Sektorielle Bioimpedanz-Spektroskopie zur Überwachung und Differentialdiagnostik von Lungenpathologien

• Antragsteller: Professor Dr. Michael Czaplik; Professor Dr.-Ing. Steffen Leonhardt
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik ; Anästhesiologie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 247522162

Respiratorische Komplikationen bei Intensivpatienten treten mit einer hohen Inzidenz und großen Variabilität auf. Eine frühzeitige Erkennung und Differenzierung von Lungenpathologien (z.B. Pneumonie, Lungenödem, etc.) sind zur erfolgreichen Behandlung erforderlich. Vorhandene Technologien wie Computertomographie, Röntgenuntersuchungen und Blutkulturen sind jedoch ressourcenaufwendig, unspezifisch und nicht zum kontinuierlichen Verlaufs-Monitoring geeignet. Mit diesem Forschungsvorhaben sollen die wissenschaftlichen Grundlagen, welche im Vorprojekt bearbeitet wurden, im Tiermodell validiert und erweitert werden, um perspektivisch eine bettseitige differentialdiagnostische Überwachung der Lunge zur Langzeitüberwachung von Intensivpatienten zu realisieren. Die hierfür zugrundeliegenden Technologien sind die Bioimpedanz-Spektroskopie (BIS) und die Elektrische Impedanz-Tomographie (EIT), deren Vorteile im Vorprojekt kombiniert wurden. Während die BIS eine spektroskopische Analyse des Thorax im Frequenzbereich von zum Beispiel 10 kHz bis 1 MHz ermöglicht, erlaubt die EIT eine zeitlich hochaufgelöste räumliche Bildgebung. Der Einsatz eines mehrkanaligen BIS-Messaufbaus erlaubt das Studium beliebiger dreidimensionaler Elektrodenpositionen; durch den Einsatz neuartiger, teilinvasiver Mittenelektrodenkonfigurationen können "sektorielle BIS-Messungen" realisiert werden. In umfangreichen Simulationsstudien bereits konnten Anordnungen ermittelt werden, welche besonders sensitiv eine bestimmte Lungenregion fokussieren. Zusätzlich wurde ex-vivo im Rahmen einer Lungenkadaverstudie das Dispersionsverhalten unterschiedlicher Pathologien untersucht. Hierbei konnte gezeigt werden, dass zum Beispiel ein Lungenödem deutlich von einem Hämatothorax auf Basis der gewonnenen BIS-Daten abgegrenzt werden kann. Basierend auf diesen Ergebnissen soll eine tierexperimentelle Studie zur Validierung der Simulations- und Laborergebnisse durchgeführt werden. Dafür werden verschiedene Lungenpathologien im Großtier induziert und parallel EIT- und sektorielle BIS-Messungen im Verlauf aufgezeichnet. Ziel einer anschließenden retrospektiven Datenanalyse ist die Identifikation von Merkmalen, die eine robuste Klassifikation und Lokalisation der spezifischen Lungenpathologien ermöglichen. Neben einer früheren Erkennung von respiratorischen Komplikationen soll auch die Möglichkeit der Prädiktion des Krankheitsverlaufes untersucht werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen