Elektrische Impedanz-Tomografie
Medizinische Expertise: Dr. med. NonnenmacherQualitätssicherung: Dipl.-Biol. Elke Löbel, Dr. rer. nat. Frank Meyer
Letzte Aktualisierung am: 2. September 2026Dieser Artikel wurde unter Maßgabe medizinischer Fachliteratur und wissenschaftlicher Quellen geprüft.
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Die Elektrische Impedanz-Tomografie (EIT) ist ein bildgebendes Verfahren, welches auf den unterschiedlichen elektrischen Leitfähigkeiten verschiedener Körperbereiche beruht. Viele mögliche Anwendungsbereiche befinden sich noch im Versuchsstadium. Bewährt hat sich ihr Einsatz bei der Überprüfung der Lungenfunktion.
Was ist Elektrische Impedanz-Tomografie?
Als nicht-invasives bildgebendes Verfahren zur Untersuchung menschlichen Gewebes hat sich die elektrische Impedanz-Tomografie (EIT) bereits in der Lungenfunktionsdiagnostik etabliert. Für andere Anwendungen wird sie bislang vor allem in Studien erprobt.
Mittels Elektroden werden elektrische Wechselströme unterschiedlicher Frequenzen und mit niedriger Amplitude in das benachbarte Gewebe gespeist. Je nach Beschaffenheit oder funktionalem Zustand des Gewebes resultieren unterschiedliche Leitfähigkeiten. Diese sind von der jeweiligen Impedanz (Wechselstromwiderstand) des entsprechenden Körperbereiches abhängig. Auf der zu messenden Körperoberfläche werden mehrere Elektroden positioniert.
Während zwischen jeweils zwei Elektroden hochfrequente Wechselströme mit kleiner Amplitude fließen, wird an den anderen Elektroden das elektrische Potenzial gemessen. Die Messung wird ständig wiederholt, indem das stimulierende Elektrodenpaar beliebig variiert wird. Die gemessenen Potenziale ergeben ein Schnittbild, welches Rückschlüsse auf die Zusammensetzung und den Zustand des untersuchten Gewebes erlaubt.
Bei der elektrischen Impedanz-Tomografie wird zwischen absoluter und funktioneller EIT unterschieden. Bei der absoluten EIT wird die Beschaffenheit des Gewebes untersucht, während die funktionelle EIT abhängig vom jeweiligen funktionalen Zustand des zu messenden Körperbereiches unterschiedliche Leitfähigkeiten misst.
Funktion, Wirkung & Ziele
Beispielsweise ist von einem wasserreichen Gewebe mit einer hohen Konzentration an Elektrolyten eine bessere Leitfähigkeit zu erwarten als von einem Fettgewebe. Außerdem können bei funktionellen Änderungen in den Organen auch chemische Änderungen im Gewebe auftreten, die Einfluss auf die Leitfähigkeit haben. Die absolute EIT ist ungenau, weil sie abhängig ist von der individuellen Anatomie und schlecht leitenden Elektroden. Dabei kommt es oft zur Artefaktbildung. Die funktionelle EIT kann diese Fehler durch Subtraktion der Darstellungen erheblich reduzieren.
Besonders die Lunge eignet sich für die Untersuchung mittels elektrischer Impedanz-Tomografie, da sie eine viel geringere Leitfähigkeit als die meisten anderen Organe aufweist. Daraus ergibt sich ein deutlicher Kontrast zu den anderen Körperteilen, der sich positiv auf die Darstellung in einem bildgebenden Verfahren auswirkt. Die Leitfähigkeit der Lunge ändert sich zudem zyklisch in Abhängigkeit davon, ob gerade eingeatmet oder ausgeatmet wird.
Das ist ein weiterer Grund, besonders die Lunge mittels EIT zu untersuchen. Ihre unterschiedliche Leitfähigkeit während der Atmung lässt gute Resultate bei der Überprüfung der Lungenfunktion erwarten. Die Fortschritte der digitalen Technik machen es dem Intensivmediziner möglich, die gewonnenen Daten aus der Leitfähigkeitsmessung der Lunge so aufbereiten zu lassen, dass die Lungenfunktion direkt am Patientenbett visualisiert werden kann. Auf der Basis der elektrischen Impedanz-Tomografie wurden Lungenfunktionsmonitore entwickelt, die in der Intensivmedizin vor allem zur Überwachung beatmeter Patienten zum Einsatz kommen.
