Elektrische Impedanztomografie

Liveübertragung aus der Lunge

Florian Thürk, Erstautor der im Fachjournal PLOS One veröffentlichten Studie, erklärt einem Proband die Methode der Elektrischen Impedanztomografie.

Quelle: Daria Österle

Die elektrische Impedanztomografie soll es ermöglichen, die Lungenfunktion von Beatmungspatienten in Echtzeit zu überwachen. Forscher aus Wien haben jetzt eine individualisierte Auswertungsmethode entwickelt, die Genauigkeit und Aussagekraft des neuen bildgebenden Verfahrens deutlich verbessert.  von Ulrich Kraft

Für die behandelnden Ärzte auf der Intensivstation sind maschinell beatmete Patienten letzten Endes eine Black Box. Mit üblichen Untersuchungen wie einer Blutgasanalyse oder der Messung der Sauerstoffsättigung lässt sich nur indirekt beurteilen, wie es um die Lungenfunktion der Betroffenen steht und ob Beatmungsparameter wie Druck und Volumen optimal eingestellt sind. Röntgen und Computertomografie (CT) erlauben dazu zwar präzisere Aussagen. Doch diese Methoden liefern nur Momentaufnahmen der Atmungsorgane, gehen mit einer Strahlenbelastung einher und erfordern meist einen mühsamen, belastenden Transport der Schwerkranken in die radiologische Abteilung.

Jeweils zwei benachbarte Elektroden schicken schwache, für den Träger nicht spürbare Wechselströme in den Körper. Die übrigen Elektroden messen die resultierenden Spannungen, deren Größe vom Wechselstromwiderstand (Impedanz) abhängt.

Quelle: Eugenijus Kaniusas

Auf der Suche nach Wegen, um die Lungenfunktion kontinuierlich am Krankenbett zu überwachen, gilt die Elektrische Impedanztomografie (EIT) seit einiger Zeit als Hoffnungsträger. Wissenschaftler aus Wien haben diese Technik jetzt einen wichtigen Schritt vorangebracht. Die Forscher von der Technischen Universität, der Medizinischen Universität und der Veterinärmedizinischen Universität kombinierten die Messdaten der EIT mit individuellen CT-Aufnahmen des Brustkorbs und konnten so die Qualität der Untersuchungsergebnisse drastisch steigern.

Bei der Elektrischen Impedanztomografie wird ein Gürtel mit in der Regel 16 Elektroden direkt auf der Haut angebracht. Jeweils zwei benachbarte Elektroden schicken schwache, für den Träger nicht spürbare Wechselströme in den Körper. Die übrigen Elektroden messen die resultierenden Spannungen, deren Größe vom Wechselstromwiderstand (Impedanz) abhängt. „Unterschiedliche Gewebe weisen unterschiedliche Widerstände auf“, erläutert Florian Thürk, Erstautor der im Fachjournal PLOS One veröffentlichten Studie. „Das macht sich die EIT zunutze.“ Nach jeder Messung wird die Stromeinspeisung auf das nächste Elektrodenpaar verschoben und so um den Körper rotiert. Nach einer vollständigen Rotation kann durch Überlagerung der Spannungsprofile ein Schnittbild der untersuchten Region berechnet werden.

CT-Daten machen EIT-Bilder genauer

Der Rekonstruktionsvorgang von den Spannungen zur Impedanzverteilung, die dann das Bild ergibt, ist allerdings wesentlich komplexer als beispielsweise bei der Computertomografie. „Mathematisch betrachtet können viele verschiedene Verteilungen der Impedanz im Körperinneren zu denselben Messergebnissen führen“, berichtet Florian Thürk. Eine Methode, mit der sich verlässlich ermitteln lässt, welches dieser Muster der Wirklichkeit entspricht, fehlt aber bislang. Um die ungewisse Bildrekonstruktion zu verbessern, fütterten die Wissenschaftler ihr Auswertungsprogramm mit den Daten von CT-Aufnahmen der Lungen. Diese zusätzlichen Informationen über individuelle anatomische Gegebenheiten ermöglichen es, mehr aus Messwerten der EIT herauszulesen, sagt Thürk. „Die Rekonstruktion wird schon genauer, wenn man nur die Konturen des Brustkorbs hinzu gibt.“

In Versuchen an Schweinen hat das Team aus Wien die neue Technologie getestet und eine sehr gute Übereinstimmung zwischen den zur Kontrolle angefertigten CT-Aufnahmen und den Ergebnissen der EIT festgestellt. Den Forschern geht es allerdings nicht in erster Linie darum, möglichst präzise Einzelbilder zu produzieren. Ihr Ziel lautet, Intensivmedizinern ein Verfahren an die Hand zu geben, mit dem die Lungenfunktion beatmeter Patienten permanent überwacht werden kann. 50 Bilder pro Sekunde nimmt das EIT-Gerät auf und ermöglicht es damit, jeden einzelnen Atemzug zeitlich hoch aufgelöst darzustellen. „Man kann praktisch live sehen, wie sich die Lunge beim Ein- und Ausatmen verhält“, erläutert Florian Thürk. „Also beispielsweise, ob sich das Lungengewebe an einer Stelle nicht richtig entfaltet oder überbläht wird.“

Wie der Forscher betont, ist jede Lunge anders. So kann ein gewisser Beatmungsdruck, den der eine Patient problemlos verträgt, bei einem anderen zu Schäden führen. „Letztlich soll die EIT den Ärzten einen oder mehrere Parameter liefern, nach denen sie die Beatmung dann individuell justieren können“, sagt Thürk. Kontinuierliches Monitoring in Echtzeit, vom Personal einfach und direkt am Krankenbett durchzuführen, nicht invasiv, keine Strahlenbelastung oder anderweitige Risiken für die Kranken – die Pluspunkte der Elektrischen Impedanztomografie liegen auf der Hand. Um zu einer neuen Standardmethode in der Intensivmedizin zu werden, muss das Verfahren seinen Nutzen zunächst in klinischen Studien unter Beweis stellen. Florian Thürk geht davon aus, dass dies gelingt. „Ich glaube, dass die EIT in näherer Zukunft zunehmend Verwendung findet – und das nicht nur bei der künstlichen Beatmung, sondern möglicherweise auch in anderen Anwendungsgebieten wie Herzerkrankungen und Schlaganfall.“

Mehr dazu im Internet:

Thürk, F. et al.: Effects of individualized electrical impedance tomography and image reconstruction settings upon the assessment of regional ventilation distribution: Comparison to 4-dimensional computed tomography in a porcine model. PLoS ONE 2017, 12(8): e0182215.

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