Bestimmung des regionalen Ventilations- zu Perfusionsverhältnisses der Lunge mittels Elektrischer Impedanztomographie

• Antragsteller: Professor Dr. Christian Putensen
• Fachliche Zuordnung: Anästhesiologie
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 233173461

Zur intensivmedizinischen Therapie von Patienten mit akutem Lungenversagen (Acute Respiratory Distress Syndrome, ARDS) ist eine kontinuierliche Überwachung der maschinellen Beatmung essentiell. Die Beatmungstherapie muss den alveolären Gasaustausch sicherstellen, gleichzeitig aber eine weitere beatmungsassoziierte Lungenschädigung vermeiden. Die neuartige Technik der elektrischen Impedanztomographie (EIT) ermöglicht eine nichtinvasive, bettseitige Darstellung der regionalen Ventilation (V) der Lunge in Echtzeit mit hoher Zeitauflösung. Da ein optimaler alveolärer Gasaustausch jedoch nur in gleichermaßen ventilierten und perfundierten Lungenregionen stattfindet, wäre es äußerst vorteilhaft zusätzlich die regionale Perfusion (Q) sowie das regionale Ventilations- zu Perfusionsverhältnis (V/Q) mittels EIT bestimmen zu können. Im Vorgängerprojekt wurde ein modellbasierter Ansatz zur Bestimmung von Q aus dem kontrastmittelbasierten EIT-Signal (indicator-based signal, IBS) entwickelt und in Kombination mit V unter physiologischen Bedingungen gegen Single-Photon Emission Computed Tomography (SPECT) validiert. Zudem wurden umfangreiche Tierstudien zur Tauglichkeit niedrigdosierter, im Patienten einsetzbarer, Kontrastmittel durchgeführt. Im Fokus des hier beantragten Folgeprojekts steht die Bestimmung des V/Q auf Basis des IBS. Zusätzlich wird untersucht, ob die Bestimmung von Q mittels des pulsatilen, kardialen EIT-Signals (cardiac-related signal, CRS) möglich ist. In einer Tierstudie erfolgt die Validierung physiologischer und pathologischer V/Q-Verhältnisse aus EIT gegen SPECT. Parallel wird ein gekoppeltes Simulationsmodell aufgebaut, um den Ursprung des IBS umfassend zu untersuchen. Basierend auf Versuchs- und Simulationsdaten wird eine Anpassung des modellbasierten Ansatzes an pathologische Bedingungen vorgenommen. Um das Verfahren näher in Richtung einer klinischen Anwendung zu bringen, wird anschließend geprüft, ob die Bestimmung von Q mittels IBS auch ohne Unterbrechung der Beatmung möglich ist. Zur Bestimmung des V/Q auf Basis des IBS wird nachfolgend untersucht, ob die EIT-Rekonstruktion durch Verfahren des maschinellen Lernens (Convolutive Neural Networks, CNN) problemspezifisch optimiert werden kann. Abschließend wird geprüft, ob die Bestimmung von Q auf Basis des CRS durch Referenzierung mittels IBS verbessert werden kann.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Schweden
• Kooperationspartner: Professor Anders Larsson, Ph.D.