Zur Eröffnung anderer Einsatzmöglichkeiten für die EIT werden derzeit Studien durchgeführt. So kann diese Technologie künftig als Zusatzdiagnostik bei der Mammographie eine Rolle spielen. Es wurde festgestellt, dass normales und malignes Brustgewebe bei verschiedenen Frequenzen unterschiedliche Leitfähigkeiten aufweisen. Das Gleiche gilt für die Zusatzdiagnostik bei der gynäkologischen Krebsvorsorge. Derzeit finden auch Studien zum möglichen Einsatz der EIT bei Epilepsie und Schlaganfall statt.
Denkbar ist zudem eine künftige Anwendung für die intensivmedizinische Überwachung der Hirnaktivität bei schweren Hirnpathologien. Die gute elektrische Leitfähigkeit des Blutes impliziert auch eine mögliche Anwendung zur bildlichen Darstellung der Organdurchblutung. Nicht zuletzt kann die elektrische Impedanz-Tomografie auch im Rahmen der Sportmedizin zur Bestimmung der Sauerstoffaufnahme (VO2) oder des arteriellen Blutdruckes bei Belastung dienen.
Risiken, Nebenwirkungen & Gefahren
Da die Ausrüstung zudem auch noch wesentlich günstiger und kleiner als bei den klassischen Tomografie-Verfahren ist, kann die EIT somit über längere Zeit beim Patienten eingesetzt werden und kontinuierliche Echtzeit-Visualisierungen leisten. Zurzeit stellt sich jedoch als Hauptnachteil die geringere räumliche Auflösung gegenüber anderen Tomografie-Verfahren heraus. Dabei gibt es allerdings Ideen, die Auflösung der Bilder durch Erhöhung der Elektrodenzahl zu verbessern. Auch die Qualität der Bilder weist noch Mängel auf.
Eine Qualitätsverbesserung erfolgt jedoch schrittweise durch die zunehmende Anwendung von aktiven Oberflächenelektroden. Nachteilig ist auch, dass der Strom nicht im zu untersuchenden Körperabschnitt verbleibt, sondern dem geringsten Widerstand folgend sich im dreidimensionalen Raum verteilt. Daher wird die Bilderstellung auch viel komplizierter als bei der klassischen Computertomographie. Es sind mehrere zweidimensionale Darstellungen im dreidimensionalen Raum notwendig, um schließlich ein dreidimensionales Bild zu erzeugen, welches dann wieder zweidimensional präsentiert wird.
Daraus ergibt sich das sogenannte „Inverse Problem“. Das Inverse Problem besagt, dass vom vorliegenden Resultat auf die Ursache geschlossen werden muss. Meist sind diese Probleme nur sehr schwer oder gar nicht lösbar. Nur in Kombination mit anderen Verfahren kann die Ursache geklärt werden. Durch weitere Studien müssen erst noch genügend Erfahrungen zur Auswertung der Darstellungen der EIT gesammelt werden.
Entwicklung des Verfahrens
Der Gedanke, aus elektrischen Messungen an der Körperoberfläche auf die Verhältnisse im Inneren zu schließen, ist älter als seine praktische Umsetzung. Dass verschiedene Gewebe den Strom unterschiedlich gut leiten, war lange bekannt; die Schwierigkeit lag darin, aus den an der Haut gemessenen Spannungen ein brauchbares Bild zu berechnen. Möglich wurde dies erst mit ausreichend leistungsfähigen Rechnern.
Die Grundlagen der heutigen elektrischen Impedanz-Tomografie wurden in den 1980er Jahren an der Universität Sheffield in Großbritannien gelegt, wo eine Arbeitsgruppe erstmals Schnittbilder aus solchen Messungen erzeugte. Über Jahre blieb das Verfahren ein Gegenstand der Forschung, weil die Bildqualität für den klinischen Alltag nicht ausreichte. Erst mit verbesserten Elektroden, schnelleren Rechenverfahren und vor allem mit der Konzentration auf eine einzige, gut geeignete Fragestellung — die Belüftung der Lunge — fand es den Weg an das Krankenbett. Seit einigen Jahren sind Geräte verfügbar, die für die Überwachung beatmeter Patientinnen und Patienten zugelassen sind.
Ablauf der Messung
Für die Untersuchung wird ein Gürtel mit Elektroden um den Brustkorb gelegt, üblicherweise in Höhe des unteren Brustbeinbereichs zwischen den Rippen. Die Elektroden sind ringförmig in einer Ebene angeordnet; gängige Geräte arbeiten mit sechzehn oder zweiunddreißig Kontakten. Damit der Übergang zur Haut gut leitet, wird ein Kontaktgel verwendet, und stark behaarte Stellen werden gegebenenfalls vorbereitet. Eine Referenzelektrode wird meist am Bauch angebracht.
