Impedanzkardiographie

Bestimmung des Schlagvolumens über multidimensionale Impedanzplethysmogramme

EKG-, IKG und Phonokardiogramm
EKG-, IKG und Phonokardiogramm

Hintergrund und Ziel

Die Impedanzplethysmographie (IPG) ist ein nichtinvasives Verfahren zur Messung des elektrischen Widerstands des subkutanen Gewebes. Die Impedanzkardiographie (IKG), eine Sonderform der IPG, misst den zeitabhängigen thorakalen Widerstand, um damit hämodynamische Parameter wie das Schlagvolumen oder die Kontraktilität zu ermitteln. Allerdings ist die Bestimmung absoluter Werte des Schlagvolumens oft unzuverlässig und bedingt reproduzierbar. Dies liegt hauptsächlich daran, dass diese Werte aus einer 1D Messung der elektrischen thorakalen Impedanz bestimmt werden. Wir am BMT untersuchen daher eine alternative Möglichkeit des IKGs, die auf einer mehrdimensionalen Impedanzmessung basiert, um eine sensitivere Bestimmung des Schlagvolumens für die kardiologische Diagnostik zu ermöglichen.

IKG System
IKG System
Modell des Herz-Kreislaufsystems
Modell des Herz-Kreislaufsystems

Entwicklung

Wir entwickelten ein IPG-System für die simultane Messung von drei unabhängigen Impedanzsignalen und parallel dazu einen Hardware-Simulator für dessen Kalibrierung. Die Schnittstelle zum Computer erfolgt über eine multifunktionale Ein-/Ausgabekarte von National Instruments. Die Datenerfassung sowie deren graphische Darstellung und Auswertung wird mit Hilfe eines am BMT mit LabVIEW (National Instruments) entwickelten Softwareprogramms durchgeführt. Zudem erstellten wir mit der Software Simulink (MathWorks) ein Kompartmentmodell des kardiologischen Systems. Dieses Modell ermöglicht uns einerseits, geeignete Elektrodenkonfigurationen für die Impedanzmessung auf unterschiedlichen (orthogonalen) Trajektorien zu untersuchen und andererseits aus den gemessenen Signalen deren Ursprung zu identifizieren.

Messung von drei orthogonalen IKGs
Messung von drei orthogonalen IKGs

Untersuchungen

 

Die größten Herausforderungen sind zum einen die besten Elektrodenpositionen für die drei orthogonalen IPGs zu bestimmen und zum anderen einen geeigneten Algorithmus für die zuverlässige und reproduzierbare Bestimmung des Schlagvolumens herzuleiten. Dafür untersuchen wir in Kombination mit unserem Softwaremodell in Experimenten verschiedene Elektrodenkonfigurationen und Elektrodenmaterialien an Phantomen und Probanden. Mit den erhaltenen Daten rekonstruieren wir mit unserem Softwaremodell die gemessenen Signale, um damit deren Quellen zu identifizieren. Diese Ergebnisse wiederum werden verwendet, um einen geeigneten Algorithmus für die Ermittlung des Schlagvolumens herzuleiten.

Kontakt

Dieses Bild zeigt  Johannes  Port
Dr.-Ing.

Johannes Port

Akademischer Oberrat

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