Electrical impedance tomography: thorax

Rafael Filipe Lopes Gonçalves

Key information

Authors:

Rafael Filipe Lopes Gonçalves (Rafael Filipe Lopes Gonçalves)

Supervisors:

Maria Isabel de Sousa Rocha (Maria Isabel de Sousa Rocha); Raúl Daniel Lavado Carneiro Martins (Raúl Daniel Lavado Carneiro Martins)

Published in

12/10/2014

Abstract

O objetivo desta tese consiste no desenvolvimento de um software para a obtenção de mapas de impedância do tórax humano recorrendo a métodos de reconstrução linear. Este software destina-se a simular uma tecnologia de tomografia para aplicações biomédicas que consiste na reconstrução de mapas da distribuição de propriedades eletromagnéticas passivas no interior do corpo, designada por tomografia por impedância elétrica. A obtenção das propriedades eletromagnéticas passivas requer um método de resolução do problema directo, baseado na técnica de integração finita, de forma a modular a interacção entre a radiação electromagnética e o corpo, levando à obtenção dos dados necessários para serem utilizados no processo de reconstrução de imagem. Este método foi concebido para ser totalmente automático, de forma a necessitar apenas da intervenção do utilizador em relação à geometria do problema. Este método foi de seguida validado recorrendo a um conjunto de exercícios cujos princípios físicos se encontram bem estabelecidos. Finalmente, e de forma a obter a reconstrução da imagem, foram implementados os métodos de retroprojeção e retroprojeção filtrada ao longo das linhas de isopotencial. Estas, por sua vez, foram calculadas através do campo elétrico e da transformação de Möbius. A reconstrução de imagem por tomografia por impedância elétrica, que envolve o método desenvolvido para a resolução do problema inverso, foi primeiramente testado num conjunto de fantomas1 a duas dimensões antes de ser finalmente aplicado a uma segmentação de um tórax obtida através de uma tomografia axial computarizada. Os resultados obtidos foram satisfatórios na medida em que demonstram a aplicabilidade destas tecnologias em ambiente clínico. The objective of this thesis is to develop an imaging software to perform linear reconstruction imaging to a human thorax. This software is intended to simulate a tomographic imaging technology aimed for biomedical applications, the electrical impedance tomography, consisting in the reconstruction of body interior distribution maps of the passive electromagnetic properties. To accomplish this goal a numerical forward method, based on the finite integration technique, was first implemented to modulate the interaction between the electromagnetic radiation and the body, producing the required data to be subsequently used in the image reconstruction process. This method was intended to be fully automatic, requiring only some input from the user regarding the problem geometry. This method was first validated with a set of well established physics problems. Finally, for the image reconstruction, the back-projection and the filtered back-projection methods were implemented along isopotential lines which were calculated using the electrical field and the Möbius transformation. Still regarding the electrical impedance tomography image reconstruction, the applicability of the developed inverse problem was first tested in a set of two dimensional phantoms, and later applied to a thorax obtained with image segmentation of a x-ray computed tomography scan. The results achieved were satisfying in the sense that they demonstrate the applicability of these technologies to clinical environment.