Elektrische Impedanz-Tomografie

Qualitätssicherung von Dr. med. Nonnenmacher am 17. September 2017
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Die Elektrische Impedanz-Tomografie (EIT) ist ein neues bildgebendes Verfahren, welches auf den unterschiedlichen elektrischen Leitfähigkeiten verschiedener Körperbereiche beruht. Viele mögliche Anwendungsbereiche befinden sich noch im Versuchsstadium. Bewährt hat sich ihr Einsatz bei der Überprüfung der Lungenfunktion.

Inhaltsverzeichnis

Was ist Elektrische Impedanz-Tomografie?

Als neues nicht-invasives bildgebendes Verfahren zur Untersuchung menschlichen Gewebes hat sich die elektrische Impedanz-Tomografie (EIT) bereits in der Lungenfunktionsdiagnostik etabliert. Für andere Anwendungen steht die EIT vor dem Durchbruch.

Mittels Elektroden werden elektrische Wechselströme unterschiedlicher Frequenzen und mit niedriger Amplitude in das benachbarte Gewebe gespeist. Je nach Beschaffenheit oder funktionalem Zustand des Gewebes resultieren unterschiedliche Leitfähigkeiten. Diese sind von der jeweiligen Impedanz (Wechselstromwiderstand) des entsprechenden Körperbereiches abhängig. Auf der zu messenden Körperoberfläche werden mehrere Elektroden positioniert.

Während zwischen jeweils zwei Elektroden hochfrequente Wechselströme mit kleiner Amplitude fließen, wird an den anderen Elektroden das elektrische Potenzial gemessen. Die Messung wird ständig wiederholt, indem das stimulierende Elektrodenpaar beliebig variiert wird. Die gemessenen Potenziale ergeben ein Schnittbild, welches Rückschlüsse auf die Zusammensetzung und den Zustand des untersuchten Gewebes erlaubt.

Bei der elektrischen Impedanz-Tomografie wird zwischen absoluter und funktioneller EIT unterschieden. Bei der absoluten EIT wird die Beschaffenheit des Gewebes untersucht, während die funktionelle EIT abhängig vom jeweiligen funktionalen Zustand des zu messenden Körperbereiches unterschiedliche Leitfähigkeiten misst.

Funktion, Wirkung & Ziele

Wie bereits erwähnt, basiert die elektrische Impedanz-Tomografie auf der unterschiedlichen Leitfähigkeit verschiedener Körperbereiche, biologischer Gewebe oder Organe. So gibt es gut leitende und schlecht leitende Körperbereiche. Im menschlichen Körper wird die Leitfähigkeit durch die Zahl der freien Ionen bestimmt.

Beispielsweise ist von einem wassereichen Gewebe mit einer hohen Konzentration an Elektrolyten eine bessere Leitfähigkeit zu erwarten als von einem Fettgewebe. Außerdem können bei funktionellen Änderungen in den Organen auch chemischen Änderungen im Gewebe auftreten, die Einfluss auf die Leitfähigkeit haben. Die absolute EIT ist ungenau, weil sie abhängig ist von der individuellen Anatomie und schlecht leitenden Elektroden. Dabei kommt es oft zur Artefaktbildung. Die funktionelle EIT kann diese Fehler durch Subtraktion der Darstellungen erheblich reduzieren.

Besonders die Lunge eignet sich für die Untersuchung mittels elektrischer Impedanz-Tomografie, da sie eine viel geringere Leitfähigkeit als die meisten anderen Organe aufweist. Daraus ergibt sich ein absoluter Kontrast zu den anderen Körperteilen, der sich positiv auf die Darstellung in einem bildgebenden Verfahren auswirkt. Die Leitfähigkeit der Lunge ändert sich zudem zyklisch in Abhängigkeit davon, ob gerade eingeatmet oder ausgeatmet wird.

Das ist ein weiterer Grund, besonders die Lunge mittels EIT zu untersuchen. Ihre unterschiedliche Leitfähigkeit während der Atmung lässt gute Resultate bei der Überprüfung der Lungenfunktion erwarten. Die Fortschritte der digitalen Technik machen es dem Intensivmediziner möglich, die gewonnenen Daten aus der Leitfähigkeitsmessung der Lunge so aufbereiten zu lassen, dass die Lungenfunktion direkt am Patientenbett visualisiert werden kann. Auf der Basis der elektrischen Impedanz-Tomografie wurden kürzlich Lungenfunktionsmonitore entwickelt, die bereits in der Intensivmedizin zum Einsatz kommen.

