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Elektrische Impedanztomographie

Die Elektrische Impedanztomographie (EIT) ist ein bildgebendes Verfahren, bei dem die Verteilung von Leitfähigkeit oder elektrischer Impedanz in 2D oder 3D visualisiert wird. Sciospec arbeitet mit weltweit führenden Wissenschaftlern im Bereich der EIT zusammen, um Lösungen zu liefern, die die Nutzung der EIT sowohl im wissenschaftlichen Bereich als auch in praktischen Anwendungen ermöglichen.

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impedanztomographie

Neben unseren Standard-Instrumenten für den leichten Einstieg in die Welt der EIT bieten wir auch angepasste EIT-Instrumente und anwendungsspezifische OEM-Lösungen anAuch bei unseren EIT-Lösungen kommt die Skalierbarkeit der Sciospec-Technologieplattform zu tragen. Kanalanzahlen bis zu 256 sind in der Standardkonfiguration erhältlich. Einige unserer Referenzsysteme haben sogar noch mehr Kanäle.

In den letzten Jahren haben wir eine breite Auswahl an Anwendungen umgesetzt – von klassischen medizinschen Anwendungen (Lungen-/Beatmungs-Monitoring und Positionierungsprobleme von Elektroden) über industrielle Anwendungen (Rohrleitungs-Monitorung und Kontaminations-Tracking) bis hin zu neuartiger Chip-basierter EIT für biosensorische Applikationen.

Sciospec EIT belt small withReconstruction

Unsere EIT-Messgeräte

Alles was man für EIT braucht

Sciospecs EIT-Systeme (EIT16/32/64/128+) sind speziell für elektrische Impedanztomographie-Messungen designt. Echt parallele Messungen und eng synchronisiertes Schalten erlauben sehr schnelle Frame Rates. Egal mit welcher Kanalanzahl, die Sciospec-EIT-Systeme glänzen mit:

  • Dual-Role Electroden-Verbindungen sowohl als Spannungsmessungs- als auch als Strominjektions-Port
  • eng synchronisierter Daten-Akquisitions-Block für echt-simultanes Abtasten aller Kanäle
  • Injektions-Schaltermatrix zur Auswahl jeder Kombination von 2 Kanälen für positive und negative Injektions –Ports
  • Schaltermatrix entweder mit ultra-low leakage Reed-Relays oder superschnellen Halbleiterschaltern
  • Sciospecs SineFit-Algorithmus für schnelle und präzise Signal-Extraktion
  • breiter Frequenzbereich (z.B. 100 Hz … 1 MHz)
  • spektrale Messungen mit Frequenz-Sweeps mit bis zu 128 Frequenzen
  • Erregersignal 100 nA … 10 mA Peak-Amplitude
  • Frame Rates bis zu 100 fps
  • Software mit integrierten Bildgebungs-Algorithmen
  • Auf ihre Wünsche anpassbar – sprechen Sie uns an!

Leichter Einstieg durch in Software integrierte Funktionalität für Zeit- und Frequenzabhängige Bildgebung (time-/frequency-difference imaging). Alternativ können Sie auch den MATLAB-Code nutzen, um Ihre Daten in EIDORS zu importieren. Oder Sie schreiben ihre eigene Bildrekonstruktion und importieren diese in die Sciospec-Software.

 
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WÄHEN SIE NÜTZLICHE OPTIONEN ZU IHREM SYSTEM

  • Frontpanel-Steckverbinder: BNC, SMA, MCX, DSUB, MDR, weitere auf Anfrage
  • IOport digitale Schnittstellen für externe Sensoren oder periphäre Hardware
  • Drahtllos-Schnittstellen
  • Extras für die Sicherheit nach medizinischen Standards
    • Spannungsversorgung
    • Isoliertes Gehäuse
    • Isolierter USB-Port
    • AC-gekoppeltes Frontend
    • isolierter IOport
  • Temperatur-Mess-Modul
  • Anpassbare Strom- und Spannungsbereiche
  • Batteriebetrieb
  • und viele weitere

Wählen Sie aus unzähligen Accessoires für Impedanztomographie EIT

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Phantom-Tank

Wie bieten verschiedene EIT-Phantom-Tanks an

  • Standard EIT16-Phantom-Tank: 1 Ring mit 16 Elektroden
  • Standard EIT32-Phantom-Tank: 1 Ring with 32 Elektroden
  • EIT Phantom-Tank 16×2: 2 Ringe mit jeweils 16 Elektroden
  • EIT Phantom-Tank 32×2: 2 Ringe mit jeweils 32 Elektroden

Gern bauen wir auch einen Phantom-Tank nach ihren Wünschen

  • Elektrodenanzahl
  • Elektrodenanordnungen (z.B. mehrere Ebenen oder Grids)
  • Tank-Layout, Durchmesser und Höhe

Phantom-Tanks können Sie als ein Accessoire zu unseren EIT-Instrument zubuchen

Kabelsätze

  • Steckverbindertypen
    • Bananenstecker
    • Kroko-Klemme
    • andere
  • Kabellängen
    • 0,5 m
    • 1 m
    • 1,5 m
    • andere

Kabelsätze können Sie als Accessoire zu unseren EIT-Instrument zubuchen

EIT SlideChip Adapter

  • Erweiterungsmodul für das Sciospec EIT16
  • Multiplexer zur Aufnahme von Sensoren im Slide-In-Format
  • 48 Kanäle: 3 Bänke mit jeweils 16 Kanälen (nur 3 Messdurchläufe zur Messung aller 48 Kanäle)
  • Sensorträger gibt es bei uns

Den EIT SlideChip und die passenden Sensorträger können Sie als ein Accessoire zu unseren EIT-Instrument zubuchen

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EIT passt perfekt zu unserer skalierbaren Technologieplattform. Wir haben nicht nur die Expertise im Entwurf der Instrumentation, wir haben auch Experten mit Erfahrung in Algrithmik zur Bildgebung für EIT in unserem Entwicklungsteam.

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Und was ist mit OEM?

Wie all unsere Technologie sind auch unsere EIT-Lösungen als OEM erhältlich. Unsere Platform ermögliche eine kostengünstige Anpassung und eine leichte Integration unserer Technologie in die Produkte unserer Kunden. Nutzen Sie schlüsselfertige OEM-Impedanzmesstechnik von Sciospec, sparen Sie sich wertvolle interne Entwicklungszeit/Time-To-Market und minimieren Sie Ihr Entwicklungsrisiko. Ob ein portables Gerät für eine Mobile-Health-Anwendung oder eine Massiv-Vielkanal-Plattform für Komponententest oder Phramascreening – alles ist möglich. Brauchen Sie auch eine Benutzeroberfläche? Okay. Ihr Gerät soll ein Medizinprodukt werden? Kein Problem. Nehmen Sie gern Kontakt zu uns auf!

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Sciospec EIT as OEM for TIDAL Medical

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Grundwissen zu EIT-Messungen

Elektrische Impedanztomographie (EIT) ist ein bildgebendes Messverfahren, bei dem elektrische Eigenschaften in einem Objekt (DUT – device under test) gemessen und die Leitfähigkeits- oder Impedanzverteilungen in 2D oder auch in 3D visualisiert wird. Sciospec arbeitet mit weltweit führenden Wissenschaftlern und Unternehmen auf diesem Gebiet zusammen, um Lösungen anzubieten, die die Anwendung von EIT sowohl in der Forschung als auch in praktischen Anwendungen ermöglichen.

Man könnte EIT als einen hochspezialisierten Fall der Impedanzspektroskopie betrachten. Bei EIT werden Messdaten aus mehreren Messelektroden in verschiedenen Elektrodenkonfigurationen (Injektionsmustern) kombiniert, um einen Datensatz zu bilden. Dieser dient dann zur mathematischen Rekonstruktion eines Bildes der Impedanz- oder (häufiger) der Leitfähigkeitsverteilung in einer Ebene (2D) oder einem Volumen (3D). Oft wird dies nur bei einer einzigen Frequenz durchgeführt, aber immer mehr Forschung wird über den Einsatz von Frequenzdifferenztechniken veröffentlicht, und in den letzten Jahren wurden auch vermehrt echte, teils hochauflösende Mehrfrequenzansätze verfolgt.

Im Allgemeinen ist es möglich, die für EIT erforderlichen Rohdaten mit jedem Impedanzanalysator zu messen. Zum Beispiel bietet Sciospec das ISX-3 in einer spezifischen Variante für EIT-Messungen über eine Multiplexer-Erweiterung an. Dieser Ansatz führt jedoch zu relativ langsamen Messungen, die für die Beobachtung dynamischer Prozesse nicht günstig sind. Typische Anwendungsszenarien von EIT verwenden 16 oder 32 Elektroden – in fortschrittlicheren Elektroden-Topologien, z. B. mit mehreren Analyseebenen, werden mehr benötigt. Es gibt auch Möglichkeiten vollständig ausgestattete Impedanzmesssysteme mit mehreren parallelen Kanälen zu konfigurieren (z. B. der Sciospec ISX-5). In vielen eher langsamen Anwendungsszenarien kann das auch sehr gut funktionieren.

Da bei EIT jedoch sehr spezifische Anforderungen an die Injektion zwischen verschiedenen Sätzen von Messports gestellt werden, können nicht alle mehrkanaligen Impedanzanalysatoren in allen EIT-Konfigurationen arbeiten. Darüber hinaus muss der Modus der Datenerfassung an die Messkonfiguration angepasst werden. Um diese Komplexität besser abbilden zu können und schnellere Messungen zu ermöglichen gibt es spezifische Klasse von Instrumenten, die für EIT-Messungen optimiert sind. Die meisten von ihnen verwenden Architekturen mit halb- oder vollparalleler Erfassung hinter einer flexiblen Auswahlmatrix für den Injektionspfad. Medizinische Geräte, die EIT verwenden, wie der Dräger Pulmovista oder die Lösungen von Swisstom für die Überwachung der Lunge, sind die prominentesten Beispiele für diese Art von Instrumentierung. Es gibt auch Instrumente, die stärker auf Forschungsanwendungen ausgerichtet sind, wie die von Sciospec bereitgestellten Instrumente mit bis zu 256 Kanälen für vollparallele EIT-Messungen.

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EIT Basics
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electrical impedance tomography

Anwendungsszenarien für die elektrische Impedanztomographie

Die elektrische Impedanztomographie (EIT) ist eine bildgebende Technik, bei der die Impedanzverteilung innerhalb eines Körpers mithilfe von elektrischen Strom- und Spannungsmessungen erfasst wird. Obwohl sie am besten für ihre medizinische Anwendungen bekannt ist, gibt es auch viele andere Anwendungsszenarien für EIT:

Medizinische Bildgebung

  • Lungenbildgebung: EIT wird häufig für die Bildgebung der Lungenbelüftung und die Überwachung von Veränderungen in der Lungenimpedanz verwendet. Das ist vor allem in der kritischen Intensivpflege sehr relevant. Das Dräger Pulmo Vista ist wahrscheinlich das prominenteste Beispiel für diese Art von EIT-Instrument.
  • Neuro-EIT und Gehirnbildgebung: EIT für die Bildgebung des Gehirns und des Nervensystems ist seit vielen Jahren ein intensiv bearbeitetes Forschungsgebiet, insbesondere zur Überwachung des zerebralen Blutflusses und zur Erkennung von Abnormalitäten in der Gehirnfunktion, aber auch für eine Vielzahl anderer neurologischer Probleme wie Plexusnervenstimulation. Besonders repräsentativ in diesem Bereich ist die Forschung von Prof. David Holder (University College London). Sciospec ist stolz darauf, diese Entwicklungen seit vielen Jahren erfolgreich zu unterstützen und eng mit den führenden Köpfen dieses Forschungsgebietes zusammenzuarbeiten.
  • Andere medizinische Probleme: Muskelkontraktion, Körperflüssigkeitsfluss, Herzüberwachung und viele andere medizinische Anwendungen wurden mit EIT erforscht. In den letzten Jahren gibt es eine zunehmende Nachfrage nach fortgeschrittenen EIT-Messfähigkeiten im Vergleich zu den bekannten Fällen der Lungenüberwachung. Sciospec EIT-Systeme spielen eine entscheidende Rolle dabei, die Grenzen in erstklassiger Forschung weltweit zu erweitern.

 

Industrielles Prozessmonitoring
EIT wird in industriellen Umgebungen für das Prozessmonitoring und die Steuerung eingesetzt, beispielsweise zur Erkennung von Veränderungen in der Materialzusammensetzung innerhalb von Rohrleitungen oder Reaktoren. In verschiedenen industriellen Prozessen wird EIT als tomographische Bildgebungstechnik verwendet, um die Verteilung eines Parameters innerhalb eines Mediums zu visualisieren und zu überwachen. Dies umfasst Anwendungen in Tanks und Reaktoren, Gas-Flüssigkeitsströmungen und Mischprozessen.

 

Materialcharakterisierung
EIT kann verwendet werden, um die Verteilung von elektrischen Eigenschaften in Materialien zu charakterisieren. Dies ist bspw. in Bereichen wie der Geophysik relevant, wo es zur Abbildung der elektrischen Eigenschaften des Erduntergrunds eingesetzt werden kann.

Biologische Forschung
EIT wird in der biologischen Forschung eingesetzt, um die elektrischen Eigenschaften von Geweben und Organen zu untersuchen. Dies umfasst Anwendungen in der Erforschung von Muskelkontraktion, Zellkulturen und anderen biologischen Prozessen. Mit dem Aufkommen von 3D-Organoiden als wichtigem Forschungsinteresse sind 3D-EIT und die Bildgebung auf Zellebene zu einem stark nachgefragten Thema geworden.

