Elektrische impedantietomografie

De Elektrische impedantietomografie (EIT) is een nieuwe beeldvormingsmethode die is gebaseerd op de verschillende elektrische geleidbaarheden van verschillende delen van het lichaam. Veel mogelijke toepassingsgebieden bevinden zich nog in de experimentele fase. Het gebruik ervan heeft zichzelf bewezen bij het controleren van de longfunctie.

Wat is elektrische impedantietomografie?

Als nieuwe niet-invasieve beeldvormingsmethode voor het onderzoeken van menselijk weefsel, heeft elektrische impedantietomografie (EIT) zich reeds gevestigd in de diagnostiek van longfuncties. Voor andere toepassingen staat het EIT op het punt door te breken.

Met behulp van elektroden worden elektrische wisselstromen met verschillende frequenties en met lage amplitudes in het aangrenzende weefsel gevoerd. Afhankelijk van de aard of functionele toestand van het weefsel ontstaan ​​verschillende geleidbaarheden. Deze zijn afhankelijk van de respectieve impedantie (wisselstroomweerstand) van het overeenkomstige lichaamsgebied. Op het te meten lichaamsoppervlak zijn meerdere elektroden geplaatst.

Terwijl hoogfrequente wisselstromen met een kleine amplitude tussen twee elektroden stromen, wordt de elektrische potentiaal gemeten bij de andere elektroden. De meting wordt continu herhaald door het paar stimulatie-elektroden naar behoefte te variëren. De gemeten potentialen resulteren in een doorsnedebeeld, waardoor conclusies kunnen worden getrokken over de samenstelling en conditie van het onderzochte weefsel.

Bij elektrische impedantietomografie wordt onderscheid gemaakt tussen absolute en functionele EIT. Met het absolute EIT wordt de kwaliteit van het weefsel onderzocht, terwijl het functionele EIT verschillende geleidbaarheden meet, afhankelijk van de respectievelijke functionele toestand van het te meten lichaamsgebied.

Functie, effect en doelen

Zoals eerder vermeld, is elektrische impedantietomografie gebaseerd op de verschillende geleidbaarheid van verschillende delen van het lichaam, biologische weefsels of organen. Er zijn dus goed geleidende en slecht geleidende delen van het lichaam. In het menselijk lichaam wordt de geleidbaarheid bepaald door het aantal vrije ionen.

Van een waterrijk weefsel met een hoge concentratie aan elektrolyten kan bijvoorbeeld worden verwacht dat het een betere geleiding heeft dan een vetweefsel. Bovendien kunnen bij functionele veranderingen in de organen ook chemische veranderingen optreden in het weefsel die de geleidbaarheid beïnvloeden. De absolute EIT is onnauwkeurig omdat deze afhangt van de individuele anatomie en slecht geleidende elektroden. Dit leidt vaak tot de vorming van artefacten. Het functionele EIT kan deze fouten aanzienlijk verminderen door de representaties af te trekken.

Met name de longen zijn geschikt voor onderzoek met elektrische impedantietomografie, omdat ze een veel lagere geleidbaarheid hebben dan de meeste andere organen. Dit resulteert in een absoluut contrast met de andere delen van het lichaam, wat een positief effect heeft op de weergave in een beeldvormingsproces. De geleidbaarheid van de longen verandert ook cyclisch, afhankelijk van of u inademt of uitademt.

Dit is nog een reden om met name de longen met EIT te onderzoeken. Hun verschillende geleidbaarheid tijdens het ademen suggereert goede resultaten bij het onderzoeken van de longfunctie. De vooruitgang in de digitale technologie maakt het voor de intensive care-arts mogelijk om de gegevens die zijn verkregen uit de geleidbaarheidsmeting van de longen zo te laten verwerken dat de longfunctie direct aan het bed van de patiënt kan worden gevisualiseerd. Longfunctiemonitors, die al in de intensive care worden gebruikt, zijn recent ontwikkeld op basis van elektrische impedantietomografie.

Er zijn onderzoeken gaande om andere toepassingen voor het EIT mogelijk te maken. In de toekomst kan deze technologie een rol spelen als aanvullende diagnostiek voor mammografie. Er is gevonden dat normaal en kwaadaardig borstweefsel verschillende geleidbaarheden hebben bij verschillende frequenties. Hetzelfde geldt voor de aanvullende diagnostiek voor gynaecologische kankerscreening. Er zijn momenteel ook studies gaande naar het mogelijke gebruik van EIT bij epilepsie en beroerte.

Een toekomstige toepassing voor intensieve medische monitoring van hersenactiviteit bij ernstige hersenpathologieën is ook denkbaar. De goede elektrische geleiding van het bloed impliceert ook een mogelijke toepassing voor de visuele weergave van de orgaanbloedstroom. Last but not least kan elektrische impedantietomografie ook in de sportgeneeskunde worden gebruikt om de zuurstofopname (Vo2) of arteriële bloeddruk tijdens inspanning te bepalen.

Risico's, bijwerkingen en gevaren

Vergeleken met andere tomografiemethoden heeft elektrische impedantietomografie het voordeel dat het volledig onschadelijk is voor het organisme. Er wordt geen ioniserende straling gebruikt, zoals bij computertomografie het geval is. Bovendien kunnen verwarmingseffecten door wisselstromen met een hogere frequentie (10 tot 100 kilohertz) met een lage stroomsterkte worden vermeden.

Omdat de apparatuur ook veel goedkoper en kleiner is dan bij klassieke tomografiemethoden, kan het EIT voor langere tijd bij patiënten worden gebruikt en continu real-time visualisaties bieden. Op dit moment is het grootste nadeel echter de lagere ruimtelijke resolutie in vergelijking met andere tomografiemethoden. Er zijn echter ideeën om de resolutie van de afbeeldingen te verbeteren door het aantal elektroden te vergroten. De kwaliteit van de foto's is nog steeds gebrekkig.

Een kwaliteitsverbetering vindt echter geleidelijk plaats door het toenemende gebruik van actieve oppervlakte-elektroden. Een ander nadeel is dat de stroom niet in het te onderzoeken carrosseriesegment blijft, maar volgens de laagste weerstand in de driedimensionale ruimte wordt verdeeld. Daarom is het maken van afbeeldingen ook veel gecompliceerder dan bij klassieke computertomografie. Meerdere tweedimensionale weergaven in de driedimensionale ruimte zijn nodig om uiteindelijk een driedimensionaal beeld te genereren, dat vervolgens weer tweedimensionaal wordt gepresenteerd.

Hierdoor ontstaat het zogenaamde “inverse probleem”. Het omgekeerde probleem zegt dat de oorzaak moet worden afgeleid uit het huidige resultaat. Meestal zijn deze problemen erg moeilijk of onmogelijk op te lossen. De oorzaak kan alleen worden opgehelderd in combinatie met andere procedures. Door middel van verdere studies moet eerst voldoende ervaring worden opgedaan om de vertegenwoordigingen van het EIT te evalueren.