Abstract:

Als Verfahren zum Monitoring der Lungenaktivität findet die elektrische Impedanztomographie (EIT) in den vergangenenen Jahren zunehmende Anwendung. Dabei wird vergleichsweise einfach, günstig und portabel mittels Elektrodengurt um die Brust des Patienten ein Messsignal aufgenommen. Daraus kann mit Hilfe mathematischer Rekonstruktionsalgorithmen ein Bild errechnet werden, welches die Ventilationsverhältnisse in der Lunge wiedergibt. Um aus den gemessenen Daten zusätzlich das Ventilations-Perfusions-Verhältnis (VPR) anzugeben, welches als Maß für den Gasaustausch in der Lunge von hohem klinischen Interesse ist, ist zusätzlich die Auswertung der Perfusion nötig. Die Perfusion wurde dabei mittels Blutvolumenänderung, die in einer herzsynchronen Pulsatilität im EIT-Signal resultiert, bestimmt. Ziel dieser Arbeit war es, den Einfluss zu untersuchen, den verschiedene Rekonstruktionsalgorithmen und dieWahl derer Parameter - hinsichtlich dieser herzsynchronen Pulsatilität - auf das resultierende Bild haben. Dazu wurde in einem ersten Schritt ein Simulationsmodell implementiert, die Pulsatilität mittels einer kugelförmigen Impedanzänderung approximiert und anschließend eine Simulation durchgeführt. Um die erzielten Ergebnisse adäquat vergleichen zu können, wurden neben mehreren Simulationsszenarien auch die Auswertungskriterien, anhand derer die Rekonstruktionsergebnisse quantifiziert werden können, entwickelt. Dabei wurde zuerst der statische Fall eingehender betrachtet, mit dem die wichtige Wahl des korrekten Hyperparameters durchgeführt wird. Davon ausgehend wurden die Rekonstruktionseinflüsse im dynamischen Fall untersucht. Sowohl die Variation der Gefäßgröße als auch die Änderung der Leitfähigkeiten eines stark durchbluteten Gebietes, sowie die Einflüsse von anderen Gewebeschichten wurden dazu beleuchtet. Auch das Einbringen von Vorwissen, das genutzt werden kann, um das schlecht gestellte Rekonstruktionsproblem zu verbessern, wurde untersucht. In einem letzten Schritt wurden die untersuchten Rekonstruktionsalgorithmen auf real gemessene Daten angewendet, um den Einsatz in der Praxis zu testen. Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass eine Rekonstruktion der herzsynchronen Pulsatilität aus simulierten Daten gut möglich war. Das Vorhandensein einer Impedanzänderung wurde eindeutig erkannt. Auch die Variation verschiedener Einflussfaktoren konnte quantitativ erfasst werden. Die Einflüsse verschiedener Rekonstruktionsalgorithmen waren dabei erkennbar. Abschließend lieferte die Anwendung auf gemessene Daten ein plausibles Rekonstruktionsergebnis. Die rekonstruierte Lungenlage stimmte gut mit dem MRT-Bild überein.