas de EIT en Sheffield [8], el profesor Brian H. Brown está actualmente activo en la investigación y 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] (CIN) grados 2 y 3 según la prueba de Papanicolaou con una sensibilidad y especificidad del 92% cada uno. [56] Todavía está por decidir si la MF-EIT cervical se va a introducir 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 de atención sanitaria de todo el mundo.
Se ha sugerido la EIT como base para la obtención de imágenes cerebrales que permita la detección y el seguimiento de la isquemia cerebral , la hemorragia [57] y otras patologías morfológicas asociadas con cambios de impedancia debido a la hinchazón de las células neuronales, es decir , hipoxemia e hipoglucemia cerebral .
Si bien la resolución espacial máxima de la EIT de aproximadamente el 15 % del diámetro del conjunto de electrodos es significativamente menor que la de la TC o la RMN cerebrales (aproximadamente un milímetro), la resolución temporal de la EIT es mucho mayor que la de la TC o la RMN (0,1 milisegundos en comparación con 0,1 segundos). [8] 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. [8]
En 1992, Holder demostró que los cambios de impedancia intracerebral pueden detectarse de forma no invasiva a través del cráneo mediante mediciones con electrodos de superficie. Los modelos animales de accidente cerebrovascular o convulsión experimentales mostraron aumentos de impedancia de hasta el 100% y el 10%, respectivamente. Los sistemas de TIE más recientes ofrecen la opción de aplicar corrientes alternas desde electrodos de impulso no adyacentes. Hasta el momento, la TIE cerebral aún no ha alcanzado la madurez necesaria para ser adoptada en la rutina clínica, pero actualmente se están realizando estudios clínicos sobre accidentes cerebrovasculares y epilepsia. [8]
En este uso, la EIT depende de la aplicación de corrientes de baja frecuencia por encima del cráneo que rondan los <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 0,06-1,7 %. Estos cambios en la resistividad proporcionan un medio para detectar la actividad neuronal coherente en un mayor número de neuronas y, por lo tanto, la obtención de imágenes tomográficas de la actividad neuronal cerebral.
Lamentablemente, si bien estos cambios son detectables, "son demasiado pequeños para permitir una producción confiable de imágenes". [58] Las perspectivas de utilizar esta técnica para esta indicación dependerán de un mejor procesamiento o registro de la señal. [58]
En junio de 2011 se publicó un estudio en el que se afirmaba que la tomografía de impedancia eléctrica funcional por respuesta evocada (fEITER) se había utilizado para obtener imágenes de los cambios en la actividad cerebral después de la inyección de un anestésico. Una de las ventajas de la técnica es que el equipo necesario es lo suficientemente pequeño y fácil de transportar, por lo que se puede utilizar para controlar la profundidad de la anestesia en los quirófanos. [9]
Debido a su conductividad relativamente alta, la sangre puede usarse para imágenes funcionales de perfusión en tejidos y órganos caracterizados por conductividades más bajas, por ejemplo, para visualizar la perfusión pulmonar regional. [4] [59] El fundamento de este enfoque es que la impedancia del tejido pulsátil cambia de acuerdo con las diferencias en el llenado de los vasos sanguíneos entre la sístole y la diástole, particularmente cuando se inyecta solución salina como agente de contraste. [48]
Las mediciones de impedancia eléctrica también pueden utilizarse para calcular parámetros abstractos, es decir, información no visual. Los avances recientes en la tecnología de la electroestimulación, así como la menor cantidad de electrodos necesarios para registrar parámetros globales en lugar de regionales en individuos sanos, pueden utilizarse para la determinación no invasiva, por ejemplo, del VO2 o la presión arterial en la medicina deportiva o en el cuidado domiciliario. [48]
Aunque los sistemas de EIT 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 primero de estos sistemas es producido por Maltron International [60] 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 Facultad de Medicina de la Universidad de São 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 para niños: 24 electrodos; Cinturón desechable para neonatos: 16 electrodos). Timpel Medical ha lanzado ahora su ENLIGHT 2100 de segunda generación y es el único dispositivo de tomografía de impedancia eléctrica aprobado por la FDA disponible comercialmente en los Estados Unidos . Estos sistemas generalmente cumplen 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 .
El primer dispositivo EIT para monitorización de la función pulmonar diseñado para el uso clínico diario en el entorno de cuidados intensivos fue presentado por Dräger Medical en 2011: el PulmoVista® 500 (sistema de 16 electrodos). [61] Otro sistema EIT comercial diseñado para monitorizar la función pulmonar en el entorno de la UCI se basa en 32 electrodos activos y se presentó por primera vez en el congreso anual ESICM de 2013: el LuMon EIT . El LuMon EIT de Sentec se lanzó al mercado en el Simposio Internacional sobre Cuidados Intensivos y Medicina de Emergencia (ISICEM) de 2014.
Las nuevas estrategias en ventilación artificial comenzaron a desarrollarse a través de un proyecto de investigación, dirigido por el Dr. Marcelo Amato, PhD, neumólogo de la Universidad de São Paulo, entre 2002 y 2008. Estas nuevas estrategias de ventilación impulsaron la necesidad de innovación que permitiera la visualización en tiempo real de la ventilación y la individualización del tratamiento en la cama del paciente. Con este objetivo en mente, Timpel se creó en 2004. En el mismo año, el Dr. Amato y su equipo publicaron el artículo "Desequilibrios en la ventilación pulmonar regional: un estudio de validación sobre tomografía de impedancia eléctrica" [62] en la reconocida revista ATS Journal, la Revista Estadounidense de Medicina Respiratoria y de Cuidados Críticos, también conocida como la Revista Azul. Este fue solo el comienzo del viaje. El equipo de investigación de Amato publicó más de 30 artículos sobre EIT desde 2004 hasta 2023. Esta investigación ha contribuido a las muchas herramientas disponibles con EIT en la actualidad. Debido al enorme interés en la EIT y el valor que la tecnología aporta a la cabecera del paciente, investigadores de todo el mundo han contribuido al conjunto de evidencias 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 – eléctrica; Imp – impedancia; T-tomografía. Timpel es apasionado y está motivado: hacer de la EIT una valiosa herramienta complementaria para las estrategias de protección pulmonar que contribuyan a la metodología de próxima generación de tratamiento de pacientes gravemente enfermos a la cabecera del paciente. 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 ofrece a los médicos visibilidad del perfil de la enfermedad de la ventilación en tiempo real, a la cabecera del paciente sin el riesgo añadido del transporte.
Los sistemas de espectroscopia de impedancia eléctrica (EIS) o multifrecuencia-EIT (MF-EIT) suelen estar diseñados para detectar o localizar tejido anormal, por ejemplo, lesiones precancerosas o cáncer. Impedance Medical Technologies fabrica sistemas basados en diseños del Instituto de Investigación de Radioingeniería y Electrónica de la Academia Rusa de Ciencias en Moscú, que están destinados especialmente a la detección del cáncer de mama. [63] 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 se supone que ayuda a la ubicación/diagnóstico de la neoplasia intraepitelial cervical. [56] El dispositivo acaba de recibir la certificación CE en 2013.
El v5r [64] 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 se puede utilizar 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 multifásicos complejos ; lo que permite a los ingenieros discriminar entre flujo laminar , flujo de tapón 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 un amplio rango 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.