CH713098A2 - Vorrichtung und Verfahren zur Ermittlung einer axialen Position einer Elektrodenanordnung zur Elektro-Impedanz-Tomographie. - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zur Ermittlung einer axialen Position einer Elektrodenanordnung zur Elektro-Impedanz-Tomographie. Download PDF

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Abstract

Eine Vorrichtung (1) zur Elektro-Impedanz-Tomographie (30) mit einer Elektrodenanordnung mit einer zueinander beabstandet angeordneten Vielzahl von Elektroden (33), einer Signaleinspeisungs-Einheit (51) und einer Signalerfassungs-Einheit (50), einer Berechnungs- und Steuerungseinheit (70) ist ausgestaltet, eine Situation mit einem axialen Versatz der Elektrodenanordnung an einem Brustkorb (34) eines menschlichen Lebewesens zu ermitteln und ein Steuersignal (79) bereitzustellen, welches die Situation mit axialem Versatz der Elektrodenanordnung indiziert. Die Berechnungs- und Steuerungseinheit (70) kann als zentrale Einheit oder eine Anordnung von verteilten Einheiten (Cloud-Computing) ausgebildet sein, um den axialen Versatz zu ermitteln und bereitzustellen.

Description

Beschreibung [0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Elektro-lmpedanz-Tomographie mit einer Ermittlung einer axialen Position einer, der Elektro-lmpedanz-Tomographie-Vorrichtung zugeordneten Elektrodenanordnung.
[0002] Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung zur Elektro-lmpedanz-Tomo-graphie mit einer Ermittlung einer axialen Position einer, der Elektro-lmpedanz-Tomographie-Vorrichtung zugeordneten Elektrodenanordnung.
[0003] Aus dem Stand der Technik sind Vorrichtungen zur Elektro-lmpedanz-Tomographie (EIT) bekannt. Diese Vorrich-tungen sind dazu ausgestaltet und vorgesehen, aus mit Hilfe von Elektro-lmpedanz-Messungen gewonnenen Signalen und daraus gewonnenen Daten und Datenströmen ein Bild, mehrere Bilder oder eine kontinuierliche Bildfolge zu erzeugen. Diese Bilder oder Bildfolgen zeigen Unterschiede in der Leitfâhigkeit verschiedener Körpergewebe, Knochen, Haut, Kör-perflüssigkeiten und Organe, insbesondere der Lunge auf, die zu einer Beobachtung der Patientensituation dienlich sind.
[0004] So beschreibt die US 6 236 886 einen elektrischen Impedanz-Tomographen mit einer Anordnung mehrerer Elek-troden, Stromeinspeisung an mindestens zwei Elektroden, Signalerfassung an den anderen Elektroden und ein Verfahren mit einem Algorithmus zur Bildrekonstruktion zur Ermittlung der Verteilung von Leitfâhigkeiten eines Körpers, wie Knochen, Haut und Blutgefàsse in einer prinzipiellen Ausgestaltung mit Komponenten zur Signalerfassung (Elektroden), Signalver-arbeitung (Verstàrker, A/D-Wandler), Stromeinspeisung (Generator, Spannungs-Strom-Wandler, Strombegrenzung) und Komponenten zur Steuerung.
[0005] In der US 5 807 251 wird ausgeführt, dass es bei der klinischen Anwendung der EIT bekannt ist, einen Satz von Elektroden bereitzustellen, welche in einem bestimmten Abstand voneinander beispielsweise um den Brustkorb eines Pa-tienten in elektrischem Kontakt mit der Haut angeordnet werden. Für ein elektrisches Strom- oder Spannungs-Eingangs-signal wird jeweils abwechselnd zwischen verschiedenen oder allen der möglichen Paare von Elektroden zueinander be-nachbart angeordneter Elektroden anzulegen. Wâhrend das Eingangssignal an eines der Paare zueinander benachbart angeordneter Elektroden angelegt wird, werden die Ströme oder Spannungen zwischen jedem zueinander benachbarten Paar der übrigen Elektroden gemessen und die erhaltenen Messdaten auf bekannte Weise verarbeitet, um eine Darstel-lung der Verteilung des spezifischen elektrischen Widerstands über einen Querschnitt des Patienten, um den der Elektro-denring angeordnet ist, zu erhalten und auf einem Bildschirm anzuzeigen.
[0006] Die Elektro-lmpedanz Tomographie (EIT) hat, im Unterschied zu anderen bildgebenden radiologischen Verfahren (Röntgengerâte, radiologische Computer-Tomographen), den Vorteil, dass eine für den Patienten nachteilige Strahlungs-belastung nicht auftritt. Im Unterschied zu sonografischen Verfahren kann mit dem EIT eine kontinuierliche Bilderfassung über einen repràsentativen Querschnitt des gesamten Thorax und der Lunge des Patienten mit Hilfe des Elektrodengürtels vorgenommen werden. Zusâtzlich entfâllt die Notwendigkeit der Verwendung eines Kontaktgels, das vor jeder Untersu-chung aufgetragen werden muss. Die Elektro-lmpedanz Tomographie (EIT) bietet damit den Vorteil, eine kontinuierliche Überwachung der Lunge zu ermöglichen, um einen Therapieverlauf eines maschinell-beatmeten oder spontan-atmenden Patienten zu beobachten und zu dokumentieren.
[0007] Mittels einer Elektrodenanordnung um den Brustkorb eines Patienten mit einem EIT-Gerât, wie sie beispielsweise aus der US 5 807 251 bekannt ist, wird eine Impedanzmessung am Brustkorb vorgenommen und aus den Impedanzen ein Abbild der Lunge des Patienten mittels einer Umrechnung auf die Geometrie des Brustkorbs erzeugt.
[0008] Mit einer Anzahl von insgesamt beispielsweise 16 um den Brustkorb eines Patienten angebrachten Elektroden kann eine EIT-Vorrichtung in einem Umlauf von Stromeinspeisungen an jeweils zwei Elektroden und Aufnahme von Span-nungs-Messwerten (EIT-Messsignalen) an den übrigen Elektroden ein Abbild der Lunge von 32 x 32 Bildpunkten erzeu-gen. Dabei wird an den 16 Elektroden eine Anzahl von 208 Impedanz-Messwerten an den Elektroden erfasst. Aus diesen 208 Impedanz-Messwerten ergibt sich dann mit der EIT-Bild-Rekonstruktion eine Menge von 1024 Bildpunkten.
[0009] Die Elektroden sind zur Durchführung der Elektro-lmpedanz Tomographie (EIT) in einer horizontalen Anordnung rund um den Thorax eines Lebewesens herum und einen Bereich der Lunge des Lebewesens umfassend angeordnet. Das ergibt eine Lage in der Ebene der Elektrodenanordnung, welche als eine thorakal-axiale Position der Elektrodenanordnung am Umfang der Transversalebene des Körpers bezeichnet werden kann.
[0010] Bei Verwendung eines Elektrodengürtels als Elektrodenanordnung, in oder an welchem die Elektroden an festen Positionen mit definiertem Abstand zueinander angeordnet und gehalten sind, sind die Möglichkeiten für Abweichungen in der vertikalen Position zwischen benachbarten Elektroden zueinander am Brustkorb vergleichsweise gering. Damit spielt bei der Positionierung des Elektrodengürtels am Brustkorb ein vertikaler Versatz bei der Bildrekonstruktion, bei welcher ein horizontales Schnittbild durch den Brustkorb, als sogenannte dorsale Ansicht, ermittelt wird, eine vergleichsweise ge-ringe Rolle. Das horizontale Schnittbild wird dabei nur um wenige Grad geneigt abgebildet. Zudem ergeben sich bei der elektrischen Einspeisung an den Elektroden nicht nur elektrische Felder in der Schnittebene selbst, sondern auch in Be-reiche oberhalb und unterhalb von ungefâhr 5 bis 10 Zentimetern der Schnittebene, welche in jedem Fall dann mit in die Impedanzmessungen einfliessen. Daher ist im Tidalbild die nur in geringem Mass mögliche Neigung des Elektrodengür-tels als Effekt so gut wie nicht wahrnehmbar. Ausserdem kann eine vergleichsweise reproduzierbare und reprâsentative horizontale Lage des Elektroden Gürtels in der Anwendung durch eine Orientierung an den Rippenbögen erreicht werden, so dass mögliche Fehler bei der horizontalen Anbringung des Elektrodengürtels am Brustkorb eher selten vorkommen.
