Sistema de tomografía por impedancia eléctrica (TIE) para la estimación de volumen a partir de imágenes de tomografía 3D

Abstract

El prototipo de tomografía por impedancia eléctrica (TIE) implementado en este proyecto tiene la capacidad de adquirir datos a alta velocidad, las mediciones se realizan en 4 anillos cada uno con 8 electrodos ubicados en un phantom salino; las mediciones son transmitidas de forma inalámbrica por Bluetooth o por cable USB a un PC, donde se procesarán para realizar la reconstrucción de imagen 3D y su estimación de volumen por medio del software MATLAB. El sistema se basa en el circuito integrado AFE4300 de Texas Instrument’s (analog front end), el cual fue diseñado para el análisis de la medición de la composición corporal. En este proyecto se incorpora la AFE4300 para medir la composición corporal aplicando corrientes sinusoidales en un cuerpo (phantom salino), la inyección de corriente se hace a una frecuencia de 50kHz por medio de 8 canales de inyección y 8 canales son empleados para la medición de voltajes. El sistema es gestionado por una tarjeta ESP32 encargada de configurar la AFE4300 y conmutar el arreglo de switches que gestionan los 4 anillos de 8 electrodos; además la EPS32 transmite los datos por Bluetooth gracias a su módulo ya integrado. La reconstrucción de imagen 3D se hace mediante una aplicación desarrollada en MATLAB que emplea la plataforma EIDORS, Los resultados obtenidos muestra que la reconstrucción de imágenes 3D de TIE presentan un buen desempeño, ya que permiten evidenciar el cambio de impedancia dentro del phantom con solución salina, además el índice de Impedancia Global (GI) implementado para la estimación de volumen de los objetos dentro del phantom evidencia que tiene una correlación positiva con el volumen. Estos resultados son promisorios para la utilización de este sistema de TIE en diversas aplicaciones biomédicas donde las imágenes 3D sean necesarias.

The Electrical Impedance Tomography prototype (EIT) implemented in this project has the ability to acquire data at high speed, the measurements are performed in 4 rings, each one with 8 electrodes located in a saline phantom; the measurements are transmitted wirelessly via Blue-tooth or USB cable to a PC, where they will be processed to perform the reconstruction of 3D images and their volume estimation using MATLAB software. The system is based on Texas Instrument’s AFE4300 integrated circuit (analog front end), which was designed for the analysis of body composition measurement. This project incorporates the AFE4300 to measure body composition by applying sinusoidal currents in a body (phantom saline), the current injection is done at a frequency of 50kHz through 8 injection channels and 8 channels are used for voltage measurement. The system is managed by an ESP32 card respon-sible for configuring the AFE4300 and switching the arrangement of switches that manage the 4 rings of 8 electrodes; also, the EPS32 transmits data via Bluetooth due to its module already integrated. The 3D image reconstruction is done through an application developed in MATLAB that uses the EIDORS platform. The results obtained show that the reconstruction of TIE 3D images presents a good performance, since it allows to evidence the change of impedance inside the phantom with saline solution. Likewise, the Global Impedance Index (IG) implemented for the estimation of volume of objects within the phantom evidences that has a positive correlation with volume. These results are promising for the use of this TIE system in various biomedical applications where 3D images are necessary.