T. Schröder

Quantitative Evaluation of the Performance of Different Electrical Tomography Devices - Quantitative Evaluierung der Systemeigenschaften verschiedener Elektrotomographie-Geräte

Two widely used electrical tomography systems, the Sheffield Mark I and the DAS-01P, were quantitatively evaluated and compared to the newly developed Goe-MF system. The performance was quantified using a hardware phantom which closely matches the real input and transfer impedances of the human thorax and allows measurements equivalent to different states of lung inflation. Our results demonstrate that adequate averaging is necessary for noise reduction for the Mark I and especially for the DAS-01P system to get meaningful results even in visualizing maximal respiratory manoeuvres. The Goe-MF system showed a notably improved signal-to-noise ratio which allows also dynamic measurements at low levels of lung volume changes, e.g., in intensive care lung injury patients.

Errors of the backextrapolation method in determination of the blood volume

Backextrapolation is an empirical method to calculate the central volume of distribution (for example the blood volume). It is based on the compartment model, which says that after an injection the substance is distributed instantaneously in the central volume with no time delay. The occurrence of recirculation is not taken into account. The change of concentration with time of indocyanine green (ICG) was observed in an in vitro model, in which the volume was recirculating in 60 s and the clearance of the ICG could be varied. It was found that the higher the elimination of ICG, the higher was the error of the backextrapolation method. The theoretical consideration of Schröder et al (Biomed. Tech. 42 (1997) 7-11) was proved. If the injected substance is eliminated somewhere in the body (i.e. not by radioactive decay), the backextrapolation method produces large errors.

Neue Verfahren zur Verbesserung der Abbildungsqualität bei funktionellen EIT-Tomogrammen der Lunge

I. EINLEITUNG: Die elektrische Impedanztomographie (BIT) ist ein bildgebendes Verfahren, welches die lokale Verteilung der elektrischen Impedanz innerhalb eines Körpers darstellen kann. Die Lunge ist der Untersuchung durch BIT gut zugänglich, weil die Änderung des Luftgehaltes durch die Ventilation relativ große Änderungen ihrer elektrischen Leitfähigkeit bedingt. Die Hoffnung, mit Hilfe einzelner EIT-Tomogramme nichtinvasiv Aussagen über die lokale Luftfüllung der Lunge und eventuelle Schädigungen machen zu können, hat sich aufgrund der Inkonstanz der abgebildeten Lungengeometrien nicht erfüllt [3]. Zur Gewinnung eines EIT-Tomogramms waren teils extreme Atemmanöver erforderlich, die nur ungenügend reproduziert wurden und für Patienten mit Lungenschädigung auch potentiell gefährlich sind. Die Entwicklung der funktioneilen BIT (f-EIT) ermöglicht eine stabile Abbildung der lokalen Lungenventilation unter normalen Ventilationsbedingungen [2]. Dabei erlaubt die Aufzeichnung von Bildserien die funktioneile Interpretation der lokalen Impedanzänderungen in einem Funktionstomogramm bei gleichzeitiger Darstellung ausgewählter lokaler Impedanzverläufe im Zeitbereich. Es werden zwei verbesserte Verfahren zur Interpretation von EIlVBildserien vorgestellt. Das erste Verfahren erlaubt die Differenzierung physiologischer Prozesse, welche eine lokale Impedanzänderung hervorrufen. Das zweite Verfahren gibt im Gegensatz zur bisherigen Betrachtung eines Lungenzustandes (lokale Luftfüllung) eine Eigenschaft der Lunge wieder (lokales Füllungsvermögen).

ELEKTROTOMOGRAPHIE-SYSTEM ZUR BESTIMMUNG DER LOKALEN VENTILATIONSVERTEILUNG IN DER SCHWERELOSIGKEIT

Die Möglichkeiten zur Beurteilung der regionalen Ventilation der Lunge, beschränkten sich bisher auf relativ aufwendige Methoden (MRT, PET, CT, Röntgen, Szintigraphie). Größe und Gewicht dieser Bildgebungssysteme lassen die Anwendung unter Extrembedingungen (Immersion, Tauchmedizin, hohe Beschleunigungen, Schwerelosigkeit) in der Regel nicht zu. Das Konzept und die Realisation eines für derartige Anwendungsbereiche neu entwickelten Elektrotomographie-Systems und seine erstmalige Anwendung in der Schwerelosigkeit werden vorgestellt.

Simulation of arterial drug concentration after intravenous application

The aim of this study was to develop a widely applicable model for circulatory indicator dispersion which could describe the pharmacokinetics of early drug distribution. The model assumes that the substance is injected into the right atrium and measured in the aorta. The dilution curve results from the dispersion and recirculation of the indicator in the body. The concentration time curve in the aorta, r, can be described as r = c0 + g* r, where g is the transport function of the body and c0 is the concentration time course, which is measured for the first time in the aorta. If the body transport function is known, then the aortic dilution curve of a drug can be predicted for different elimination rates and injection times. The site of interest can be chosen arbitrarily, i.e. the concentration of inflow into the kidney or any other organ can be described.

Optimizing Deconvolution Techniques by the Application of the Münchhausen Meta Algorithm

A deconvolution applied to disturbed data often gives poor results, due to fundamental difficulties associated with ill-posed problems. Many numerical and theoretical methods have been invented to circumvent this phenomenon. Their performance varies, depending on the given problem and data. The main aim of this paper is to provide a decision rule for choosing a method for deconvolution and application of this method to the same data. We have called this meta-algorithm Münchhausen. In this paper we introduce and describe for the first time the basic principle of artificial disturbance of the data in the set-up of deconvolution. We demonstrate some interesting features of the random procedure Münchhausen, such as the non parametric set-up, robustness to disturbance of the data and last but not least good performance.

LOGNORMAL-NLSQ-Technik - Überprüfung einer neuen mathematischen Methode zur Bestimmung des Blutvolumens - LOGNORMAL-NLSQ Technique Investigation of a New Mathematical Method of Calculating Blood Volume

This paper describes the investigation of a new mathematical method of calculating blood volume. The new method determines the blood volume by calculating the product of the mean circulation transit time. The mean transit time is calculated from the body transport function. To examine the accuracy of the LOGNORMAL-NLSQ technique, 45 concentration time curves were measured in an in vitro recirculation model with variable clearance. The calculated volume was 4% smaller than the actual volume. This may be attributed to the functional dead space within the model, and is tolerable for clinical situations. The LOGNORMAL-NLSQ technique might acquire considerable importance in future, especially since it provides accurate results very quickly.

Das asymptotische Verhalten von gemessenen Konzentrationszeitkurven - The Asymptote of Measured Concentration Time Curves

Die gemessene Konzentrationszeitkurve einer injizierten Substanz wird häufig genutzt, um das Verteilungsvolumen berechnen zu können. In dieser Arbeit konnte erstmals in der Medizin eine allgemeingültige Formel für die Asymptote einer Konzentrationszeitkurve angegeben werden. Mit Kenntnis dieser Formel können zum einen bisher ungeklärte Phänomene (unterschiedliche Ergebnisse bei der Verwendung zweier unterschiedlicher Methoden zur Berechnung von Verteilungsvolumina) verständlich gemacht und zum anderen Methodenfehler (Wahl des Injektionsund Meßortes) vermieden werden.