[0011] Im Unterschied dazu ist die horizontale Position der Elektroden dahingehend von Bedeutung, dass für der Erzeu-gung der dorsalen Ansicht die physiologisch erwartete, von der idealen runden Kreis- bzw. Zylinderform abweichende, nahezu elliptische Geometrie des Brustkorbs dahingehend von Bedeutung ist, dass für eine Einbeziehung der elliptischen Form in die Bildrekonstruktion Informationen darüber erforderlich sind, an welcher Position, also vorn (Brustbein), seitlich (Rippenbögen) oder hinten (Wirbelsâule) welche Elektrode am Brustkorb angebracht ist. Verschiedene Arten von Lebe-wesen, welchen gemein ist, dass bei ihnen ein Gasaustausch mit Hilfe einer Lungenatmung geschieht, weisen jeweils für sich typische Umfangsformen in der die Lunge umgebenden Körperstruktur (Muskulatur, Skelett, Organe, Körpergewebe, Haut) auf. Eine Abweichung der Form des Brustkorbs von einer idealen kreisrunden Form ist beispielsweise bei mensch-lichen Lebewesen dahingehend prinzipiell gegeben, dass die typische Umfangsform im Regelfall eher elliptisch als kreis-rund ausgeprâgt ist. Bei anderen Lebewesen, wie Pferden, Hunden, Schweinen Nagetieren oder Vögeln ergeben sich je nach Tierart andere typische Ausprâgungen der Umfangsformen. Insofern ist der Gedanke der vorliegenden Erfindung mit der Vorrichtung zur Elektro-lmpedanz-Tomographie mit einer Ermittlung einer Position einer, der Elektro-lmpedanz-To-mographie-Vorrichtung zugeordneten Elektrodenanordnung nicht nur für die Anwendung der Elektro-lmpedanz-Tomogra-phie bei menschlichen Lebewesen, sondern auch auf eine weite Artenvielfalt der Tierwelt übertragbar. Bei menschlichen Lebewesen weist insbesondere der Bereich der bei der Elektro-lmpedanz Tomographie (EIT) zum Einsatz kommenden Elektrodenebene, also der Ebene im horizontalen Schnitt durch den Thorax ungefâhr im Bereich des dritten, vierten, fünf-ten Rippenbogens, wie auch des fünften, sechsten, siebten Brustwirbels eine im Wesentlichen elliptische Umfangsform (Ellipsoid) im Bereich des Oberkörpers und des Brustkorbs auf. Neben der geometrischen Form mit einem anatomisch vorgegebenen elliptischen Ausgestaltungsbereich, gibt es weitere charakteristische Merkmale, welche Einfluss auf die mittels EIT gemessene Impedanz, Impedanzunterschiede und die Impedanzverteilung hat und sich bei der Bildrekonstruk-tion zur Darstellung der Belüftung der Lunge in einer Transversalansicht auswirken, bzw. bei der mathematisch-algorith-misch angewendeten Art und Weise der Bildrekonstruktion eine Berücksichtigung finden. So sind neben der Lunge, mit im Rhythmus des Herzschlags durchbluteten und im Rhythmus des Atemzyklus belüfteten Bereichen, dem Herzen, mit im Wesentlichen im Rhythmus des Herzschlags, jedoch gleichsam dauerhaft gleichartig durchbluteten Bereichen, in dieser Elektrodenebene zudem Elemente des Skeletts, im vorderseitigen Bereich des Oberkörpers das Brustbein und im rück-seitigen Bereich die Wirbelsâule angeordnet, deren Impedanzen beide unbeeinflusst von Durchblutung und Atemzyklus sind. Sowohl das Brustbein, als auch insbesondere die Wirbelsâule weisen vielmehr eine von diesen und übrigen Berei-chen (Herz, Haut, Lunge, Gewebe) in der Elektrodenebene abweichende und im Wesentlichen konstante Impedanz auf.
[0012] Mittels der sogenannten Exzentrizitât lâsst sich eine Ellipse als eine geschlossene ovale Form als Abweichung zu einer kreisrunden Form als dimensionslose Zahl beschreiben.
[0013] Die Exzentrizitâtbeschreibtdabei das Verhâltnis derbeiden senkrechtzueinanderstehenden Halbachsen. Im Falle eines Kreis sind beide Halbachsen von identischer Lânge, eine Ellipse ist durch eine kürzere Halbachse und eine, - im Vergleich zur kürzeren Halbachse,- làngere Halbachse von unterschiedlichen Làngen definiert. Es ergeben sich bedingt durch die elliptische Form und je nach deren Exzentrizitât unterschiedliche Abstànde zwischen einspeisenden Elektroden und gegenüberliegend messenden Elektroden, abhângig davon, ob entlang der Frontalebene des menschlichen Körpers die Einspeisung am vorderseitigen Bereich mit Messung am rückseitigen Bereich, bzw. Einspeisung am rückseitigen Be-reich mit Messung am vorderseitigen Bereiche erfolgt oder, ob entlang der Querachse des menschlichen Körpers die Einspeisung an der linken Körperseite mit Messung an der rechten Körperseite, bzw. die Einspeisung an der rechten Kör-perseite mit Messung an der linken Körperseite erfolgt. Die beiden Konstellationen von Einspeisungen/Messungen jeweils gegenüberliegend an linker/rechter Körperseite stellen bei der elliptischen Umfangsform des menschlichen Körpers Ein-speisungen/Messungen an der làngeren Halbachse dar und die beiden Konstellationen von Einspeisungen/Messungen jeweils gegenüberliegend an Körpervorderseite/Körperrückseite stellen bei der elliptischen Umfangsform des menschli-chen Körpers Einspeisungen/Messungen an der kürzeren Halbachse dar. Lediglich bei einem kreisrunden Umfang, wie beispielsweise bei einem Schwein, wirken sich die Form und die daraus resultierenden Unterschiede in den Abstânden zwischen einspeisenden und gegenüberliegend messenden Elektroden nicht aus. In diesem Fall bewirken jedoch zumin-dest die Elemente des Skeletts oder der Organe noch Unterschiede in den Impedanzen zwischen einspeisenden Elektro-den und gegenüberliegend messenden Elektroden.
[0014] Ein praxisnahes Beispiel soll den Einfluss verdeutlichen, wie sich eine axiale Verdrehung eines in horizontaler Position angebrachten Elektrodengürtels auswirkt.
[0015] Ein seitlicher, bzw. axialer Versatz des Elektrodengürtels mit einer Anzahl von 16 Elektroden in der horizontalen Ausrichtung um den Brustkorb um einen Abstand einer Elektrode ergibt bei einem Patienten mit einem durchschnittlichen Durchmesser des Brustkorbs von 0,80 m eines Menschen einen Unterschied von der vorgegebenen und erwarteten Aus-richtung von ungefâhr 0,05 m, entsprechend einem Verdrehungswinkel von 22,5°. Bei einer Anzahl von 32 Elektroden reduziert sich der Unterschied entsprechend auf ungefâhr 0,025 m, entsprechend einem Verdrehungswinkel von 12,25°.
[0016] In der WO 2015/048 917 A1 ist ein System zur elektrischen Impedanztomographie gezeigt. Das EIT-System ist geeignet, elektrische Eigenschaften einer Lunge eines Patienten als Impedanzen zu erfassen. Dazu werden mittels Span-nungs-oder Stromeinspeisung zwischen zwei oder mehr Elektroden und einer Signalerfassung an einer Elektrodenan-ordnung Impedanzwerte bzw. Impedanzànderungen der Lunge erfasst und mittels Datenverarbeitung weiter verarbeitet. Die Datenverarbeitung umfasst einen Rekonstruktionsalgorithmus mit einem Datenprozessor, um die elektrischen Eigen-schaften aus den Impedanzen zu ermitteln und zu rekonstruieren. Bei der Rekonstruktion der elektrischen Eigenschaften aus den erfassten Messdaten wird ein anatomisches Modell aus einer Vielzahl von anatomischen Modellen auf Basis biometrischer Daten des Patienten ausgewâhlt und die Rekonstruktion der EIT-Bilddaten auf Basis des anatomischen Modells bzw. der biometrischen Daten angepasst. Diese Anpassung erfordert, dass vom Anwender biometrische Daten in das System eingegeben werden. Unter biometrischen Daten sind dabei Alter, Geschlecht, Grösse wie auch ein Brust-korbumfang des Patienten einzugeben. Das bedeutet, dass vor Beginn der Messung mit dem Elektroimpedanz-Tomogra-phiesystem Randbedingungen durch den Anwender einzugeben sind, um ein geeignetes Rekonstruktionsmodell, welches auf einem gewâhlten anatomischen Modell basiert, auswâhlen und anwenden zu können.
[0017] Für den Betrieb von Elektroimpedanz-Tomographiesystemen ist es in vielen Anwendungssituationen nicht unbe-dingt vorteilhaft, vor Beginn der Anwendung eine Vielzahl von Patientendaten messen oder erfassen und eingeben zu müssen. Insbesondere das Erfordernis von Daten, welche sich auf die Eigenschaften des Körpers wie Thorax-Umfang, Grösse und Gewicht beziehen, setzt voraus, dass die in dem Gerât hinterlegten anatomischen Modelle auch für eine Vielzahl von Patienten anwendbar sind.
[0018] Daneben wird durch die WO 2015/048 917 A1 das Problem, wie der Elektrodengürtel am Körper angelegt bzw. positioniert ist, nicht adressiert. Auch durch eine Eingabe von biometrischen Daten des Patienten ist es nicht möglich, eine horizontale Lage des Gürtels, wie auch insbesondere nicht eine axiale Verdrehung oder Verschiebung um die senkrechte Körperachse (longitudinale bzw. sagittale oder frontale Körperebene) zu bestimmen. Damit verbleibt die korrekte Positio-nierung des Elektrodengürtels, trotz der Anwendung anatomischer Modelle und Berücksichtigung biometrischer Daten in der Verantwortung des Anwenders.
[0019] Die vorliegende Erfindung hat sich in Kenntnis der zuvor beschriebenen Nachteile des bekannten Standes der Technik zur Aufgabe gestellt, eine, zu einer Bildgebung der Lunge geeignete Vorrichtung zur Elektro-lmpedanz-Tomogra-phie (EIT) mit einer, der Elektro-lmpedanz-Tomographie-Vorrichtung zugeordneten Elektrodenanordnung anzugeben, die es ermöglicht, einen axialen Versatz der Elektrodenanordnung oder eine axiale Verdrehung a der Elektrodenanordnung zu bestimmen.
[0020] Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine, zu einer Bildgebung der Lunge geeignete Vorrichtung zur Elektro-lmpedanz-Tomographie (EIT) mit einer, der Elektro-lmpedanz-Tomographie-Vorrichtung zugeordneten Elek-trodenanordnung anzugeben, die es ermöglicht, den seitlichen Versatz einzelner Elektroden der Elektrodenanordnung oder die axiale Verdrehung a der Elektrodenanordnung bei einer Ermittlung und Bildgebung eines Tidalbildes der Lunge zu berücksichtigen.
[0021] Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zu einem Betrieb einer zu einer Bildgebung der Lunge geeigneten Vorrichtung zur Elektro-lmpedanz-Tomographie (EIT) anzugeben, welches eine Ermittlung eines axialen Versatzes der Elektrodenanordnung oder eine axiale Verdrehung a der Elektrodenanordnung ermöglicht.
[0022] Diese und weitere Aufgaben werden durch die beiliegenden, unabhângigen Patentansprüche gelöst.
[0023] Gemâss einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
[0024] Gemâss einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Pa-tentanspruchs 10 gelöst.
[0025] Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und werden in derfolgenden Beschreibung unter teilweiser Bezugnahme auf die Figuren nâher erlâutert.
[0026] Des Weiteren kann das Verfahren auch als Computerprogramm oder Computerprogrammprodukt bereitgestellt werden, so dass sich der Schutzumfang der vorliegenden Anmeldung ebenfalls auf das Computerprogrammprodukt und das Computerprogramm erstrecken.