Die Messung selbst erfordert keine Vorbereitung durch die untersuchte Person: kein Nüchternsein, kein Absetzen von Medikamenten, kein Umlagern in ein Untersuchungsgerät. Der eingespeiste Wechselstrom ist so klein, dass er nicht wahrgenommen wird; die Untersuchung ist schmerzfrei. Anders als eine Aufnahme im Computertomografen ist sie zudem kein einmaliges Ereignis, sondern kann über Stunden oder Tage fortlaufen. Genau darin liegt ihr besonderer Wert: Sie zeigt Veränderungen, während sie geschehen.
Auf dem Bildschirm erscheint ein Querschnitt durch den Brustkorb in Höhe des Elektrodengürtels, in dem farblich dargestellt wird, wo sich die Leitfähigkeit gerade ändert. Da Luft schlecht leitet, bedeutet ein einströmendes Atemzugvolumen eine Abnahme der Leitfähigkeit in dem betroffenen Lungenbereich. Aus dem Wechsel zwischen Ein- und Ausatmung errechnet das Gerät, wie sich die Belüftung auf die Bildregionen verteilt — etwa auf die rechte und die linke Seite oder auf die bauch- und die rückenwärts gelegenen Anteile.
Anwendung in der Intensivmedizin
Der praktische Nutzen des Verfahrens zeigt sich vor allem bei der maschinellen Beatmung. Eine geschädigte Lunge wird nicht gleichmäßig belüftet: Manche Bereiche nehmen kaum noch Luft auf und fallen zusammen, andere werden dafür überproportional gedehnt. Beides ist ungünstig, denn zusammengefallene Abschnitte tragen nicht mehr zum Gasaustausch bei, während überdehnte Abschnitte weiter geschädigt werden können. Eine Beatmung, die zu wenig Druck aufbaut, lässt Bereiche kollabieren; eine, die zu viel Druck aufbaut, überdehnt gesunde Anteile. Der günstige Bereich dazwischen ist von außen schwer zu erkennen.
Genau hier setzt die elektrische Impedanz-Tomografie an. Sie macht sichtbar, in welchen Bildregionen die Belüftung zunimmt und in welchen sie abnimmt, wenn eine Einstellung des Beatmungsgeräts verändert wird. Die Wirkung einer Änderung lässt sich damit unmittelbar am Bett beobachten, statt sie erst später über eine Blutgasanalyse oder eine Röntgenaufnahme abzuschätzen. Ähnlich lässt sich verfolgen, wie sich eine Umlagerung — etwa in die Bauchlage — auf die Verteilung der Belüftung auswirkt, oder wie schnell sich die Lunge nach dem Absaugen von Sekret wieder füllt.
Weitere Beobachtungen, die sich am Bild abzeichnen können, betreffen eine plötzlich einseitig fehlende Belüftung, wie sie etwa bei einer zu tief liegenden Beatmungssonde oder bei einem Pneumothorax auftritt, sowie das Zusammenfallen von Lungenabschnitten im Sinne einer Atelektase. Auch beim schrittweisen Entwöhnen von der Beatmung wird das Verfahren erprobt, um zu beurteilen, ob die Belüftung unter zunehmender Eigenatmung gleichmäßig bleibt.
Über die Intensivstation hinaus wird die Methode in der Anästhesie während Narkosen untersucht sowie in der Pneumologie bei Erkrankungen wie COPD, Asthma oder Mukoviszidose, bei denen die Belüftung ungleichmäßig verteilt sein kann. Da sie ohne Strahlung auskommt und wiederholt eingesetzt werden kann, gilt sie auch für die Betreuung von Neugeborenen und sehr kleinen Kindern als aussichtsreich, bei denen wiederholte Röntgenaufnahmen besonders zurückhaltend eingesetzt werden.
Was das Bild aussagt — und was nicht
Ein Punkt wird bei der Deutung der Bilder leicht übersehen: Die funktionelle elektrische Impedanz-Tomografie zeigt in aller Regel keine absoluten Messwerte, sondern Veränderungen gegenüber einem Ausgangszustand. Das Bild beantwortet also nicht die Frage „Wie viel Luft ist in diesem Lungenabschnitt?“, sondern die Frage „Wie verändert sich die Belüftung hier gegenüber vorhin?“. Für die Steuerung einer Beatmung ist das oft genau die richtige Auskunft; für eine Aussage über den absoluten Zustand der Lunge genügt sie nicht.
