Sistema di misura dell’impedenza elettrica dei tessuti umani

Data di pubblicazione

29-09-2017

Codice

DEIB.17.059.A

Stato

Licenziato

Data di priorità

11-07-2017

Fase

Domanda di brevetto internazionale (PCT)

Titolare

Politecnico di Milano

Dipartimento

DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA, INFORMAZIONE E BIOINGEGNERIA

Autori

Andrea Aliverti, Davide Meroni, Dario Bovio, Camilla Carpano Maglioli, Emanuele Meroni

Descrizione

La valutazione quantitativa delle proprietà elettriche dei tessuti rappresenta uno strumento utile per migliorare l’accuratezza dei metodi per la diagnosi del cancro. Infatti, è noto che differenti tessuti presentano diversi parametri di conduttività e, supponendo che la presenza di tessuto neoplastico ne comporti un’alterazione, le misure di impedenza effettuate su tessuti sani e tumorali possono rappresentare importanti informazioni cliniche. L’invenzione consiste in un dispositivo per la caratterizzazione elettrica di piccole aree di tessuto vivente in un ampio spettro di frequenze, che combina le tecniche di Spettroscopia ad Impedenza Elettrica in profondità (EIS, in-depth Electrical Impedance Spectroscopy) e Tomografia (EIT). Questo dispositivo è in grado di eseguire una misura four-terminal sensing del modulo e della fase dell’impedenza complessa del tessuto sotto esame al variare della frequenza all’interno di un determinato range (1 – 100 kHz), ed è in grado di elaborare e realizzare una mappa di impedenza basata sul contrasto di conduttività tra tessuti biologici eterogenei. L’acquisizione dei dati può essere eseguita usando una sonda con 4 o 8 elettrodi ad ago. Tale sonda potrebbe essere usata durante le procedure di biopsia (effettuate sotto guida radiologica e/o endoscopica) allo scopo di scegliere le aree più appropriate da pungere e conseguentemente migliorare l’accuratezza diagnostica istopatologica. - ENGLISH - The quantitative assessment of electrical properties of tissues represents a useful tool to improve the accuracy of current methods for cancer diagnosis. As evidenced, different tissue types exhibit different conductivity parameters and, supposing that the presence of a neoplastic tissue alters this structure, the difference in the electrical properties of normal and cancerous tissues can be a useful clinical information. The invention consists of a device that combines in-depth Electrical Impedance Spectroscopy (EIS) and Tomography (EIT) for the electrical discrimination and characterization of small in-vivo tissue areas, along a wide spectrum of frequencies. This device is able to perform a four-terminal sensing of the modulus and phase of the complex impedance of the tissue under examination in the frequency range 1 - 100 kHz. This allows to obtain an impedance map based on the conductivity contrast within heterogeneous biological tissues. The data acquisition can be carried out using a probe with 4- needles or 8-needles electrodes. This probe could be used during biopsy procedures (performed under fluoroscopic and/or endoscopic guidance) in order to improve diagnostic yield by choosing the most appropriate area for puncture.

Campo di applicazione

Il principale campo di applicazione di questo dispositivo è quello della diagnosi dei tumori. La misura dell’omogeneità del tessuto e la visualizzazione di mappe di impedenza consente di analizzare con precisione la regione di interesse definendo i margini della formazione neoplastica; ciò può essere di aiuto in molte procedure diagnostiche attualmente effettuate con tecnica chirurgica, endoscopica e radiologica. - ENGLISH - The main application field of this device is the diagnosis of cancer tissues. The measure of the structural homogeneity of the tissues and the visualization of the impedance maps allow to precisely analyze the area of interest defining the boundaries of the cancer region; this can be helpful in several diagnostic applications, including laparoscopic, endoscopic, and radiological procedures.

Vantaggi

A differenza di altri dispositivi per la misurazione in vivo dell’impedenza, che sono sviluppati per analizzare la superficie e il primo strato del tessuto, il sistema proposto è in grado di fornire una dettagliata analisi del tessuto che viene investigato anche in profondità: infatti, selezionando l’opportuna lunghezza degli aghi-elettrodo, l’area di misura può essere spostata più in profondità all’interno del tessuto da analizzare. In questo modo non si incorre nel rischio di perdere informazioni importanti relative alla massa analizzata solo perché si trovano negli strati di tessuto più profondi. Inoltre, per la prima volta un dispositivo EIS viene accoppiato con un sistema EIT in un singolo device, in modo da sfruttare i vantaggi di entrambe le tecnologie. - ENGLISH - Differently from other devices for in vivo measurement of the impedance, which are able just to analyze the surface and the first layer of tissue, the proposed analyzer can provide a very detailed analysis of the whole tissue under investigation. By adjusting the needle length, the measuring region can reach the central core of the analyzed tissue. Furthermore, for the first time a four-electrode bio-impedance device is coupled to an EIT system in a single device, to take advantages from both technologies.

Stadio di sviluppo

Prototipo funzionante. Working Prototype.

Contatto

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