[0027] Zu Beginn werden einige der im Rahmen dieser Patentanmeldung verwendeten Begrifflichkeiten nàher erlàutert.
[0028] Als Betrachtungszeitraum ist im Sinne der vorliegenden Erfindung ein Zeitabschnitt in einem zeitlichen Verlauf zu verstehen. Beginn und Ende eines solchen Betrachtungszeitraums sind entweder durch feste oder anpassbare Zeitpunkte oder durch Ereignisse gegeben, welche durch die Eigenschaften von Atmung oder Beatmung gegeben sind. Beispiele für Betrachtungszeitrâume, welche sich an Atmung oder Beatmung orientieren, sind ein Atemzyklus, mehrere Atemzyklen, Teile von Atemzyklen, wie Einatmung (Inspiration), Inspiratorische Pause, Ausatmung (Exspiration), Exspiratorische Pau-se.
[0029] Unter EIT-Messsignalen sind im Sinne der vorliegenden Erfindung folgende Signale oder Daten zu verstehen, welche mit einem EIT-Gerât mittels einer Gruppe von Elektroden oder mittels eines Elektrodengürtels erfassbar sind. Da-zu zàhlen EIT-Messsignale in unterschiedlicher Signalausprâgung, wie elektrische Spannungen oder Spannungs-Mess-signale, elektrische Ströme oder Strom-Messsignale, zugeordnet zu Elektroden oder Gruppen von Elektroden oder zu Positionen von Elektroden oder Gruppen von Elektroden am Elektrodengürtel, wie auch aus Spannungen und Strömen abgeleitete elektrische Widerstands-oder Impedanz-Werte.
[0030] Unter einem Messumlauf wird im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Signal-Einspeisung an zwei einspeisen-den Elektroden, einem sogenannten Einspeise-Elektrodenpaar verstanden, bei der an anderen, von diesen beiden ein-speisenden Elektroden verschiedenen Elektroden Erfassungen von EIT-Messsignalen vorgenommen werden.
[0031] Unter einem Messzyklus wird im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Abfolge von Einspeisungen an mehreren Einspeise-Elektrodenpaaren mit jeweils einem zugehörigen Messumlauf an den übrigen Elektroden verstanden. Ein sol-cher Messzyklus wird dabei typischer Weise bei einer Verarbeitung von EIT-Daten als ein sogenannter «Frame» oder «Time-Frame» bezeichnet.
[0032] Bei einem EIT-System mit einer Anzahl von 16 Elektroden mit Verwendung eines benachbarten Datenerfassungs-modus ergibt sich in einem Messzyklus, d.h. in einem «Time-Frame» eine Anzahl von 208 Messsignalen.
[0033] Ein Messumlauf als ein Teil des Messzyklus wird dementsprechend typischer Weise als ein «Partial-Frame» bei der Verarbeitung von EIT-Daten bezeichnet. Bei einem EIT-System mit einer Anzahl von 16 Elektroden mit Verwendung eines benachbarten Datenerfassungsmodus ergibt sich in einem Messumlauf, d.h. in einem «Partial-Frame» eine Anzahl von 13 Messsignalen.
[0034] Die Verwendung des benachbarten Datenerfassungsmodus besagt, dass in einem Messumlauf die bei Einspei-sung an zwei benachbart positionierten Elektroden als Einspeise-Elektrodenpaar 13 Messsignale von jeweils zwei be-nachbart positionierten Elektroden als Mess-Elektrodenpaar erfasst werden und in einem Messzyklus mit Rotation des Einspeise-Elektrodenpaares sich mit den 16 Messzyklen für jedes Mess-Elektrodenpaar dann 16 Messsignale ergeben.
[0035] Unter einem EIT-Messkanal wird im Sinne der vorliegenden Erfindung eine eindeutige Zuordnung oder Konstella-tion von jeweils zwei signaleinspeisenden Elektroden und von den zwei signaleinspeisenden Elektroden verschiedenen zwei signalerfassenden Elektroden aus einer Vielzahl von Elektroden verstanden. Die Vielzahl von Elektroden wird als Bestandteil der Vorrichtung zur Elektro-lmpedanz-Tomographie durch eine Elektrodenanordnung, beispielsweise ausge-führt als ein um den Thorax eines Patienten angebrachter Elektrodengürtel mit einer bestimmten Anzahl von Elektroden ausgeführt. Beispielhafte Anzahlen von Elektroden im Elektrodengürtel sind 16,32 oder64 Elektroden. Es ergibtsich eine Vielzahl von EIT-Messkanâlen, welche unterschiedliche Zuordnungen oder Konstellationen von einerseits einspeisenden und andererseits davon verschiedenen messenden Elektroden umfassen. Die EIT-Messkanâle werden vorzugsweise in Form einer Index-basierten Weise adressiert und die auf den EIT-Messkanâlen erfassten Daten werden vorzugsweise in Form von indizierten Vektoren, indizierten Datenfeldern oder indizierten Matrizen adressiert, gespeichert und zur weite-ren Verarbeitung (Vektor-Operationen, Matrix-Operationen) bereitgehalten. Bei einem EIT-System mit einer Anzahl von 16 Elektroden mit Verwendung eines benachbarten Datenerfassungsmodus ergeben sich 208 EIT-Messkanâle, wobei ein Messkanal jeweils als eine eindeutige Zuordnung eines Einspeise-Elektrodenpaares und eines Mess-Elektrodenpaa-res definiert ist. Im benachbarten Datenerfassungsmodus werden jeweils zwei benachbarte Elektroden der Vielzahl von Elektroden zur Einspeisung genutzt und benachbarte zwei der übrigen Elektroden aus der Vielzahl von Elektroden zur Signalerfassung genutzt.
[0036] Gemâss eines ersten Aspektes der Erfindung wird eine erfindungsgemâsse Vorrichtung bereitgestellt.
[0037] Die erfindungsgemâsse Vorrichtung zur Elektro-lmpedanz-Tomographie zu einer Ermittlung einer Situation, wel-che einen axialen Versatz und/oder einen Verdrehungswinkel α einer, der Vorrichtung zur Elektro-lmpedanz-Tomographie zugeordneten und am Thorax eines Patienten horizontal angeordneten Elektrodenanordnung, indiziert, weist - eine Elektrodenanordnung - eine Signaleinspeisungs-Einheit - eine Signalerfassungs-Einheit - eine Berechnungs- und Steuerungseinheit auf.
[0038] Die Elektrodenanordnung weist eine Vielzahl von Elektroden auf, welche zueinander beabstandet am Körperum-fang im Bereich des Thorax eines Lebewesens angeordnet sind. Die Elektrodenanordnung ist an oder um den Thorax eines Patienten horizontal angeordnet. Mindestens zwei der Elektroden der Elektrodenanordnung sind zu einer Einspei-sung eines Wechselstromes oder einer Wechselspannung ausgebildet, mindestens zwei der übrigen Elektroden der Elek-trodenanordnung sind zu einer Erfassung von Messsignalen ausgebildet.
[0039] Die Signaleinspeisungs-Einheit ist ausgestaltet und dazu vorgesehen, in einem jedem Messumlauf eines Messzy-klus ein elektrisches Einspeisesignal an jeweils zwei zyklisch und in einem Messzyklus variierend einspeisenden Elektro-den einzuspeisen. Vorzugsweise erfolgt eine Einspeisung eines Wechselstromes an den einspeisenden Elektroden.
[0040] Die Signalerfassungs-Einheit ist ausgestaltet und dazu vorgesehen, eine Vielzahl von Messsignalen der Vielzahl von Elektroden in jedem der Messumlâufe des Messzyklus zu erfassen und der Berechnungs- und Steuerungseinheit, wie auch einer Datenspeicherungseinheit als EIT-Messkanàle zu einer weiteren Verarbeitung bereitzustellen. Bei der vorzugs-weisen Einspeisung des Wechselstromes an den einspeisenden Elektroden ergeben sich Spannungssignale als Mess-signale jeweils an Elektrodenpaaren an der Vielzahl von Elektroden.
[0041] Die Berechnungs- und Steuerungseinheit ist zu einer Durchführung einer Verarbeitung der erfassten Vielzahl von Messsignalen der Vielzahl von Elektroden in jedem der Messumlâufe des Messzyklus ausgebildet und vorgesehen. Die Berechnungs- und Steuerungseinheit ist weiterhin zu einer Auswahl von ausgewàhlten Messsignalen als ausgewâhlte EIT-Messkanâle aus der erfassten Vielzahl von Messsignalen (EIT-Messkanàle) und zu einer Durchführung einer Verarbeitung der ausgewâhlten Messsignale ausgestaltet und vorgesehen. Der Berechnungs- und Steuerungseinheit ist die Datenspei- cherungseinheitzugeordnet, welche ausgestaltet und dazu vorgesehen ist, EIT-Messkanâle, Messsignale, aus den Mess-signalen ausgewâhlte Messsignale und Vergleichsdaten zu speichern und zu einer weiteren Verarbeitung, Adressierung, vorzugsweise organisiert in Vektoren, Datenfeldern (Matrizen) bereitzustellen. Die Berechnungs- und Steuerungseinheit ist ferner zu einer Koordination der Datenspeicherungseinheit, der Signaleinspeisungs- Einheit und der Signalerfassungs-Einheit ausgebildet. Diese Koordination geschieht derart, dass über die Vielzahl n von Elektroden (E^-.En) innerhalb jedes Messumlaufs die Paare der Signal-erfassenden Elektroden von der Berechnungs- und Steuerungseinheit rotiert wird und in jedem Messzyklus das Paar der Signal-einspeisenden Elektroden um den Thorax rotiert wird, so dass sich bei einer Anzahl von n Elektroden in einem Messumlauf (Partial-Frame) für jedes Einspeisepaar eine Anzahl von n-3 Messsignalen ergibt und sich insgesamt in einem Messzyklus (Time-Frame) eine Anzahl von n*(n-3) Messsignalen ergibt. Die Berech-nungs- und Steuerungseinheit ist vorzugsweise und beispielsweise als eine zentrale Recheneinheit (CPU, μΡ) oder An-ordnung einzelner oder mehrerer Microcontroller (pC) ausgebildet.
