1 Einführung Die Impedanzspektroskopie zieht die passiven elektri- schen Eigenschaften von biologischem Gewebe und von Organen über deren frequenzabhängiges Verhalten nichtinvasiv zur Analyse heran. Dabei wird die charakteri- stische Systemantwort ausgewertet, die jedes biologische Gewebe unter Einwirkung eines eingeprägten elektri- schen Feldes variierender Frequenz zeigt. Variationen dieser Systemantwort lassen sich eindeutig auf physiologische, pathologische oder externe Einflüsse (z.B. Temperatur) zurückführen, die sich auf die Leit- fähigkeit des intra- bzw. des extrazellulären Raums oder die kapazitiven Eigenschaften der Zellmembranen aus- wirken und damit die frequenzabhängige Systemantwort des Gewebes beeinflussen. Diese Variationen können über die Impedanzspektroskopie nichtinvasiv detektiert und diagnostisch verwertet werden. Dabei ist der Fre- quenzbereich von 1 kHz bis 1 MHz diagnostisch beson- ders interessant, da sich dort Veränderungen in der Ge- webestruktur abbilden (Maxwell-Wagner-Effekt, β-Disper- sion) [1]. Das grundlegende Meßprinzip beruht auf der Einprä- gung eines nach Betrag und Phase bekannten sinusförmi- gen, frequenzvariablen Stroms I über zwei Elektroden und die Messung der durch die komplexe Leitfähigkeit σ des Gewebes resultierenden, komplexen Potentialdiffe- renz U über weitere Elektrodenpaare. Aus diesen Größen läßt sich dann die Impedanz Z der Probe bestimmen und durch geeignete Modelle parametrisieren (z. B. Cole-Co- le [2]). Die Anwendungen der Impedanzspektroskopie liegen in der Charakterisierung von Gewebearten und in der Er- kennung pathologischer Gewebeveränderungen. Als Monitoring-Verfahren hat sich die Impedanzspek- troskopie bewährt, beispielsweise für die Bestimmung fortschreitender Ischämiereaktionen bei Transplantaten (Vitalitätskontrolle) [3] oder bei der Überwachung der Abstoßungsreaktion bei Implantaten (Rejektionsanalyse) [4]. Des weiteren gibt es Ansätze, die Impedanzspektro- skopie bei der Überwachung des Heilungsprozesses ober- flächennaher Wunden [5] oder der Hyperthermie-basier- ten Tumortherapie einzusetzen [6]. Eine wichtige An- wendung liegt heute in der Bestimmung des Wasser- und Fettgehaltes von Geweben [7, 8, 9]. Umfassende Beschrei- bungen der Einsatzfelder im Bereich der Medizin, der Biophysik und der Biotechnologie finden sich bei Pethig und Kell [10] sowie bei Riu et al. [11]. Biomedizinische Technik · Band 49 · Heft 7-8/2004 194 Verbesserung der Messgenauigkeit bei der Multikanal-Impedanz-Spektroskopie Biomed. Technik, 49 (2004), 194–198 F. Thiel, C. Hartung Methode zur Verbesserung der Meßgenauigkeit bei der Multikanal-Impedanz-Spektroskopie (MIS) A method for Improving Measuring Accuracy in Multi-channel Impedance Spectroscopy (MIS) Institut für Biomedizinische Technik und Krankenhaustechnik, Medizinische Hochschule Hannover Unterstützt von DLR/BMBF (50 TK 9804) Dieser Beitrag stellt einen zusammenfassenden Auszug aus der Dissertationsschrift „Bioimpedanz-Analysator zur nichtinvasiven Funktions- und Zustandsanalyse von Organen und Gewebe“ dar (Thiel 2003), die am 06. 03. 03 vom Fachbereich Elektrotechnik der Universität Hannover genehmigt wurde. Schlüsselwörter: Multikanalsystem, nichtinvasiv, Bioimpedanz, Impe- danzspektroskopie Bei der Anwendung der Impedanzspektroskopie an biologischen Ob- jekten sind eine Vielzahl von Einflußgrößen zu beachten, die die Meß- genauigkeit beeinträchtigen. Hier wird eine Methode vorgestellt, die speziell bei der Anwendung von Multikanal-Systemen den nicht uner- heblichen Einfluß der Frequenzgangsvariation der verwendeten Kanäle verringert und so die Meßgenauigkeit deutlich verbessert. Die Methode wird hier an einem kürzlich entwickelten, hochauflösenden, mehrkanaligen System durchgeführt. Die Verringerung des absoluten Meßfehlers wird nachgewiesen und die Betrags- und Phasenauflö- sung bestimmt. Der entscheidende Vorteil dieser Methode liegt in der Nutzung für bereits bestehende Systeme. Darüber hinaus kann auf eine zusätzliche Kalibrierimpedanz verzichtet werden. Key Words: Multichannel system – Non-invasive – Bio-impedance – Impedance-spectroscopy The use of impedance spectroscopy as a diagnostic tool for the inve- stigation of biological objects involves the consideration of numerous parameters impacting on measuring accuracy. This paper describes a calibration method for multichannel instru- ments that reduces the non-inconsiderable influence of frequency re- sponse variations between the channels, thus significantly increasing measuring accuracy. The method is tested in a recently developed, high-resolution, multi-channel bio-impedance analyser. Reduction of the measuring error is demonstrated, and the magnitu- de and phase resolution is quantified. The advantage of this method lies in its applicability to existing systems. Furthermore, an additional calibration impedance is not needed.