Der Blick in die Lunge mit elektrischem Strom

Einfacher, bequemer und billiger geht es kaum: Bei der elektrischen Impedanz-Tomographie wird ein Gurt mit Elektroden direkt auf der Haut angebracht. Winzige Ströme werden durch den Körper geschickt, und aus der Messung der dadurch resultierenden elektrischen Spannung werden Bilder verschiedener Körperfunktionen berechnet. So kann zum Beispiel die Lungenfunktion künstlich beatmeter Personen kontinuierlich erfasst werden.

Allerdings gibt es derzeit noch keine einheitliche Methode für die Umrechnung der Messdaten in verlässliche Bilder. In einem Projekt der TU Wien, der Medizinischen Universität Wien und der Veterinärmedizinischen Universität Wien konnte man nun zeigen, dass sich die Qualität der Ergebnisse drastisch steigern lässt, indem man das Auswertungsverfahren für jede einzelne Person individuell maßschneidert. So könnte die EIT auf Intensivstationen bald wertvolle Dienste leisten. Die Forschungsergebnisse wurden nun im Journal PLOS One veröffentlicht.

Kontinuierliche Überwachung

„Schon seit Jahren setzt man große Hoffnungen auf die elektrische Impedanz-Tomographie“, sagt Dr. Stefan Böhme von der Universitätsklinik für Anästhesie, Allgemeine Intensivmedizin und Schmerztherapie der Medizinischen Universität Wien. Durch Elektroden schickt man hochfrequente Ströme durch den Körper. Diese Ströme sind so schwach, dass man sie gar nicht spürt. Trotzdem kann man damit den elektrischen Widerstand des Körpers rückrechnen und auf Vorgänge im Körperinneren schließen.

Ein wichtiges Hoffnungsgebiet ist die Überwachung der Lungenfunktion von IntensivpatientInnen. Künstliche Beatmung kann die Lunge stark belasten und zu Schäden führen, wenn sie nicht genau auf die PatientInnenbedürfnisse abgestimmt wird. Mit bildgebenden Verfahren wie der Computertomographie kann man die Lungenaktivität zwar untersuchen, doch dabei erhält man nur Einzelbilder.

Außerdem muss man den PatientInnen einen mühsamen Transport und eine erhebliche Röntgen-Strahlenbelastung zumuten. Wünschenswert wäre daher eine kontinuierliche, andauernde Überwachung der Lungenfunktion direkt am Intensivbett, ganz ohne Nebenwirkungen. Genau das könnte die EIT leisten.

„Das Problem dabei ist, dass es nach wie vor keine standardisierte Methode gibt, um aus den Messergebnissen verlässliche medizinische Daten zu ermitteln“, erklärt Florian Thürk, Dissertant von Prof. Eugenijus Kaniusas am Institut für Electrodynamics, Microwave and Circuit Engineering an der TU Wien.

„Das ist in diesem Fall deutlich komplizierter als etwa bei der Computertomographie. Mathematisch betrachtet können verschiedene Impedanz-Verteilungen im Inneren des Körpers zu identischen Messergebnissen führen. Welche dieser Verteilungen der Wirklichkeit entspricht, ist schwer zu sagen.“

Individualisierte Auswertung

Das Rätsel lässt sich allerdings lösen, wenn man noch ein bisschen mehr Information in das Berechnungsmodell hineinsteckt: „Mit hochauflösenden CT-Bildern kann man individuelle Parameter sehr gut vermessen – etwa die genaue Lage der Lungen-Konturen“, erklärt Florian Thürk. „Wenn wir diese Daten aus dem Computertomographen in unser Auswertungsprogramm füttern, dann kann man eine individualisierte Auswertungs-Methode erstellen, die viel genauere Ergebnisse liefert als sie bisher möglich waren.“

„Das Ziel ist nicht, möglichst gute Einzelbilder zu erstellen, es geht uns vielmehr darum, physiologisch relevante Parameter aus den Daten abzuleiten, um die Lungenfunktion direkt zu überwachen. Im Alltag hat das ärztliche Personal oft nicht die Zeit, einzelne Bilder anzusehen, man möchte sofort die Daten angezeigt bekommen, die überwacht werden sollen“, erklärt Eugenijus Kaniusas.

Im Tierversuch (mit Schweinen) hat man diese neue Technologie nun bereits erfolgreich getestet – die Übereinstimmung zwischen CT-Bildern und EIT-Ergebnissen erwies sich als sehr gut. Auch mit Menschen testet man bereits, mit weiteren Verbesserungen und klinischen Tests soll EIT in Zukunft zu einer neuen Standardmethode in der Intensivmedizin werden.

Originalpublikation: Florian Thürk, Stefan Boehme, Daniel Mudrak, Stefan Kampusch, Alice Wielandner, Helmut Prosch, Christina Braun, Frédéric P. R. Toemboel, Johannes Hofmanninger, Eugenijus Kaniusas (2017): 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 12(8): e0182215. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0182215

Rückfragehinweise:
Dipl.-Ing. Florian Thürk
Institute of Electrodynamics, Microwave and Circuit Engineering
Technische Universität Wien
Gußhausstr. 25-29, 1040 Wien
+43-1-58801-351102
florian.thuerk@tuwien.ac.at

Eugenijus Kaniusas
Institute of Electrodynamics, Microwave and Circuit Engineering
Technische Universität Wien
Gußhausstr. 25-29, 1040 Wien
+43-1-58801-35122
eugenijus.kaniusas@tuwien.ac.at