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Elektrische Impedanztomographie

Die Lunge live am Bildschirm

| Autor/ Redakteur: Elsbeth Heinzelmann / Peter Reinhardt

Der Schweizer Pascal Olivier Gaggero hat geschafft, wovon Ärzte schon lange träumen: Die atmende Lunge während eines Eingriffs direkt auf dem Monitor zu beobachten. Möglich macht diese kostengünstige und nicht-invasive Überwachung von Vitalparametern das von ihm entwickelte System einer neuen elektrischen Impedanztomographie (EIT).

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Bild 1 | EIT-Phantom (links im Bild): Dr. Pascal Gaggero beim Auswerten der Messungen am als Thorax nachgebildeten zylindrischen Messsystem in den Labors der Berner Fachhochschule in Biel.
Bild 1 | EIT-Phantom (links im Bild): Dr. Pascal Gaggero beim Auswerten der Messungen am als Thorax nachgebildeten zylindrischen Messsystem in den Labors der Berner Fachhochschule in Biel.
(Bild: BFH-TI Biel)

Bisher konnten Ärzte nur erahnen, was sich in unserer höchst sensiblen Lunge abspielt. Die Computertomographie vermittelt lediglich eine Momentaufnahme der Anatomie und Morphologie, jedoch nicht der Organfunktion. Das kann dagegen die EIT, die elektrische Impedanztomographie.

Schon seit den 80er Jahren gibt es die EIT als medizinisches Bildgebungsverfahren. Dabei speist man Wechselströme geringer Stärke beispielsweise über am Thorax angebrachte Oberflächenelektroden in den menschlichen Körper ein. Durch die erzeugte Potenzialverteilung lässt sich die elektrische Leitfähigkeit im Körper eines Patienten örtlich bestimmen. Besonders eignet sich hierfür die Lunge, denn das Lungengewebe zeigt nach dem Einatmen eine wesentlich höhere elektrische Impedanz auf als nach dem Ausatmen. Die Impedanzveränderungen lassen sich dank EIT räumlich definieren, womit sich das System gut als nicht-invasives, strahlungsfreies und kostengünstiges Monitoring für Diagnose und Langzeitüberwachung direkt am Bett des Patienten eignet.

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EIT findet den Weg in Routineanwendungen

Doch bisher fand die EIT aus verschiedensten Gründen nicht den Weg in die klinische Routine: Es gab – außer für die Forschung – keine geeigneten Geräte, geschweige denn patientenfreundliche Interfaces, was alle bisherigen Systeme als klinisch unbrauchbar abstempelte. Zudem mangelte es an standardisierten Tests, um die Performance der unterschiedlichen Prototypen zu evaluieren. Jetzt erst kommen Unternehmen allmählich mit ausgereiften Geräten auf den Markt.

„Die rasche Entwicklung der letzten Jahre in der Mikroelektronik ermöglicht es heute, elektronische Komponenten direkt auf der Haut anzubringen. Dies erlaubt eine bessere und robustere Messart mit so genannten aktiven Elektroden“, erklärt Dr. Pascal Olivier Gaggero, der an der Universität Neuchâtel und dem CSEM, dem Schweizer Zentrum für Elektronik und Mikrotechnik, seine Doktorarbeit zum Thema EIT schrieb.

Ein Phantom als Versuchskaninchen

Im Rahmen seiner Dissertation realisierte der Forscher ein zylindrisches Testsystem, ein so genanntes Phantom, das den menschlichen Thorax darstellt (Bild 1). An diesem befestigte er vier Reihen mit je 32 goldbeschichteten Elektroden (Bild 2). Das Phantom füllte er mit Salzwasser, welches dem leitfähigen Körpergewebe entspricht.

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