Projekt Elektroimpedanztomographie

[In Kooperation mit dem Zentrum für Anästhesiologische Forschung des Universitätsklinikums Göttingen, Prof. Dr. Hellige]

Thema: Datenreduktion und Denoising bei der EIT durch Wavelets

Die Elektropotential-Tomographie ist in die Klasse der Rechneranwendungen in der Medizintechnik einzuordnen und stellt ähnlich wie die Sonographie (Ultraschall), Computer- und Kernspinspintomographie ein bildgebendes Diagnoseverfahren dar. Seit ca. 10 Jahren werden von einer kleinen Zahl von Forschern Projekte auf dem Gebiet der Elektroimpedanz-Tomographie durchgeführt. Pioniere auf diesem Gebiet sind eine Forschergruppe in Sheffield, England, sowie die EIT-Gruppe von Prof. Hellige vom Uniklinikum Göttingen.

Das Prinzip ist, daß dem Patienten ein Gürtel umgeschnallt wird, der mit kleinen elektrischen Elektroden, d.h. mit Kontakten bestückt ist. Von jeweils einer Elektrode wird ein (ungefährlicher) Prüfstrom ausgesandt, der von allen anderen Elektroden gemessen wird. Im Idealfall wird reihum jede Elektrode zuerst zur Einspeisung eines Prüfstroms verwendet und anschließend als Meßelektrode. Aus der Menge aller Messungen kann man mit Hilfe eines leistungsstarken Computers durch ein numerisches Verfahren ein Schnittbild berechnen, das Auskunft über das Körperinnere des Patienten gibt.

Nach dem heutigen Stand der Technik sind jedoch nur grob aufgelöste, 2-dimensionale Schnittbilder möglich. Die derzeit erreichbaren Auflösungen liegen im Bereich bis maximal 64x64 Bildpunkten, was für viele praktische Anwendungen in Kliniken oder Arztpraxen noch nicht ausreicht. Dennoch gibt es Spezialfälle, wie z.B. das kontinuierliche Monitoring der Lungenfunktion von Patienten während der Anästhesie, bei der die heutigen Geräte nicht nur ausreichend, sondern anderen Monitoring-Verfahren sogar überlegen sind. Hochaufgelöste 2D- oder eventuell sogar 3D-Rekonstruktionen des Körperinnern hingegen stellen extrem große Anforderungen an die Meßaufnahmeelektronik sowie an den Auswerterechner und werfen bei den Algorithmen Probleme auf, die bislang nicht gelöst sind.

Das Forschungsprojekt soll sowohl die Meßaufnahmeseite als auch die Architektur des Auswerterechners verbessern helfen.

Der gesellschaftliche Nutzen einer gut funktionierenden und leicht praktikablen Elektroimpedanz-Tomographie ist hoch. Die Vorteile sind:

  • Keine Strahlenbelastung des Patienten und des Personals, denn es wird nur ein harmloser Prüfstrom verwendet.
  • Keine komplexen und teuren Maschinen für die Meßaufnahme, vielmehr genügt ein einfacher Elektrodengürtel und eine relativ einfache Meßaufnahmeelektronik. Eine spezielle Schulung des Bedienpersonals entfällt. Der Kostenvorteil wäre speziell für die Länder der Dritten Welt interessant.
  • Keine psychische Belastung des Patienten durch Platzangst, wie sie in der Röhre des Computer- oder Kernspin-Tomographen immer wieder auftritt.

Schnelle Ergebnisse durch einfache Meßaufnahme. Gut geeignet als Überblicksdiagnose für den Arzt und gut geeignet zum Langzeit-Monitoring in der Intensivmedizin und bei der Anästhesie.

Als weit entferntes Fernziel der Forschung wäre eine Bestimmung der aktuellen chemischen Zusammensetzung der Körperflüssigkeiten und Organe denkbar, da sich diese in ohmscher Leitfähigkeit sowie magnetischer und elektrischer Dielektrizität unterscheiden. Daraus resultiert eine komplexe elektrische Impedanz. Die Erfassung der Materialeigenschaften, d.h. die Messung der komplexen Impedanz erfordert komplizierte Meßimpulse bzw. Meßwellen und extrem präzise Meßaufnahmeelektronik mit hohem Dynamikbereich, was es derzeit nicht gibt. Ebenso wäre bei sehr hoher zur Verfügung stehender Rechenleistung auch eine 3D-online-Bildauswertung hoher Auflösung, im besten Fall sogar als Bewegtbild möglich. Insgesamt sind allerdings der Elektroimpedanz-Tomographie praktische Grenzen in Bezug auf Bildauflösung und Genauigkeit gesetzt, die bedeutend niedriger liegen als bei Röntgen- und Kernspin-Tomographie, so daß diese Methode die anderen nicht ersetzen, aber ergänzen können wird, ähnlich, wie es beim Ultraschall bereits der Fall ist.

Insgesamt stellt die Elektroimpedanz-Tomographie ein innovatives bildgebendes Verfahren in der Medizin dar. Sie erfordert spezielle Meßaufnahme- und Auswerterechner. Eine praktikable Elektroimpedanz-Tomographie hat gesellschaftliche Relevanz.

 

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