[0042] Die Berechnungs- und Steuerungseinheit ist erfindungsgemâss ausgebildet, mit Hilfe von ausgewâhlten Messsi-gnalen, welche von einer Auswahl von, den zwei einspeisenden Elektroden gegenüberliegenden Elektroden gewonnen werden, eine Situation, welche einen axialen Versatz und/oder einen Verdrehungswinkel α der Elektrodenanordnung am Thorax indiziert, zu ermitteln und ein Steuersignal, welches die Situation des axialen Versatzes und/oder des Verdrehungs-winkels α der Elektrodenanordnung am Thorax indiziert, zu ermitteln und bereitzustellen.
[0043] Diese von, jeweils den jeweils zwei einspeisenden Elektroden gegenüberliegenden Elektroden gewonnenen aus-gewàhlten Messsignale stellen damit sogenannte gegenüberliegende EIT-Messkanâle dar, auf denen die Ermittlung des axialen Versatzes und/oder des Verdrehungswinkels α der Elektrodenanordnung am Thorax basiert.
[0044] Die Ermittlung der Situation, welche den axialen Versatzes und/oder den Verdrehungswinkel α der Elektrodenan-ordnung am Thorax indiziert, erfolgt dadurch, dass - von der Berechnungs- und Steuerungseinheit in Zusammenwirkung mit der Datenspeicherungseinheit aus den Mess-signalen einesjeden Messumlaufs des Messzyklus als ausgewâhlte Messsignale ausgewâhlt und gespeichertwerden, welche an denjenigen, den zwei einspeisenden Elektroden am Thorax gegenüberliegend angeordneten Elektroden-paaren erfasst wurden, - von der Berechnungs- und Steuerungseinheit in Zusammenwirkung mit der Datenspeicherungseinheit in jedem Mess-zyklus jeweils Mittelwerte der jeweils ausgewâhlten Messsignale der jeweils den zwei einspeisenden Elektroden am Thorax gegenüberliegend angeordneten Elektrodenpaare der jeweils ausgewàhlten Elektroden in jedem Messumlauf bestimmt und gespeichert werden, - von der Berechnungs- und Steuerungseinheit in Zusammenwirkung mit der Datenspeicherungseinheit für jedes Elek-trodenpaar der ausgewâhlten Elektroden jeweils Verhàltnismasse (W) aus den ausgewâhlten Messsignalen und den für diese ausgewàhlten Elektroden ermittelten Mittelwerten als ein Signalverlauf (W1...W16) bestimmt werden, - von der Berechnungs- und Steuerungseinheit in Zusammenwirkung mit der Datenspeicherungseinheit ein Vergleich des Signalverlaufs (W1...W16) mit einem Vergleichssignalverlauf (W_0) durchgeführt wird, wobei der Vergleichssignal-verlauf (W_0) einen Signalverlauf repràsentiert, welcher sich bei einer korrekten Positionierung der Elektroden ohne einen axialen Versatz oder einen Verdrehungswinkel α der Elektrodenanordnung am Thorax ergibt, - von der Berechnungs- und Steuerungseinheit auf Basis des Vergleichs der axiale Versatz und/oder der Verdrehungs-winkel α der Elektrodenanordnung am Thorax ermittelt wird, - von der Berechnungs- und Steuerungseinheit ein Steuersignal erzeugt und bereitgestellt wird, welches den axialen Versatz und/oder den Verdrehungswinkel α der Elektrodenanordnung am Thorax indiziert.
[0045] Die Ermittlung der Mittelwerte auf Basis der Anzahl der ausgewâhlten Messsignale der, den einspeisenden Elek-troden gegenüberliegenden Elektroden in einem mehrere Messumlauf kann dabei als arithmetische, geometrische oder quadratische Mittelwertbildung erfolgen, wie auch als ein nichtlineare Mittelung, beispielsweise als eine Median-Filterung in Form eines «1 aus 3-Filters» oder «1 aus 5-Filters» erfolgen.
[0046] Der Vergleichssignalverlauf (W_0) repràsentiert einen Signalverlauf, welcher sich bei einer korrekten Positionie-rung der Elektroden ohne axialen Versatz oder einen Verdrehungswinkel α der Elektrodenanordnung am Thorax ergibt. Dieser Vergleichssignalverlauf (W_0) kann sowohl auf Basis von Messversuchen an Probanden mit verschiedenen Posi-tionierungen der Elektroden am Thorax, wie auch auf Basis von theoretischen Überlegungen und/oder Simulationsrech-nungen gewonnen werden.
[0047] In einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung zur Elektro-lmpedanz-Tomographie ist die Berechnungs-und Steuerungseinheit, - neben der Koordination der Signaleinspeisungs-Einheit, der Signalerfassungs- Einheit, der Da-tenspeicherungseinheit, - zu einer Koordination mit einer in oder an der Vorrichtung zur Elektro-lmpedanz-Tomographie angeordneten oder der Vorrichtung zur Elektro-lmpedanz-Tomographie zugeordneten Ausgabeeinheit ausgebildet.
[0048] Die Ausgabeeinheit ist für eine grafische, bildliche, visuelle oder numerische Ausgabe von Daten und/oder Infor-mationen der Berechnungs- und Steuerungseinheit, wie von, aus den erfassten Messsignalen von der Berechnungs- und Steuerungseinheit ermittelten Impedanzen, Impedanzânderungen oder Impedanzverteilungen im Bereich des Thorax mit-tels des von der Berechnungs- und Steuerungseinheit erzeugten bereitgestellten Steuersignals ausgestaltet und vorge-sehen. Die Ausgabeeinheit kann beispielsweise als eine Anzeigeeinrichtung (Bildschirm, Monitor, Datensichtgerât) oder auch als eine Grafik-Schnittstelle (HDMI, VGA, PAL) ausgestaltet sein, um andere Arten von Datensichtgerâten (Smart-
Phones, Tablet-PCs, Laptop-PCs) ortsnah (LON, LAN, WLAN, Feldbus, Profi-BUS, CAN, POWERLINK) oder Orts fern (Profi-NET, LAN), direkt (USB, RS232) oder indirekt (Netzwerk, ETHERNET, Intranet, Internet), drahtlos (WLAN, Blue-tooth) oder drahtgebunden (LAN) ausgebildet sein.
[0049] In einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung zur Elektro-lmpedanz-Tomographie werden von der Be-rechnungs- und Steuerungseinheit in Zusammenwirkung mit der Signaleinspeisungs-Einheit jeweils in jedem Messumlauf des Messzyklus den zwei einspeisenden Elektroden gegenüberliegende zwei direkt benachbarte Elektroden als jeweili-ge Elektrodenpaare zur Erfassung der ausgewâhlten Messsignale gewâhlt. Eine solche Art der Durchführung der Elek-tro-lmpedanz-Tomographie wird als ein sogenannter «benachbarter Datenerfassungsmodus» bezeichnet. Dabei wird in regelmàssiger Weise ein Gesamtbild der Impedanzverteilung am gesamten Thorax gewonnen, da Messsignale sâmtlicher Elektroden nacheinander im Messumlauf aller Messzyklen den jeweiligen Anteil an Information zum Gesamtbild beitra-gen. Ein Springen mit einem Überspringen oder Auslassen einzelner Elektroden in der Signaleinspeisung oder in der Signalerfassung findet im sogenannten «benachbarten Datenerfassungsmodus» nur in Situationen statt, in denen einzel-ne Elektroden als fehlerhaft (Fault-Electrode) identifiziert wurden. Weiterhin findet in dem in einem solchen sogenannten «benachbarten Datenerfassungsmodus» die Variation der Signaleinspeisung derart statt, dass in einem Messzyklus je-de der zwei einspeisenden Elektroden höchstens zweimal an der Einspeisung im Messzyklus beteiligt ist und in einem Messumlauf jede der ausgewâhlten Elektroden höchstens zweimal bei der Erfassung der ausgewâhlten Messsignale be-rücksichtigt wird.
[0050] In einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung zur Elektro-lmpedanz-Tomographie wendet die Berech-nungs- und Steuerungseinheit bei der Bestimmung der Verhâltnismasse (W) aus den ausgewâhlten Messsignalen und den für diese ausgewàhlten Elektroden ermittelten Mittelwerten eine Skalierung an. Die angewendete Skalierung bewirkt eine Verstârkung oder Hervorhebung eines Signalunterschiedes zwischen den ausgewâhlten Messsignalen und den er-mittelten Mittelwerten.
[0051] Eine praxistaugliche Möglichkeit bei der Verarbeitung der Messsignale durch die Berechnungs- und Steuerungs-einheit um den Signalunterschied bei der Bestimmung der Verhâltnismasse (W), d.h. des Quotienten aus den ausgewâhl-ten Messsignalen und den für diese ausgewàhlten Elektroden ermittelten Mittelwerten mittels Skalierung hervorzuheben oder zu verstârken ist die Einbeziehung einer mathematischen Funktion auf das Verhâltnismass (W), wie beispielsweise des Logarithmus (Ig, In, log2).
[0052] In einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung zur Elektro-lmpedanz-Tomographie wendet die Berech-nungs- und Steuerungseinheit bei der Bestimmung der Verhâltnismasse (W) eine logarithmische Skalierung, vorzugswei-se in einer einen Signalunterschied verstàrkenden Weise, vorzugsweise in logarithmischer Skalierung zur Basis 10
in logarithmischer Skalierung zur Basis e logarithmischer Skalierung zur Basis 2 [0053] Auf diese Weise wird in den Signalverlâufen (W1...W16) die Form des Signalverlaufs hervorgehoben, es ergeben sich dadurch pràgnante Formen der Signalverlàufe (W1...W16) der zu der Vielzahl Elektroden zugehörigen Verhâltnis-masse (W). Es ergibt sich eine sogenannte «W-Form», welche den Unterschied in der Ausbreitung der eingespeisten Signale am Thorax dahingehend verdeutlicht, an welchem Ort der elliptischen Umfangsform (lângere Halbachse/kürzere Halbachse der Ellipse) die Signaleinspeisung an der kürzeren Halbachse der elliptischen Umfangsform am Thorax, also der sogenannten Frontalachse (Brustbein-Wirbelsàule) der Ebene der Anordnung der Vielzahl der Elektroden oder an der làngeren Halbachse der elliptischen Umfangsform am Thorax, also der sogenannten Querachse (linke Seite - rechte Seite) der Ebene der Anordnung der Vielzahl der Elektroden jeweils stattgefunden hat.