Zerstörungsfreie Prüfung (NDT)
EIT kann in der zerstörungsfreien Prüfung eingesetzt werden, um die strukturelle Integrität von Materialien zu inspizieren und zu überwachen, Defekte oder Veränderungen in den Materialeigenschaften ohne Beschädigung des Objekts zu identifizieren.

Umweltüberwachung
EIT wurde für die Umweltüberwachung erforscht, wie die Erkennung und Bildgebung von Veränderungen im Feuchtigkeitsgehalt des Bodens oder von Schadstoffkonzentrationen im Boden.

Sicherheit und Überwachung
In Sicherheitsanwendungen kann EIT für die Bildgebung verdeckter Objekte oder zur Überwachung von Veränderungen in den elektrischen Eigenschaften von Materialien in Sicherheitskontrollsituationen verwendet werden.

Es ist wichtig zu beachten, dass, obwohl EIT ein breites Anwendungsspektrum hat, seine primäre und etablierteste Verwendung in der medizinischen Bildgebung liegt, insbesondere bei der Lungenüberwachung. Andere Anwendungen sind weiterhin Gegenstand laufender Forschung und Entwicklung, und das Potenzial der Technologie in diesen Bereichen entwickelt sich kontinuierlich weiter.

Das richtige EIT-Messgerät für jede Anwendung – Sciospec´s Produktpalette

Sciospec bietet elektrische Impedanztomographie-Lösungen sowohl als Standardinstrumente als auch als kundenspezifische Systeme an. Bei Standardinstrumenten reicht die Kanalanzahl von 8 bis 256. Diese Systeme haben standardmäßig eine pseudo-differenzielle Stromquelle für Anregungssignale bis zu 10 mA, einen eng synchronisierten Datenakquisitionsblock für echt-simultane Abtastung aller Kanäle und eine Reed-Relais-Injektionsmatrix mit ultra-niedrigen Leckströmen für die Auswahl jeder Kombination von Kanälen für positive und negative Injektion. Einige Module unterstützen auch schnelle Halbleiterschalter als alternative Injektionsmatrix, was höhere Bildraten ermöglicht, jedoch mit dem Nachteil erhöhter parasitärer Einflüsse. Standardmäßig ermöglichen alle diese Systeme multifrequente Messungen in Einzelsinuserregung. Injektionssequenzkonfigurationen von beliebigem Port zu beliebigem Port ermöglichen nahezu jede Elektrodenkonfiguration – von Standardringanordnungen über Gitterstrukturen wie sie bei planarer EIT verwendet werden bis hin zu benutzerdefinierten Konfigurationen. Integrationszeiten können zwischen maximaler Signalqualität oder maximaler Bildrate eingestellt werden – zum Beispiel können für 32 Messelektroden, die 16 Injektionen pro Frame verwenden, bis zu 73 fps mit den Reed-Relais Schaltern und bis zu 280 fps mit schnelleren Halbleiterschaltern erreicht werden. Während alle Instrumente Einzelpotentialmessungen anbieten, ermöglichen die meisten von ihnen auch differenzierte Messungen zwischen zwei Elektroden, einschließlich Optionen zur Auswahl zwischen verschiedenen Paaren über die Software.

Frontend-Verbindungen stehen über eine Auswahl von Kabelanschlüssen mit Bananensteckern, Miniatur-DSUB oder koaxialen Standards wie MCX als Standardoptionen zur Verfügung. Sciospec bietet auch Anschlussoptionen in Edge-Card-Varianten, die eine hochflexible Konnektivität durch kundenspezifisch gefertigte Anschlusskarten (z.B. Sensorträger oder maßgeschneiderte Kabelsätze) ermöglichen.
Die Instrumente bieten Kommunikation über Ethernet, High-Speed-USB, isoliertes Full-Speed-USB, WLAN und Bluetooth als Optionen. Durch die Integration des optionalen medizinischen Isolationsmoduls sind auch Low-Level-GPIOs eine weitere Option zur Steuerung des Instruments über UART, SPI und Parallelschnittstelle sowie schnelle Hardwaresynchronisation über Sync-Ports. Die Sciospec-COM-Interface-API ist auf allen diesen Schnittstellen verfügbar und ermöglicht die volle Instrumentensteuerung von Java, Python, C, LabView, Matlab usw. Eine Standardsoftware für PC-basierte Steuerung und Datenanalyse einschließlich Bildrekonstruktion für Standardkonfigurationen ist ebenfalls enthalten. Beispielcode für die Integration von EIDORS ist verfügbar.
Erweiterte Optionen wie EKG-Synchronisation oder EIT-synchrone Stimulatoren eröffnen eine ganze Welt bahnbrechender neuer Forschungsanwendungen. Um das EIT-Produktangebot zu vervollständigen, stehen zusätzliche Optionen wie medizinische Netzteile, elektrische Sicherheits-AC-Kopplungs-Frontends, EIT-Phantome, EIT-Tanks, EIT-Gürtel, Kabel, Sensoradapter, Temperaturregelung und IO-Module zur Verfügung. Für fortgeschrittenere nicht standardmäßige Konfigurationen bietet Sciospec Anpassungen an. Unsere EIT-Technologie ist auch als OEM-Module für die Integration in anwendungsspezifische Systeme erhältlich.

