Elektrische Impedanz-Tomografie

Elektrodenanordnung am Brustkorb(Thorax): Der über die roten Elektroden eingebrachte Messstrom erzeugt eine Potentialverteilung im Thorax, welche über die grünen Elektroden gemessen wird.

Die Elektrische Impedanz-Tomografie (EIT) ist ein vergleichsweise neues, nichtinvasives bildgebendes Verfahren, das auf der Bestimmung der Leitfähigkeitsverteilung in einem Körper basiert. Dazu werden die Elektroden an der Oberfläche des Körpers befestigt und an einem Elektrodenpaar ein Messstrom eingebracht und die daraus resultierende elektrische Potentialverteilung an den anderen Elektroden gemessen. Anschließend wird der Messvorgang mehrfach wiederholt, wobei jeweils die Einbringung des Messstromes an verschiedenen (üblicherweise nebeneinanderliegenden) Elektroden erfolgt.

Mögliche Anwendungsgebiete stellen vor allem die Überwachung der Lungenfunktion, auch die Erkennung von Brust- oder Hautkrebs ist möglich.^[1] Die Erfindung der EIT als medizinisches Bildgebendes Verfahren wird John G. Webster mit seiner 1978 erschienen Publikation ^[2] zugeschrieben, die erste praktische Umsetzung erfolgte jedoch erst 1984 durch David C. Barber and Brian H. Brown.^[3]

Abseits der medizinischen Bildgebung wird ein ähnliches Prinzip auch in der Geophysik zur Darstellung unterirdischer Strukturen (Elektrische Widerstandstomografie, ERT)^[4] und in der Prozesstechnik zur quantitativen Bestimmung leitfähiger Flüssigkeiten verwendet.

Vom mathematischen Standpunkt her stellt die Elektrische Impedanz-Tomografie (und auch die ERT), beziehungsweise die Rekonstruktion der Leitfähigkeitsverteilung aus den gemessenen Potentialen ein nicht lineares schlecht gestelltes Inverses Problem dar. Mit EIDORS steht ein unter GNU/GPL-Lizenz veröffentlichtes Programmpaket für GNU Octave und Matlab zur Verfügung, das unter anderem die Rekonstruktion und Darstellung von EIT-Messdaten ermöglicht.

Grundlagen

Die EIT basiert auf einer Messung der Leitfähigkeitsverteilung in einem Körper. Die verschiedenen Gewebstypen im Körper besitzen unterschiedliche Leitfähigkeiten, die zusätzlich von physiologischen Parametern wie der Körpertemperatur abhängig sind. Aufgrund dieser Unterschiede lassen sich mittels der Elektrischen Impedanztomografie Aussagen hinsichtlich Morphologie und Funktion treffen.

Die Elektroden werden meist entweder mittels eines Gurtes befestigt oder aufgeklebt. Als Messströme werden höherfrequente (10-100kHz) Wechselströme mit niedriger Amplitude im einstelligen Milliampere-Bereich verwendet, um Nervenstimulationen und Erwärmungseffekte zu vermeiden.

Eigenschaften

Im Gegensatz zu den meisten anderen Tomografie-Verfahren wird bei der Elektrische Impedanz-Tomografie keine ionisierende Strahlung verwendet, zusätzlich ist die benötigte Ausrüstung wesentlich kleiner und günstiger. Als Hauptnachteil gilt die geringe erreichbare räumliche Auflösung verglichen mit anderen Tomografie-Verfahren.

Anwendung

Hauptanwendungsbereiche stellen die Lungenfunktionsüberwachung und die Anwendung als mögliche Alternative zur Mammographie mit Röntgengeräten dar. Bei der Lungenfunktionsüberwachung nützt die EIT die Leitfähigkeitsänderung des Lungengewebes auf Grund der Atmung ^[1].

Seriengeräte werden beispielsweise von Maltron International und Sim-Technika angeboten. Im Jahr 2006 stellte Dräger Medical eine Studie zum Thema EIT vor.

Einzelnachweise

1. ↑ ^{a b} Holder D.S., Electrical Impedance Tomography: Methods, History and Applications, Institute of Physics, 2004. ISBN 0-7503-0952-0.
2. ↑ Henderson R.P. and Webster J.G. (1978) "An Impedance Camera for Spatially Specific Measurements of the Thorax". IEEE Trans. Biomed. Eng. 25: 250-254.
3. ↑ Barber D.C. and Brown B.H. (1984) "Applied Potential Tomography" (Review Article). J. Phys. E:Sci. Instrum. 17: 723 - 733.
4. ↑ Schreiner M. und Kreysing K. (1998) "Handbuch zur Erkundung des Untergrundes von Deponien und Altlasten". s.220 - 226. ISBN 3-540-59461-2

Weblinks

• EIT Website University College London
• EIDORS Website