[0054] In einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung zur Elektro-lmpedanz-Tomographie werden von der Be-rechnungs- und Steuerungseinheit als ausgewàhlte Elektroden zur Erfassung der ausgewâhlten Messsignale eine Anzahl drei, vier, fünf oder mehr als sechs Elektroden der den zwei einspeisenden Elektroden gegenüberliegenden Elektroden ausgewàhlt. Die Anzahl der von der Berechnungs- und Steuerungseinheit und den einspeisenden Elektroden gegenüber-liegenden ausgewàhlten Elektroden zur Erfassung der ausgewàhlten Messsignale ist bei einer Unterschiedlichen Anzahl (8,12, 16, 32, 64) der am Thorax angeordneten Vielzahl von Elektroden unterschiedlich zu wâhlen. So ist beispielsweise bei einer Anzahl von sechzehn Elektroden eine Auswahl von vier, fünf oder sechs gegenüberliegenden Elektroden zu einer wirksamen Bildung der Verhâltnismasse (W) mit Hervorhebung der prâgnanten «W-Form» vorteilhaft. Für eine Anzahl von acht Elektroden kann eine Auswahl von zwei bis vier, beispielsweise drei gegenüberliegenden Elektroden zu einer Bildung der Verhàltnismasse (W) vorteilhaft sein, für eine Anzahl von 32 Elektroden kann eine Auswahl von mehr als sechs, bei-spielsweise acht bis zwölf gegenüberliegenden Elektroden zu einer Bildung der Verhâltnismasse (W) vorteilhaft sein.
[0055] In einerbevorzugten Ausführungsform derVorrichtung zur Elektro-lmpedanz-Tomographie werden von der Berech-nungs- und Steuerungseinheit ausgewàhlte Messsignale jeweils aus Mittelwerten der ausgewâhlten Messsignale mehre- rer Messzyklen bestimmt. Die Einbeziehung mehrerer Messzyklen zur Bildung der Mittelwert ergibt Vorteile hinsichtlich der Reduzierung von Einflüssen von den Messsignalen überlagerten Störungen. Dadurch kann beispielsweise erreicht werden, dass die ermittelte prâgnante «W-Form» der Signalverlàufe (W1...W16) ausgepràgt und weitgehend frei von Ver-zerrungen der «W-Form» ist und somit der Vergleich mit der Vergleichssignalform (W_0) mit grosser Eindeutigkeit des Ver-gleichsergebnisses möglich ist. Die Mittelwertbildung der ausgewàhlten Messsignale der, den einspeisenden Elektroden gegenüberliegenden Elektroden über mehrere Messzyklen kann dabei als arithmetische, geometrische oder quadratische Mittelwertbildung erfolgen, wie auch als ein nichtlineare Mittelung, beispielsweise als eine Median-Filterung in Form eines «1 aus 3-Filters» oder «1 aus 5-Filters» erfolgen.
[0056] In einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung zur Elektro-lmpedanz-Tomographie ist die Berechnungs-und Steuerungseinheit ausgebildet, mittels eines Algorithmus zur Bildrekonstruktion Impedanzwerte und/oder Impedanz-ànderungen oder Impedanzverteilungen im Thorax in der Ebene der Elektroden am Thorax auf Basis der von der Signal-erfassungs- Einheit bereitgestellten Vielzahl an Messwerten zu berechnen und ein Tidalbild auf Basis der berechneten Impedanzwerte und/oder Impedanzânderungen und/oder Impedanzverteilungen im Thorax in der Ebene der Elektroden am Thorax und auf Basis des bestimmten axialen Versatzes und/oder des Verdrehungswinkels α zu ermitteln und in das Steuersignal einzubeziehen und das Steuersignal für die Ausgabeeinheit bereitzustellen. Dies ermöglicht, den ermittelten bestimmten axialen Versatzes und/oder den Verdrehungswinkels α durch eine Anpassung oder Verschiebung von Indizes bei der Adressierung von indizierten Vektoren, indizierten Datenfeldern oder indizierten Matrizen in den EIT-Messkanàlen mit den zugehörigen Impedanzwerten bei der Bildrekonstruktion für die Erstellung des Tidalbildes aus den EIT- Mess-kanàlen zu eliminieren.
[0057] Damit ergeben sich um den axialen Versatz und/oder den Verdrehungswinkel α korrigierte und verbesserte Tidal-bilder mit der Elektro-lmpedanz-Tomographie, welche in jedem auf einer realen Anordnung der Elektroden am Thorax ba-sieren, ohne, dass die reale Anordnung der Elektroden am Thorax durch den Anwender exakt mit einer idealen, typischen Anordnung der Elektroden am Thorax übereinstimmen muss.
[0058] In einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist die Ausgabeeinheit zu einer Ausgabe und/oder Bereitstellung des bestimmten axialen Versatzes und/oder des Verdrehungswinkel α auf Basis des bereitgestellten Steuersignals ausgebildet. Die Ausgabe und/oder Bereitstellung erfolgt vorzugsweise in einer numerischen Art und Weise, beispielsweise als ein skalarer Wert, weicher den Versatz am Umfang des Thorax oder den Verdrehungswinkel a der Elektrodenanordnung am Thorax repràsentiert.
[0059] Die Berechnungs- und Steuerungseinheit kann als eine zentrale Einheit in der Vorrichtung zur Elektro-lmpedanz-Tomographie ausgestaltet sein, welche sowohl die Erfassung und Analyse der Messsignale koordiniert oder durchführt und die Ermittlung und Bereitstellung des Steuersignals wie auch die Berücksichtigung des Steuersignals bei der Ausgabe des korrigierten Tidalbildes initiiert. Es kann aber auch eine Ausgestaltung der Berechnungs- und Steuerungseinheit vor-teilhat sein, in welcher anstatt einer zentralen Einheit mehrere verteilte Einheiten zur Erfassung, Analyse und Ermittlung und Bereitstellung des Steuersignals zusammenwirken, beispielsweise in einer Art des sogenannten Cloud-Computing. Ein möglicher Vorteil daraus kann damit erzielt werden, dass die Korrektur des Tidalbildes und dessen Bereitstellung an einem anderen Ort erfolgen kann als der Ort, an dem die Messsignale erfasst werden.
[0060] Sâmtliche der zu der beschriebenen Vorrichtung erzielbaren Vorteile sind in gleicher oder âhnlicher Weise mit dem, als weiteren Aspekt der Erfindung beschriebenen Verfahren zum Betrieb einer Anordnung zur Elektro-lmpedanz-Tomo-graphie zu erzielen.
[0061] Gemâss des weiteren Aspektes der Erfindung wird in einem erfindungsgemâssen Verfahren zum Betrieb einer Anordnung zur Elektro-lmpedanz-Tomographie eine Ermittlung eines axialen Versatzes und/oder eines Verdrehungswin-kels α am Thorax eines Patienten angeordneten Elektrodenanordnung mit einer Vielzahl von Elektroden durchgeführt.
[0062] Dies Verfahren zum Betrieb der Anordnung zur Elektro-lmpedanz-Tomographie gliedert sich in eine Schrittabfolge mit den folgenden Schritten: [0063] In einem ersten Schritt wird in einem jedem Messumlauf eines Messzyklus ein elektrisches Einspeisesignal an jeweils zwei zyklisch und in einem Messzyklus variierend einspeisenden Elektroden eingespeist.
[0064] In einem zweiten Schritt werden in einem jedem Messumlauf eines Messzyklus jeweils an, den jeweils einspeisen-den Elektroden am Thorax gegenüberliegenden ausgewâhlten Elektroden ausgewâhlte Messsignale erfasst.
[0065] In einem dritten Schritt werden Mittelwerte (üS6) der jeweils ausgewâhlten Messsignale der jeweils den zwei ein-speisenden Elektroden am Thorax gegenüberliegend angeordneten Elektrodenpaare der jeweils ausgewâhlten Elektro-den in jedem Messumlauf bestimmt.
[0066] In einem vierten Schritt wird ein Verhâltnismass als ein logarithmisches Verhâltnis aus den ausgewâhlten Mess-signalen und den für diese ausgewâhlten Elektroden (ermittelten Mittelwerten (üS6) als ein Signalverlauf (W1...W16) be-stimmt.
[0067] In einem fünften Schritt wird ein Vergleich des bestimmten Signalverlaufs (W1...W16) mit einem Vergleichssignal-verlauf (W_0) durchgeführt und ein axialer Versatz und/oder der Verdrehungswinkel α der Elektrodenanordnung am Tho-rax auf Basis des Vergleichs bestimmt. Der Vergleichssignalverlauf (W_0) reprâsentiert einen Signalverlauf, welcher sich bei einer korrekten Positionierung der Elektroden ohne axialen Versatz oder einen Verdrehungswinkel α der Elektroden-anordnung am Thorax ergibt.
[0068] In einem sechsten Schritt wird ein Steuersignal erzeugt und bereitgestellt, welches den axialen Versatz und/oder den Verdrehungswinkel α der Elektrodenanordnung am Thorax indiziert.
[0069] Die beschriebenen Ausführungsformen stellen jeweils für sich als auch in Kombination miteinander besondere Ausgestaltungen der erfindungsgemâssen Vorrichtung und des erfindungsgemâssen Verfahrens zum Betrieb der Anord-nung zur Elektro-lmpedanz-Tomographie mit der am Thorax eines Patienten angeordneten Elektrodenanordnung mit ei-ner Vielzahl von Elektroden dar. Dabei sind sich durch Kombination oder Kombinationen mehrerer Ausführungsformen ergebende Vorteile und weitere Ausführungsformen gleichwohl vom Erfindungsgedanken mit erfasst, wenn auch nicht sâmtliche Kombinationsmöglichkeiten von Ausführungsformen dazu im Detail jeweils ausgeführt sind.
