Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Der Blick in die Lunge mit elektrischem Strom

04.09.2017

Ein neues bildgebendes Verfahren, die elektrische Impedanz-Tomographie (EIT), soll bald wichtige Körperfunktionen überwachen. In einer Kooperatition der TU Wien, der Med Uni Wien und der Vetmeduni Vienna wurde diese Technik nun einen wichtigen Schritt weitergebracht.

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.


Florian Thürk (links) beim Testen des Elektrodengurts

Darja Österle, TU Wien

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

Dr. Florian Aigner | Technische Universität Wien
Weitere Informationen:
http://www.tuwien.ac.at

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Medizintechnik:

nachricht Positron trifft Kernspin
19.09.2017 | Universitätsklinikum Ulm

nachricht Aktive Prothese verändert Hirnfunktionen von Schlaganfall-Patienten
15.09.2017 | Leibniz-Institut für Neurobiologie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Medizintechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Im Focus: Hochautomatisiertes Fahren bei Schnee und Regen: Robuste Warnehmung dank intelligentem Sensormix

Schlechte Sichtverhältnisse bei Regen oder Schnellfall sind für Menschen und hochautomatisierte Fahrzeuge eine große Herausforderung. Im europäischen Projekt RobustSENSE haben die Forscher von Fraunhofer FOKUS mit 14 Partnern, darunter die Daimler AG und die Robert Bosch GmbH, in den vergangenen zwei Jahren eine Softwareplattform entwickelt, auf der verschiedene Sensordaten von Kamera, Laser, Radar und weitere Informationen wie Wetterdaten kombiniert werden. Ziel ist, eine robuste und zuverlässige Wahrnehmung der Straßensituation unabhängig von der Komplexität und der Sichtverhältnisse zu gewährleisten. Nach der virtuellen Erprobung des Systems erfolgt nun der Praxistest, unter anderem auf dem Berliner Testfeld für hochautomatisiertes Fahren.

Starker Schneefall, ein Ball rollt auf die Fahrbahn: Selbst ein Mensch kann mitunter nicht schnell genug erkennen, ob dies ein gefährlicher Gegenstand oder...

Im Focus: Ultrakurze Momentaufnahmen der Dynamik von Elektronen in Festkörpern

Mit Hilfe ultrakurzer Laser- und Röntgenblitze haben Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik (Garching bei München) Schnappschüsse der bislang kürzesten Bewegung von Elektronen in Festkörpern gemacht. Die Bewegung hielt 750 Attosekunden lang an, bevor sie abklang. Damit stellten die Wissenschaftler einen neuen Rekord auf, ultrakurze Prozesse innerhalb von Festkörpern aufzuzeichnen.

Wenn Röntgenstrahlen auf Festkörpermaterialien oder große Moleküle treffen, wird ein Elektron von seinem angestammten Platz in der Nähe des Atomkerns...

Im Focus: Ultrafast snapshots of relaxing electrons in solids

Using ultrafast flashes of laser and x-ray radiation, scientists at the Max Planck Institute of Quantum Optics (Garching, Germany) took snapshots of the briefest electron motion inside a solid material to date. The electron motion lasted only 750 billionths of the billionth of a second before it fainted, setting a new record of human capability to capture ultrafast processes inside solids!

When x-rays shine onto solid materials or large molecules, an electron is pushed away from its original place near the nucleus of the atom, leaving a hole...

Im Focus: Quantensensoren entschlüsseln magnetische Ordnung in neuartigem Halbleitermaterial

Physiker konnte erstmals eine spiralförmige magnetische Ordnung in einem multiferroischen Material abbilden. Diese gelten als vielversprechende Kandidaten für zukünftige Datenspeicher. Der Nachweis gelang den Forschern mit selbst entwickelten Quantensensoren, die elektromagnetische Felder im Nanometerbereich analysieren können und an der Universität Basel entwickelt wurden. Die Ergebnisse von Wissenschaftlern des Departements Physik und des Swiss Nanoscience Institute der Universität Basel sowie der Universität Montpellier und Forschern der Universität Paris-Saclay wurden in der Zeitschrift «Nature» veröffentlicht.

Multiferroika sind Materialien, die gleichzeitig auf elektrische wie auch auf magnetische Felder reagieren. Die beiden Eigenschaften kommen für gewöhnlich...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

»Laser in Composites Symposium« in Aachen – von der Wissenschaft in die Anwendung

19.09.2017 | Veranstaltungen

Biowissenschaftler tauschen neue Erkenntnisse über molekulare Gen-Schalter aus

19.09.2017 | Veranstaltungen

Zwei Grad wärmer – und dann?

19.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

»Laser in Composites Symposium« in Aachen – von der Wissenschaft in die Anwendung

19.09.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Zentraler Schalter der Immunabwehr gefunden

19.09.2017 | Biowissenschaften Chemie

Neue Materialchemie für Hochleistungsbatterien

19.09.2017 | Biowissenschaften Chemie