Ebenso wichtig ist die räumliche Begrenzung. Dargestellt wird eine Schicht in Höhe des Elektrodengürtels, und auch diese nicht scharf abgegrenzt, da sich der Strom im umliegenden Raum ausbreitet. Was oberhalb oder unterhalb dieser Ebene geschieht, bleibt weitgehend unsichtbar. Ein Herd in der Lungenspitze oder im Zwerchfellbereich kann daher unbemerkt bleiben.
Schließlich liefert das Verfahren keine anatomische Darstellung. Es zeigt, wo sich elektrische Eigenschaften ändern, nicht, welche Struktur dort liegt. Ein Tumor, eine Blutung oder eine Verkalkung lassen sich damit nicht erkennen und zuordnen. Aus diesen Gründen ist die elektrische Impedanz-Tomografie kein Ersatz für die etablierten bildgebenden Verfahren, sondern eine Ergänzung mit eigenem Zuschnitt: Sie beantwortet eine begrenzte Frage, diese aber fortlaufend und ohne Belastung.
Abgrenzung zu anderen Verfahren
Die Computertomographie des Brustkorbs bleibt das Verfahren mit der höchsten Aussagekraft über den Zustand des Lungengewebes. Sie zeigt Struktur und Ausdehnung von Veränderungen genau, arbeitet aber mit ionisierender Strahlung, liefert nur eine Momentaufnahme und erfordert bei schwer kranken Menschen einen aufwendigen und nicht ungefährlichen Transport aus der Intensivstation heraus. Genau diese Nachteile hat die elektrische Impedanz-Tomografie nicht — um den Preis einer ungleich gröberen Bildinformation.
Die Röntgenaufnahme des Brustkorbs lässt sich am Bett anfertigen und gehört zur täglichen Routine, überlagert jedoch alle durchstrahlten Schichten in einem flachen Bild und ist ebenfalls eine Momentaufnahme. Die Sonographie der Lunge kommt ohne Strahlung aus und wird zunehmend am Bett eingesetzt, erfasst aber vor allem oberflächennahe Bereiche und hängt stark von der untersuchenden Person ab. Die Spirometrie misst Volumina und Strömungen des gesamten Atemsystems, kann jedoch nichts darüber sagen, wie sich die Belüftung innerhalb der Lunge verteilt, und setzt eine aktive Mitarbeit voraus, die beatmete Menschen nicht leisten können.
Was bei der Anwendung zu beachten ist
Auch wenn das Verfahren als schonend gilt, ist es nicht in jeder Situation anwendbar. Der Elektrodengürtel benötigt eine ringförmig freie, unverletzte Haut. Frische Wunden, großflächige Verbände, Verbrennungen oder eine liegende Drainage in der Messebene können das Anlegen unmöglich machen oder die Messung verfälschen. Wird der Gürtel verschoben, verändert sich die dargestellte Ebene, und Vergleiche mit früheren Aufzeichnungen werden unzuverlässig.
Bei Trägerinnen und Trägern aktiver implantierter Geräte wie eines Herzschrittmachers oder eines Defibrillators wird vor dem Einsatz geprüft, was die Hersteller beider Geräte angeben; die Entscheidung trifft das behandelnde Team. Verformungen des Brustkorbs, ausgeprägtes Übergewicht sowie ungünstige Lagerungen können die Bildqualität mindern, da die Rechenverfahren von angenommenen Körperformen ausgehen.
Wichtig ist schließlich die Einordnung des Befundes. Die Bilder werden nicht allein betrachtet, sondern gemeinsam mit den Beatmungswerten, der Sauerstoffsättigung, den Blutgasen und dem klinischen Zustand bewertet. Wie die dargestellten Muster im Einzelfall zu deuten sind und welche Vorgehensweise daraus folgen sollte, ist Gegenstand laufender Untersuchungen. Die Geräte stehen bislang vor allem an größeren Kliniken und Forschungseinrichtungen zur Verfügung; eine flächendeckende Ausstattung besteht nicht.
Quellen
- Ziegenfuß, T.: Notfallmedizin.
ISBN: 9783662635674
- Bause, H., Kochs, E., Scholz, J., et al. (Hrsg.): Duale Reihe Anästhesie.
ISBN: 9783131524843
- Herold, G.: Innere Medizin 2026.
ISBN: 9783982116655
- Silbernagl, S., Despopoulos, A., Draguhn, A.: Taschenatlas Physiologie.
ISBN: 9783132410305
- Reiser, M., Kuhn, F.-P., Debus, J. (Hrsg.): Duale Reihe Radiologie.
ISBN: 9783132444621