[0070] Die vorstehend beschriebenen, erfindungsgemàssen Ausführungsformen des Verfahrens können auch in Form eines computerimplementierten Verfahrens als Computerprogrammprodukt mit einem Computer ausgebildet sein, wobei der Computer zur Durchführung des oben beschriebenen, erfindungsgemâssen Verfahrens veranlasst wird, wenn das Computerprogramm auf dem Computer bzw. auf einem Prozessor des Computers oder einem sogenannten «Embedded System» als Teil eines Medizingeràtes, insbesondere des EIT-Geràtes ausgeführt wird. Dabei kann das Computerpro-gramm auch auf einem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert sein. In einer alternativen Ausgestaltung kann ein Speichermedium vorgesehen sein, welches zur Speicherung des vorstehend beschriebenen, computer-implementier-ten Verfahrens bestimmt ist und von einem Computer lesbar ist.
[0071] Es liegt im Rahmen der vorliegenden Erfindung, dass nicht alle Schritte des Verfahrens zwangslâufig auf ein und derselben Computerinstanz ausgeführt werden müssen, sondern sie können auch auf unterschiedlichen Computerinstan-zen, beispielsweise in einer Form und mit Mitteln des sogenannten Cloud-Computing in einem Datenverbundsystem aus-geführt werden.
[0072] Auch kann die Abfolge der Verfahrensschritte gegebenenfalls variiert werden. Weiterhin ist möglich, dass einzelne Abschnitte des vorstehend beschriebenen Verfahrens in einer separaten, beispielsweise für sich selbst verkaufsfâhigen Einheit (wie z.B. auf einem vorzugsweise in der Nàhe des Patienten angeordneten Daten-Auswertungssystem) andere Teile auf einer anderen verkaufsfâhigen Einheit (wie z.B. auf einer Anzeige- und Visualisierungseinheit, welche beispiels-weise als ein Teil eines Krankenhaus-lnformations-Systems vorzugsweise in einem zur Überwachung mehrerer Patien-tenràume eingerichteten Raum angeordnet ist), sozusagen als verteiltes System, ausgeführt werden können.
[0073] Die für das erfindungsgemàsse Verfahren beschriebenen Vorteile lassen sich in gleicher oder in àhnlicher Wei-se mit der erfindungsgemàssen Vorrichtung sowie den beschriebenen Ausführungsformen der Vorrichtung erzielen. Wei-terhin sind die beschriebenen Ausführungsformen und deren Merkmale und Vorteile des Verfahrens auf die Vorrichtung übertragbar, wie auch die beschriebenen Ausführungsformen der Vorrichtung auf das Verfahren übertragbar sind.
[0074] Die entsprechenden funktionalen Merkmale des Verfahrens werden dabei durch entsprechende gegenstândliche Module einer Vorrichtung, insbesondere durch Hardware-Bausteine (CPU, pC, DSP, MP, FPGA, AS IC, GAL), ausgebildet, die beispielsweise in Form eines Prozessors, mehrere Prozessoren (pC, μΡ, DSP) oder in Form von Instruktionen in einem Speicherbereich implementiert sein können, die durch den Prozessor verarbeitet werden.
[0075] Die vorliegende Erfindung wird nun mit Hilfe der folgenden Figuren und den zugehörigen Figurenbeschreibungen ohne Beschrânkungen des allgemeinen Erfindungsgedankens nâher erlâutert.
[0076] Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung von Funktionselementen eines Elektro-lmpedanz-Tomographie-Gerâtes,
Fig. 2 zwei Darstellungen von zwei verschiedenen Positionierungen von Elektrodenanordnungen an einem ellipti-schen Umfang eines Thorax,
Fig. 3 Signalverlâufe von zwei verschiedenen Positionierungen von Elektrodenanordnungen an einem elliptischen Umfang eines Thorax,
Fig. 4 Ablaufplan zur Ermittlung einer Verdrehung einer Elektrodenanordnung am Thorax.
[0077] In der Fig. 1 ist eine Anordnung zur Impedanztomographie 1 gezeigt. In der Anordnung zur Impedanztomographie ist eine Anzahl von Elektroden 33 am Thorax 34 eines Patienten 35 angeordnet. Von den Elektroden 33 werden mittels einer Datenerfassungseinheit 50 EIT-Daten 3 zu einer Berechnungs- und Steuerungseinheit 70 übertragen. Die Übertra-gung der EIT-Daten 3 von den Elektroden 33 erfolgt mittels Leitungsverbindungen 32. In der Berechnungs- und Steue-rungseinheit70sind eine Prozessoreinheit 78 und ein Datenspeicher71 angeordnet. Die Prozessoreinheit 78 verarbeitet die EIT-Daten 3, welche von der Signalerfassungs-Einheit 50 bereitgestellt werden. In dieser Fig. 1 ist dargestellt, dass die EIT-Daten 3 als Messsignale 55 zur Berechnungs- und Steuerungseinheit 70 mit der Prozessoreinheit 78 gelangen. Die Prozessoreinheit 78 ermittelt mittels geeigneter Berechnungsmethoden und Algorithmen aus den Messsignalen 55 Signalverlâufe von ausgewâhlten Messsignalen (W1 ...W16) 56. Ausgewâhlte Messsignale 56 sind dabei diejenigen Mess- signale, welche gegenüberliegend von signaleinspeisenden Elektroden 37 von ausgewàhlten Elektroden 36 gewonnen werden. Dies ist im Detail in der schematischen Darstellung 4 von Signaleinspeisung und Signalerfassung zu sehen. In der Berechnungs- und Steuerungseinheit 70 wird ein Vergleichssignalverlauf (W_0) 73 dazu benutzt, die Signalverlàufe ausgewâhlter Messsignale (W1...W16) 56 mittels eines Vergleichs auszuwerten. Als Ergebnis der Auswertung des Ver-gleichs ergibt sich ein Steuersignal 79, welches eine Verdrehung oder einen axialen Versatz 76 (Fig. 2) der Elektroden 33 oder einen Verdrehungswinkels α 77 (Fig. 2) der zu einer Elektrodenanordnung zusammengefassten Elektroden 33 indiziert. Das Steuersignal 79 wird in dieser Fig. 1 einem EIT-Gerât 30 mit einer Ausgabeeinheit 80 zur Verfügung gestellt. Die Ausgabeeinheit 80 ermöglicht eine Visualisierung 82 der von der Berechnungs- und Steuerungseinheit 70 aus den Messsignalen 55 bestimmten Impedanzen bzw. der Impedanzânderungen in der horizontalen Ebene des Thorax 34 in einer sogenannten dorsalen Ansicht.
[0078] In der Fig. 1 ist oberhalb der Anordnung zur Impedanztomographie 1 eine Darstellung 2 einer Anordnung von Elektroden 33 am Thorax 34 schematisch gezeigt. Es ist ein Raumkoordinatensystem 5 mit einer X-Achse 6 und einer Y-Achse 7 dargestellt. Die Elektroden 33 sind annàhernd gleichmâssig verteilt um den Thorax 34 angeordnet. Diese Darstellung 2 stellt einen horizontalen Schnitt durch den Thorax 34 in der Ebene der Anordnung der Elektroden 33, also gleichsam die Darstellungsebene der dorsalen Ansicht für die Visualisierung zur 82 dar. Die schematische Darstellung 2 zeigt eine typische elliptische Umfangsform 20, welche typisch für die Mehrzahl von menschlichen Lebewesen im Bereich der Anordnung der Elektroden 33 um den Thorax34 ist. Die schematische Darstellung der Anordnung2 von Elektroden 33 am Thorax 34 weist eine Anzahl von sechzehn Elektroden auf. In der schematischen Darstellung 4 von Signaleinspeisung und Signalerfassung wird an zwei Elektroden, nàmlich an der Elektrode E157 und an der Elektrode E1658 mittels einer Einheit zur Signaleinspeisung 51 ein Strom eingespeist. Gegenüberliegend der beiden Einspeiseelektroden E157, E1658 werden an einer Auswahl von Elektroden 36 mittels der Signalerfassungs-Einheit 50 in einem Umlauf von Signalerfassung 53 Messsignale 55 als Signalverlâufe ausgewàhlter Messsignale 56 erfasst.
[0079] In dieser Fig. 1 sind die Elektroden E6-E11 beispielhaft als Auswahl von sechs Elektroden 36 gezeigt. Es ist aber im Sinne der vorliegenden Erfindung mit umfasst, dass auch eine andere Anzahl als die gezeigten sechs ausgewâhlten Elektroden 36, beispielsweise fünf, vier, drei Elektroden, welche den einspeisenden Elektroden 37 gegenüberliegend an-geordnet sind, für die Auswertung zur Ermittlung der Verdrehung bzw. des axialen Versatzes 76 ( Fig. 2) oder eines Ver-drehungswinkels a 77 (Fig. 2) der Elektroden 33 am Thorax 34 des Patienten 35 verwendet werden können. Nach der Einspeisung an den Elektroden E1, E16, 57, 58 durch die Einheit zur Signaleinspeisung 51 wird, in dieser Fig. 1 als eine Ftotation 52 gegen den Uhrzeigersinn gezeigt, die Einspeisung am nâchsten Einspeisepaar, also den Elektroden E16 und E15, vorgenommen. Die Signalerfassung wird sodann ebenfalls mittels einer, - in dieser Fig. 1 gezeigten Rotation 53 gegen den Uhrzeigersinn -, an den dann den Elektroden E15 und E16 gegenüberliegenden ausgewâhlten Elektroden E5-E10 vorgenommen. Die Rotationen 52, 53 von Einspeisung und Signalerfassung werden in einem Messzyklus für alle Paare benachbarter Elektroden der 16 Elektroden E1-E16 vorgenommen. Auf diese Weise ergibt sich eine Menge von Signalverlàufen ausgewàhlter Messsignale 56 (W1...W16). Damit ist jedem Elektrodenpaar von erfassenden Elektroden 36 ein Messsignal W1, W2...W16 zugewiesen. Diese im Messzyklus gewonnenen Messsignale 56, jeweils gewonnen von den, den einspeisenden Elektroden 37 jeweilig gegenüberliegenden Elektroden 36, werden von der Berechnungs-und Steuerungseinheit 70 als Signalverlâufe 60 (Fig. 3) mit einem Vergleichssignalverlauf (W_0) 73 verglichen. Der Ver-gleichssignalverlauf (W_0) 73 reprâsentiert dabei einen Signalverlauf, welchersich bei einer korrekten Positionierung der Elektroden 33 am Thorax 34, also bei einer Positionierung der Elektroden 33 mit einer nahezu idealen symmetrischen Anordnung der sechzehn Elektroden E1...E16 mit der ersten Elektrode E1 links von einem Brustbein des Patienten 35 und mit einer Lage der weiteren Einspeiseelektrode E1658 rechts vom Brustbein am Thorax 34. Aus dem Ergebnis des Vergleichs wird das Steuersignal 79 ermittelt. Die Details zur Ermittlung des Steuersignals 79 und die weitere Verarbeitung und Verwertung, bzw. Verwendung des Steuersignals 79 ergeben sich aus den Darstellungen in den Fig. 2 und 3 und den dazugehörigen Beschreibungen.