Die Elektrische Impedanz-Tomografie hat sich bereits in der Lungenfunktionsdiagnostik etabliert. Mittels Elektroden werden elektrische Wechselströme unterschiedlicher Frequenzen und mit niedriger Amplitude in das benachbarte Gewebe gespeist.

Zur Eröffnung anderer Einsatzmöglichkeiten für die EIT werden derzeit Studien durchgeführt. So kann diese Technologie künftig als Zusatzdiagnostik bei der Mammographie eine Rolle spielen. Es wurde festgestellt, dass normales und malignes Brustgewebe bei verschiedenen Frequenzen unterschiedliche Leitfähigkeiten aufweisen. Das Gleiche gilt für die Zusatzdiagnostik bei der gynäkologischen Krebsvorsorge. Derzeit finden auch Studien zum möglichen Einsatz der EIT bei Epilepsie und Schlaganfall statt.

Denkbar ist zudem eine künftige Anwendung für die intensivmedizinische Überwachung der Hirnaktivität bei schweren Hirnpathologien. Die gute elektrische Leitfähigkeit des Blutes impliziert auch eine mögliche Anwendung zur bildlichen Darstellung der Organdurchblutung. Nicht zuletzt kann die elektrische Impedanz-Tomografie auch im Rahmen der Sportmedizin zur Bestimmung der Sauerstoffaufnahme (Vo2) oder des arteriellen Blutdruckes bei Belastung dienen.

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Risiken, Nebenwirkungen & Gefahren

Gegenüber anderen Tomographie-Verfahren hat die elektrische Impedanz-Tomografie den Vorteil, dass sie völlig unschädlich für den Organismus ist. Es wird keine ionisierende Strahlung benutzt, wie bei der Computertomographie. Außerdem können Erwärmungseffekte aufgrund höherfrequenter Wechselströme (10 bis 100 Kilohertz) mit geringer Stromstärke vermieden werden.

Da die Ausrüstung zudem auch noch wesentlich günstiger und kleiner als bei den klassischen Tomografie-Verfahren ist, kann die EIT somit über längere Zeit beim Patienten eingesetzt werden und kontinuierliche Echtzeit-Visualisierungen leisten. Zurzeit stellt sich jedoch als Hauptnachteil die geringere räumliche Auflösung gegenüber anderen Tomografie-Verfahren heraus. Dabei gibt es allerdings Ideen, die Auflösung der Bilder durch Erhöhung der Elektrodenzahl zu verbessern. Auch die Qualität der Bilder weist noch Mängel auf.

Eine Qualitätsverbesserung erfolgt jedoch schrittweise durch die zunehmende Anwendung von aktiven Oberflächenelektroden. Nachteilig ist auch, dass der Strom nicht im zu untersuchenden Körperabschnitt verbleibt, sondern dem geringsten Widerstand folgend sich im dreidimensionalen Raum verteilt. Daher wird die Bilderstellung auch viel komplizierter als bei der klassischen Computertomographie. Es sind mehrere zweidimensionale Darstellungen im dreidimensionalen Raum notwendig, um schließlich ein dreidimensionales Bild zu erzeugen, welches dann wieder zweidimensional präsentiert wird.

Daraus ergibt sich das sogenannte „Inverse Problem“. Das Inverse Problem besagt, dass vom vorliegenden Resultat auf die Ursache geschlossen werden muss. Meist sind diese Probleme nur sehr schwer oder gar nicht lösbar. Nur in Kombination mit anderen Verfahren kann die Ursache geklärt werden. Durch weitere Studien müssen erst noch genügend Erfahrungen zur Auswertung der Darstellungen der EIT gesammelt werden.

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Quellen

  • Bungeroth, U.: BASICS Pneumologie. Urban & Fischer, München 2010
  • Herold, G.: Innere Medizin. Selbstverlag, Köln 2016
  • Schaberg, T. et al.: Pneumonien. Thieme, Stuttgart 2001

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