impedance tomographie messurement
EIT 128 Impedanztomografie

EIT-Instrumentierung – worauf Sie achten sollten

Im Allgemeinen arbeiten Instrumente für die elektrische Impedanztomographie nach ähnlichen Prinzipien wie Impedanzanalysatoren, und dieselben Parameter sind zu beachten. Bei der Auswahl von Messaufbauten zur Impedanzmessung sind die wichtigsten Kennwerte die Frequenz- und Impedanzmessbereiche, Genauigkeit, Geschwindigkeit und Punkte pro Messdurchlauf. Ebenso wichtig sind die Anforderungen des Testaufbaus, wie die 2-, 3- oder 4-Elektroden-Konfiguration, die Bias-Steuerung und die Skalierbarkeit – insbesondere bei Mehrkanal- oder Hochdurchsatzproblemen. Da die meisten EIT-Anwendungen eine besondere Sorgfalt beim Kontaktieren eines Messobjektes erfordern, sind auch die Schnittstellen- und Erweiterungsmöglichkeiten der Instrumente zu berücksichtigen.
Daraus abgeleitet gibt es einige wesentliche Parameter, die typischerweise zur

Spezifikation eines EIT-Instruments verwendet werden:

Bildrate (frame rate) – die “Geschwindigkeit” oder “Wiederholungsfrequenz”, mit der Sie das aus der EIT abgeleitete Bild aktualisieren können – normalerweise in Bildern pro Sekunde (fps – frames per second) gemessen. Das ist ein sehr komplexer Parameter, der hauptsächlich von den Messeinstellungen (Frequenzen und Integrationszeiten) und dem Injektionsmuster abhängt. Mehr Injektionspaare pro Frame verlangsamen die Messung. Ein Instrument mit schneller Umschaltung der Injektionsmatrix und so vielen parallelen Messungen wie möglich erhöht die maximale mögliche Bildrate.

Bandbreite oder Frequenzbereich – der Bereich der Frequenzen, der für die EIT-Messungen verwendet werden kann.

Port- oder Kanalanzahl – Typischerweise werden für eine EIT-Messung nicht weniger als 8 Elektroden verwendet. Die gängigeren Konfigurationen verwenden 16 oder 32 Elektroden, und heutzutage können komplexere Setups auch 256 oder mehr Elektroden umfassen (z. B. in Mehrschichtanordnungen und 3D-EIT-Szenarien). Es ist sehr wichtig zu beachten, dass die Verwendung von mehr Elektroden auch bedeutet, dass mehr Messungen pro Frame erforderlich sind. Um die Skalierung so mühelos wie möglich zu gestalten, verfügen Sciospec EIT-Systeme über eine vollständig parallele Datenerfassung. Auf diese Weise dauert eine EIT-Messung mit 32 Injektionspaaren genauso lange mit 256 Messports wie mit nur 32 Ports. Praktisch geht jedoch oft eine höhere Elektrodenanzahl auch mit einer höheren Anzahl von Injektionspaaren einher, und somit besteht immer noch eine Abhängigkeit der maximalen Bildrate.

Darüber hinaus sollten berücksichtigt werden:

– Die Spezifikationen des Anregungssignals, insbesondere den Sollwert und die Compliance-Bereiche sowohl für Strom als auch für Spannung oder Frequenzauflösung und Genauigkeit.

– Mehrfrequenzfähigkeiten und Sweep-Einstellungen
Wenn Sie EIT in einem medizinischen Forschungsumfeld verwenden möchten, stellen Sie sicher, dass auch die Verfügbarkeit von medizinischen Sicherheitsmaßnahmen und Spezifikationen überprüft wird. Zum Beispiel sind die Sciospec EIT-Produkte in einer speziellen medizinischen Forschungsvariante erhältlich, die ein vollständig ISO 60601-1-konformes Sicherheitskonzept enthält.

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