[0080] Im Ergebnis wird dabei eine Verdrehung bzw. ein axialer Versatz 76 (Fig. 2) bei der Positionierung der Elektroden 33 am Thorax 34 ermittelt. Diese Verdrehung bzw. der axiale Versatz 76 (Fig. 2) wird mittels des Steuersignals 79 dazu genutzt, entweder die Visualisierung 82 in der Ausgabeeinheit 80 um den Verdrehungswinkel a 77 (Fig. 2) zu korrigieren, bzw. um einem Anwender einen Hinweis zu geben, dass die Elektroden mit einem axialen Versatz 76 (Fig. 2) am Thorax 34 des Patienten angeordnet sind. Die Korrektur ermöglicht, dass auch für Positionierungen der Elektroden 33 mit einem axialen Versatz 76 (Fig. 2) eine qualitativ hochwertige Messung zur Elektro-lmpedanz-Tomographie mit dem EIT-Gerât 30 durchgeführt werden kann. Es wird damit gleichsam vor einer Durchführung weiterer Untersuchungen oder Messun-gen mit dem EIT-Geràt 30 eine Möglichkeit zu einer Kalibrierung auf die tatsàchliche Positionierung am Thorax 34 des zu untersuchenden Patienten 35 bereitgestellt. Der Hinweis ermöglicht, dass der Anwender vor Durchführung weiterer Untersuchungen oder Messungen mit dem EIT-Gerât 30 eine Korrektur der Platzierung der Elektroden 33 am Thorax 34 des Patienten 35 vornehmen und somit erreichen kann, dass eine qualitativ hochwertige Messung zur Elektro-lmpedanz-Tomographie mit dem EIT-Gerât 30 durchgeführt werden kann.
[0081] In der Fig. 2 ist eine erste Positionierung 11 einer Elektrodenanordnung mit Elektroden 33 am Thorax 34 gezeigt. Gleiche Elemente in den Fig. 1 und 2 sind in den Fig. 1 und 2 mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Wie zu der Fig. 1 ausgeführt, erfolgt eine Einspeisung an Einspeiseelektroden 37. In dieser Fig. 2 werden die Elektroden E1,57 und E16, 58 für die Einspeisung verwendet. In Übereinstimmung mit der Darstellung der schematischen Darstellung 2 der
Anordnung von Elektroden am Thorax nach der Fig. 1 ist in dieser Fig. 2 ein Koordinatensystem 5 mit einer X-Achse 6 und einer Y-Achse 7 dargestellt. Die von den Einspeiseelektroden 37 eingespeisten Signale gelangen als Ausbreitung der Einspeisung 39 im Thorax 34 zu den gegenüberliegenden Elektroden 36 (E6...E11). Diese erste Positionierung 11 der Elektrodenanordnung am Thorax zeigt den idealen Anwendungsfall mit einer nahezu idealen symmetrischen Anordnung der sechzehn Elektroden mit einer Lage der ersten Elektrode E1 links von einem Brustbein des Patienten und mit einer Lage der weiteren Einspeiseelektrode E1658 rechts vom Brustbein am Thorax 34. In der in der Fig. 2 ebenfalls gezeig-ten zweiten Positionierung 13 einer Elektrodenanordnung am Thorax 34 ist ein axialer Versatz bzw. eine Verdrehung um einen Verdrehungswinkel α 77 der Elektroden 33 gegeben. An der gleichen elliptischen Umfangsform wie in der ersten Positionierung 11 sind nun in der zweiten Positionierung 13 die einspeisenden Elektroden 37' nicht mehr beidseitig des Brustbeins angeordnet, sondern das einspeisende Elektrodenpaar E157, E1658 ist rechtsseitig des Brustbeins mit einem axialen Versatz 76 der Elektrodenanordnung am Thorax 34 angeordnet. Bedingt durch diesen axialen Versatz bzw. diese Verdrehung um den Verdrehungswinkel α 77 sind auch die gegenüberliegend zu den Einspeiseelektroden 37' nun aus-gewàhlten Elektroden 36' versetzt am Thorax 34 angeordnet. Damit ergibt sich in dieser zweiten Positionierung 13 der Elektrodenanordnung am Thorax 34 eine gegenüber der ersten Positionierung 11 verschiedene Ausbreitung der Einspei-sung 39' am Thorax 34. Daraus ergibtsich für die Signalverlâufe 60, 74,74' (Fig. 3) ausgewâhlter Messsignale der ersten Positionierung 11 ein Unterschied zu den Signalverlâufen 60, 74, 74' (Fig. 3) ausgewâhlter Messsignale der zweiten Po-sitionierung 13 der Elektroden 33 am Thorax 34. Diese Unterschiede in den Signalverlâufen 60, 74, 74' (Fig. 3) werden in der Fig. 3 dargestellt und in der Beschreibung zu der Fig. 3 nâher erlâutert und beschrieben.
[0082] Die Fig. 3 zeigt eine Signaldarstellung 60 von zwei Signalverlâufen 74, 74' (W1...W16; W1 ...W16 ) ausgewâhlter
Messsignale 56, 56', welche auf den unterschiedlichen Positionierungen 11, 13 der Elektrodenanordnung am Thorax 34 nach der Fig. 2 resultieren. Gleiche Elemente in den Fig. 1, 2, 3 sind in den Fig. 1, 2, 3 mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Es ist ein Signalverlauf 74 von ausgewâhlten Messsignalen 56 gezeigt, welcher der ersten Positionierung 11 der Elektrodenanordnung 33 am Thorax 34 der Fig. 2 entspricht. Es ist ein weiterer Signalverlauf 74' von ausgewâhlten Messsignalen 56' gezeigt, welcher der zweiten Positionierung 13 der Elektrodenanordnung 33 am Thorax 34 nach der Fig. 2 entspricht. Es sind Messsignale von 16 Elektroden E157 bis E1658 im Signalverlauf 74 bzw. 74' dargestellt. Der Unterschied der Signalverlàufe 74 und 74', 75 ist als eine Verschiebung der Signalverlâufe 74, 74' sichtbar. Die Signalver-làufe 74, 74' sind in dieser Fig. 3 als ein gewichtetes Signalverhâltnis bzw. gewichtetes Amplitudenverhâltnis der Mess-signale der einzelnen Elektroden (E1...E16) dargestellt. In dieser Fig. 3 wird als gewichtetes Signalverhâltnis 72 ein ge-wichtetes logarithmisches Verhâltnismass M' = 72 aus ausgewâhlten Messsignalen 56, 56' zu Mittelwerten (¾) 560 der ausgewàhlten Messsignale 56, 56' der ausgewâhlten Elektroden 36 (Fig. 2) für die Signalverlâufe 74, 74' (W1...W16; W1'...W16') gewâhlt. Der Unterschied 75 in den Signalverlàufen 74 und 74' kann zur Ermittlung des axialen Versatzes bzw. der Verdrehung mit dem Verdrehungswinkel α 77 (Fig. 2) herangezogen werden. Beispielhaft sei hier eine Auswer-tung genannt, in welcher der Signalverlauf 74, welcher sich in der ersten Positionierung 11 der Elektrodenanordnung 33 am Thorax 34, also in der vorgesehenen optimalen Anordnung der Elektroden 33 am Thorax 34 ohne wesentliche Ver-drehung mit zentrierter Ausrichtung der Elektroden E157 und E1658 beidseitig am Brustbein am Thorax 34 ergibt, dazu verwendet wird, dass dieser als Basis des Vergleichssignalverlaufs (W_0) 73 herangezogen wird. Wird dieser Vergleichs-signalverlauf (W_0) 73 im Datenspeicher 71 (Fig. 1) hinterlegt und als Basis für weitere Analysen der Signalverlâufe 74' der ausgewâhlten Elektroden 36' verwendet, so lâsst sich der axiale Versatz 76 (Fig. 2) der Elektrodenanordnung am Thoraxbzw. der Verdrehungswinkel a77 (Fig. 2) ermitteln und darauf basierend das Steuersignal 79 (Fig. 1) ermitteln und bereitsteilen. Das bereitgestellte Steuersignal 79 (Fig. 1) kann von der Berechnungs- und Steuerungseinheit 70 (Fig. 1) zu einer numerischen Ausgabe des Verdrehungswinkel α 77 (Fig. 2) oder einer grafischen oder bildlichen Visualisierung 82 (Fig. 1) des axialen Versatzes 76 (Fig. 2) an die Ausgabeeinheit 80 (Fig. 1) weitergegeben oder bereitgestellt werden. Das bereitgestellte Steuersignal 79 (Fig. 1) kann weiterhin von der Berechnungs- und Steuerungseinheit 70 (Fig. 1) zu einer Korrektur der Visualisierung 82 (Fig. 1) auf Basis der Messsignale 55 (Fig. 1) ermittelten Impedanzwerte, und Im-pedanzunterschiede und Darstellung der Impedanzverteilung in der dorsalen Ansicht (Fig. 1) mittels einer Anpassung mit Berücksichtigung des Verdrehungswinkels α 77 (Fig. 2) in der Rechenvorschrift zur Bildrekonstruktion bei der Ermittlung der dorsalen Ansicht (Fig. 1) verwendet werden.
