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Diagnostica

Tomografia ad impedenza elettrica: anni di ricerca per una tecnica tanto promettente

Scritto da Gianmarco Rogo

La tomografia ad impedenza elettrica (EIT) è una tecnica di imaging basata essenzialmente sul concetto che tessuti diversi, avendo diversa impedenza, rispondono in maniera differente al passaggio di una piccola corrente alternata; dunque, lo scopo della tecnica è quello di ricostruire un’immagine che rappresenti una mappa della conducibilità elettrica del corpo e, quindi, dei vari tessuti. Questo viene realizzato attraverso delle misure di potenziale in seguito all’iniezione di correnti ad alta frequenza sulla superficie corporea.

Metodo di misurazione dei potenziali nella tecnica EIT

Metodo di misurazione dei potenziali nella tecnica EIT.

La ricerca in tale campo ha preso piede agli inizi degli anni ‘80 in moltissime direzioni tra cui:

  • monitoraggio dello svuotamento gastrico,
  • valutazione della ventilazione polmonare regionale,
  • valutazione della perfusione polmonare,
  • valutazione della funzionalità cardiaca,
  • monitoraggio delle funzionalità neurologiche
  • screening del cancro al seno.

La tecnologia si è dimostrata da subito estremamente promettente giacché non invasiva, non nociva, indolore e priva di inconvenienti. In 30 anni di ricerca, molti interrogativi sono stati affrontati dai ricercatori nel campo.

Qual è la migliore tecnica di ricostruzione dell’immagine?

Inizialmente si utilizzarono tecniche di ricostruzione dell’immagine simili a quella utilizzata per la ricostruzione di immagini TC. In seguito si è visto che i metodi di approssimazione iterativa restituivano risultati migliori.

Quanti e che tipo di elettrodi utilizzare (16 o 32)? Come rendere di immediata realizzazione l’esecuzione dell’esame?

Generalmente gli elettrodi utilizzati nell’esecuzione di un esame EIT erano i tipici elettrodi monouso per ECG. Al di là della resa in termini di efficienza, il posizionamento di ogni singolo elettrodo a distanza specifica sulla superficie corporea del paziente rendeva “laboriosa” l’esecuzione dell’esame; inoltre, ogni elettrodo doveva essere collegato al misuratore tramite un cavo, rendendo il tutto poco maneggevole. Come è naturale che sia, l’affermarsi delle tecnologie in ambito sanitario sottostà, tra le altre cose, all’imperativo della praticità e dell’immediatezza dell’esecuzione dell’esame e la carenza in tale senso è stata sicuramente una delle cause della mancata commercializzazione della tecnologia EIT fino a pochi anni fa.

Qual è la migliore frequenza della corrente iniettata? Su quale delle tante applicazioni cliniche focalizzarsi?

Era forse naturale che gli sforzi della ricerca si concentrassero sul monitoraggio della ventilazione polmonare, giacché le variazioni impedenziometriche che occorrono in un torace durante l’atto respiratorio sono molto ampie; si pensi che un’inspirazione forzata può far variare l’impedenza toracica del 300% (per dare un’idea, l’attività cardiaca può causare una variazione di impedenza pari al 3%).

Nel 2011 una risposta pratica a tutti questi interrogativi è stata data con la prima realizzazione commerciale di EIT per la valutazione regionale della distribuzione ventilatoria direttamente a letto del paziente: il PulmoVista 500. Questa apparecchiatura, nata per accostare e migliorare la ventilazione artificiale dei pazienti in terapia intensiva, è montata su ruote ed è dotata di cinture a 16 elettrodi che rendono semplice il montaggio e l’esecuzione dell’esame senza alcun rischio per il paziente.

L'unico sistema EIT attualmente in commercio, prodotto dall'azienda Draeger.

L’unico sistema EIT attualmente in commercio, prodotto dall’azienda Draeger Altre informazioni. © Drägerwerk AG & Co. KGaA

Uno schermo permette la visualizzazione real-time di immagini e trends per ottimizzare i parametri ventilatori su pazienti con distribuzione disomogenea della ventilazione. Le immagini ad elevata risoluzione temporale ricostruiscono solamente la distribuzione di aria; in mancanza di ventilazione, dunque, nulla viene visualizzato. Oltre a ciò, il dispositivo può registrare le immagini e dunque riesce semplice fare valutazioni differenziali a distanza di tempo. Inoltre, stima la distribuzione regionale di aria tramite percentuali (le regioni di interesse possono essere settate in maniera arbitraria).

Sequenza di immagini, rappresentanti un atto respiratorio, prodotte da PulmoVista 500. © Drägerwerk AG & Co. KGaA

Il limite di questa tecnica sta nella ridotta risoluzione spaziale delle immagini (32×32 pixel), che, ad oggi, non permette una valutazione morfologica dei tessuti comparabile a quella del gold standard per la diagnostica polmonare, la tomografia computerizzata del torace. Anche lo spessore della fetta ricostruita non è comparabile al dettaglio che la TC riesce a dare; una immagine EIT, infatti, rappresenta una percentuale variabile tra il 10 ed il 30% dell’intero polmone.

Molta strada è stata percorsa in questi 30 anni e, nonostante sia realistico pensare che la risoluzione delle immagini EIT non abbia gli stessi margini di miglioramento di quella delle immagini TC (che, dall’inizio degli anni 70, ha visto questa migliorare da 80 x 80 a 512 x 512 pixel), è quasi certo che, al pari di altre tecniche di monitoraggio come l’ecografia, l’ EIT per la valutazione regionale della ventilazione si affermerà sempre di più nella clinica di pazienti in terapia intensiva dove molte sono le problematiche (ventilazione ottimale, PEEP ottimale, svezzamento dal ventilatore, posizione più idonea per la migliore distribuzione della ventilazione, ecc).

Le evidenze scientifiche a supporto dell’utilizzo di questa tecnica in terapia intensiva stanno aumentando, giacché avere sempre più elementi al fine di ottimizzare il percorso diagnostico-terapeutico di pazienti critici risulta di fondamentale importanza. La speranza è quella che, andando avanti con la ricerca in tale campo, questa tecnica possa, almeno in parte, subentrare a tecniche di imaging che sfruttano radiazioni ionizzanti e che richiedono il trasporto del paziente critico in Radiologia per l’esecuzione dell’esame.

 
Credits: Drager/PulmoVista500
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Informazioni autore

Gianmarco Rogo

Ideatore ed amministratore del Network di IngegneriaBiomedica.org.
Nutre particolare interesse per gli strumenti dell’Ingegneria Informatica ad uso biomedicale.
Appassionato dal percorso formativo in Ingegneria Biomedica e spinto dalla forte curiosità verso la robotica, l’automazione e l’elettronica in generale, si avvicina all’attivo ambiente dei cosiddetti Artigiani Digitali, o “Makers” lavorando alla programmazione di micro controllori e sistemi embedded. Nel 2014, con il progetto LM35: Analisi e elaborazione dei dati si classifica primo al concorso “Make a project – Critics” indetto nella Community italiana Arduino.
Lavora allo sviluppo di sistemi per domotica e telecontrollo per monitoraggio di energie rinnovabili.

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