Gewebeflüssigkeitsmonitoring mittels Induktionsspektroskopie

Problem: Das Monitoring der lokalen Flüssigkeitsverteilung in menschlichen Geweben stellt immer noch eine teilweise ungelöste Aufgabe dar. Etablierte Methoden sind entweder kompliziert, nicht kontinuierlich und teuer (Indikatorverdünnung, bildgebende Verfahren wie z. B. NMR) oder zeigen schlechte Reproduzierbarkeit, wie z. B. Bioimpedanz. Indikatorverdünnung und Bioimpedanz sind kaum für die Anwendung in bestimmten Kompartimenten, wie z. B. im Zentralnervensystem geeignet. Dem steht der Bedarf nach einer nicht-invasiven Methode für das Monitoring von Hirnödemen in der Intensivmedizin gegenüber. Eine solche Methode existiert zur Zeit nicht, und die Methode der Wahl ist immer noch die Implantation von Hirndrucksonden. Vorgeschlagene Lösung: Magnetische Multikanal-Induktionsspektroskopie (MIS) ist eine neue Methode für die Messung der elektrischen Leitfähigkeit biologischer Gewebe mittels der Störung eines magnetischen Wechselfeldes bei verschiedenen Frequenzen. Die Machbarkeit von MIS wurde kürzlich für homogene biologische Objekte demonstriert. Da die Leitfähigkeit eng mit den intra- und extrazellulären Wasserfraktionen korreliert ist, stellt MIS eine vielversprechende Methode für Flüssigkeitsmonitoring dar. MIS erscheint besonders attraktiv für das Monitoring von Pathologien im Zentralnervensystem, die mit lokalen Flüssigkeitsverschiebungen korreliert sind. Solche Pathologien, z. B. Hirnödeme, ventrikuläre Blutungen oder epileptische Anfälle sind anderweitig schwer kontinuierlich beobachtbar. Zusätzlich kann an Applikationen wie berührungsloses und lokales Monitoring während Hämodialyse und Fluid-Management in der Intensivmedizin gedacht werden. Projektziel: Ziel ist die theoretische und praktische Demonstration der Anwendbarkeit von MIS für berührungsloses Monitoring lokaler Flüssigkeitsverschiebungen. Diese Demonstration soll auf numerischen Studien und präklinischen Experimenten beruhen. Ein spezieller Schwerpunkt soll auf Hirnödem-Monitoring gelegt werden. Methoden: Im ersten Jahr soll die Anwendbarkeit von MIS mit einem elektromagnetischen Simulationsmodell für einen menschlichen Kopf und ein Kopf-Phantom untersucht werden. Das Modell soll Information über die mögliche räumliche Auflösung und die statistische Unsicherheit der zu messenden Parameter liefern. Weiters soll es für die Optimierung des Spulensystems für die Einstrahlung und Messung des Magnetfeldes dienen. Im zweiten Jahr soll ein experimentelles MIS-Systern gebaut werden. Grundlage bildet ein kürzlich entwickelter einkanaliger Prototyp. Die praktische Anwendbarkeit wird durch Messungen an Phantomen gezeigt werden. Erwarteter Nutzen: Die Methode hat nicht nur das Potential, als Komplementärverfahren zu etablierten Methoden für Hydratationsmonitoring zu dienen, sondern stellt eine vielversprechende Alternative zu invasiven Hirndruckmessungen bei der Überwachung von Hirnödemen dar. Das würde eine signifikante Verbesserung des Monitorings darstellen und wahrscheinlich auch langfristig zu einem vermarktbaren Produkt führen.