[0083] Die Fig. 4 zeigt einen Ablauf 100 zum Betrieb einer Anordnung zur Elektro-lmpedanz-Tomographie 30 (Fig. 1) mit einer Schrittabfolge 101 bis 106 zu einer Ermittlung eines axialen Versatzes 76 und/oder eines Verdrehungswinkels 77 einer am Thorax 34 eines Patienten 35 (Fig. 1) angeordneten Elektrodenanordnung mit einer Vielzahl von Elektroden 33. Gleiche Elemente in den Fig. 1, 2, 3 und 4 sind in den Fig. 1,2, 3, 4 mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet.
[0084] Die Schrittabfolge 101 bis 106 beginnt aus einem laufenden Messbetrieb heraus oder nach einer Inbetriebnahme der Anordnung zur Elektro-lmpedanz-Tomographie 30 (Fig. 1), dass in einem ersten Schritt in einem jedem Messumlauf eines Messzyklus ein elektrisches Einspeisesignal an jeweils zwei zyklisch und in einem Messzyklus variierend einspei-senden Elektroden 37 eingespeist wird.
[0085] In einem zweiten Schritt 102 werden in einem jedem Messumlauf des Messzyklus an, den jeweils einspeisenden Elektroden 37 am Thorax 34 gegenüberliegenden ausgewâhlten Elektroden 36 ausgewâhlte Messsignale 56 erfasst.
[0086] In einem dritten Schritt 103 werden Mittelwerte (ÜS6) 560 der jeweils ausgewâhlten Messsignale 56 der jeweils den zwei einspeisenden Elektroden 37, 37' am Thorax 34 gegenüberliegend angeordneten Elektrodenpaare der jeweils ausgewâhlten Elektroden 36 in jedem Messumlauf bestimmt.
[0087] In einem vierten Schritt 104 wird ein logarithmisches Verhâltnismass 72, beispielsweise
aus den ausgewâhlten Messsignalen 56 und den für diese ausgewâhlten Elektroden 36 ermittelten Mittelwerten (üs&) 560 als ein Signalverlauf 60 (W1...W16) bestimmt.
[0088] In einem fünften Schritt 105 wird ein Vergleich des Signalverlauf 60 (W1...W16) mit einem Vergleichssignalverlauf (W_0) 73 durchgeführt. Mittels dieses Vergleichs wird ein axialer Versatz 76 und/oder der Verdrehungswinkel oc 77 der Elektrodenanordnung am Thorax 34 (Fig. 1) bestimmt. Der Vergleichssignalverlauf (W_0) 73 reprâsentiert einen Signal-verlauf, welcher sich bei einer korrekten Positionierung der Elektroden 33 ohne einen axialen Versatz 76 oder einen Ver-drehungswinkel α 77 der Elektrodenanordnung am Thorax 34 (Fig. 1) ergibt.
[0089] In einem sechsten Schritt 106 wird ein Steuersignal 79 erzeugt und bereitgestellt, welches den axialen Versatz 76 und/oder den Verdrehungswinkel α 77 der Elektrodenanordnung am Thorax 34 (Fig. 1) indiziert.
Bezugszeichenliste [0090] 1 Anordnung zur Elektro-lmpedanz-Tomographie 2 Schematische Darstellung einer Anordnung von Elektroden am Thorax 3 EIT-Signale, EIT-Daten 4 Schematische Darstellung von Signaleinspeisung und Signalerfassung 5 Raumkoordinatensystem 6 X-Achse 7 Y-Achse 11 Erste Positionierung einer Elektrodenanordnung am Thorax 13 Zweite Positionierung einer Elektrodenanordnung am Thorax 20 Elliptische Umfangsform 30 EIT-Geràt 32 Leitungsverbindungen, Zuleitungen der Elektroden 33 Elektroden E1...E16, Elektrodenanordnung 34 Thorax, Brustkorb, Brustkorbumfang 35 Patient 36 Auswahl von Elektroden, gegenüberliegend zu Einspeiseelektroden 37,37' Einspeiseelektroden 39 Ausbreitung der Einspeisung im Thorax 50 Signalerfassungs-Einheit (DAQ) 51 Einheit zur Signaleinspeisung 52 Umlauf der Signaleinspeisungen (Messzyklus, Frame) 53 Umlauf der Signalerfassungen (Messumlauf, Partial Frame) 55 Messsignale U1...Un 56, 56' ausgewâhlte Messsignale W1...W16; WT...W16' 57 Elektrode E1 58 Elektrode E16

Claims (12)

  1. 60 Signaldarstellung 70 Berechnungs- und Steuerungseinheit 71 Datenspeicher 72 Signalverhâltnis, gewichtetes Amplitudenverhâltnis, Verhâltnismass (W) 73 Vergleichssignalverlauf W_0 74, 74' Signalverlauf bei Verdrehung/axialem Versatz der Elektrodenanordnung 75 Unterschied der Signalverlâufe 74 und 74' 76 Verdrehung der Elektrodenanordnung am Thorax 77 Verdrehungswinkel α 78 Prozessoreinheit (μΡ, pC, CPU) 79 Steuersignal 80 Ausgabeeinheit, Bildschirm 82 Visualisierung 100 Ablauf 101-106 Schrittabfolge 560 Mittelwerte (üS6) Patentansprüche
    1. Vorrichtung zur Elektro-lmpedanz-Tomographie (1) zu einer Ermittlung einer Situation, welche einen axialen Versatz und/oder einen Verdrehungswinkel aeiner, derVorrichtungzurElektro-lmpedanz-Tomographie(1)zugeordneten und am Thorax (34) eines Patienten (35) horizontal angeordneten Elektrodenanordnung, indiziert, aufweisend: - eine Elektrodenanordnung mit einer Vielzahl von Elektroden (33), welche zueinander beabstandet am Körperumfang im Bereich des Thorax (34) eines Lebewesens (35) angeordnet sind, - eine Signaleinspeisungs-Einheit (51), welche ausgestaltet und dazu vorgesehen ist, in einem jedem Messumlauf eines Messzyklus ein elektrisches Einspeisesignal an jeweils zwei zyklisch und in einem Messzyklus variierend einspeisenden Elektroden (37, 37') einzuspeisen, - eine Signalerfassungs-Einheit (50), welche ausgestaltet und dazu vorgesehen ist, eine Vielzahl von Messsignalen (55) der Vielzahl von Elektroden (33) in jedem der Messumlâufe des Messzyklus zu erfassen und bereitzustellen, - eine Berechnungs- und Steuerungseinheit (70), welche ausgestaltet und dazu vorgesehen ist, eine Verarbeitung der erfassten Vielzahl von Messsignalen (55) der Vielzahl von Elektroden (33) durchzuführen und ausgewâhlte Messsignale (56) aus der erfassten Vielzahl von Mess-signalen (55) auszuwâhlen und eine Verarbeitung der ausgewâhlten Messsignale (56) durchzuführen, - eine, der Berechnungs- und Steuerungseinheit (70) zugeordnete Datenspeicherungseinheit (71), welche ausge-staltet und dazu vorgesehen ist, aus den Messsignalen (55) ausgewâhlte Messsignale (56) und Vergleichsdaten (73) zu speichern und bereitzustellen, wobei zur Ermittlung der Situation, welche den axialen Versatz (76) und/oder den Verdrehungswinkel a (77) der Elektrodenanordnung am Thorax (34) indiziert, - von der Berechnungs- und Steuerungseinheit (70) in Zusammenwirkung mit der Datenspeicherungseinheit (71) aus den Messsignalen (55) eines jeden Messumlaufs des Messzyklus diejenigen der Messsignale (55) als ausgewâhlte Messsignale (56) ausgewâhlt und gespeichert werden, welche an denjenigen, den zwei einspeisenden Elektroden (37, 37 ) am Thorax (34) gegenüberliegend angeordneten Elektrodenpaaren erfasst wurden, - von der Berechnungs- und Steuerungseinheit (70) in Zusammenwirkung mit der Datenspeicherungseinheit (71) in jedem Messzyklus jeweils Mittelwerte (560) der jeweils ausgewâhlten Messsignale (56) der jeweils den zwei ein-speisenden Elektroden (37, 37') am Thorax (34) gegenüberliegend angeordneten Elektrodenpaare der jeweils aus-gewâhlten Elektroden (36, 36') in jedem Messumlauf bestimmt und gespeichert werden, - von der Berechnungs- und Steuerungseinheit (70) in Zusammenwirkung mit der Datenspeicherungseinheit (71) für jedes Elektrodenpaar der ausgewâhlten Elektroden (36, 36 ) jeweils Verhâltnismasse (W) 72 aus den ausgewâhlten Messsignalen (56) und den für diese ausgewâhlten Elektroden (36, 36') ermittelten Mittelwerten (560) als ein Signal-verlauf (W1...W16) (60) bestimmt werden, - von der Berechnungs- und Steuerungseinheit (70) in Zusammenwirkung mit der Datenspeicherungseinheit (71) ein Vergleich des Signalverlauf (W1...W16) (60) mit einem Vergleichssignalverlauf (W_0) (73) durchgeführt wird, wobei der Vergleichssignalverlauf (W_0) (73) einen Signalverlauf reprâsentiert, welcher sich bei einer korrekten Positionie-rung der Elektroden (33) ohne einen axialen Versatz (76) oder einen Verdrehungswinkel α (77) der Elektrodenanord-nung am Thorax (34) ergibt, - von der Berechnungs- und Steuerungseinheit (70) auf Basis des Vergleichs der axiale Versatz (76) und/oder der Verdrehungswinkel α (77) der Elektrodenanordnung am Thorax (34) bestimmt wird, - von der Berechnungs- und Steuerungseinheit (70) ein Steuersignal (79) erzeugt und bereitgestellt wird, welches den axialen Versatz (76) und/oder den Verdrehungswinkel α (77) der Elektrodenanordnung am Thorax 34 indiziert.
  2. 2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Berechnungs- und Steuerungseinheit (70) zu einer Koordination einer Ausgabeeinheit (80) ausgebildet ist, wobei die Ausgabeeinheit (80) in oder an der Vorrichtung zur Elektro-lmpedanz-Tomographie (1) angeordnet ist oder der Vorrichtung zur Elektro-lmpedanz-Tomographie (1) zugeordnet ist.
  3. 3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei von der Berechnungs- und Steuerungseinheit (70) in Zusammenwirkung mit der Signaleinspeisungs-Einheit (51) jeweils in jedem Messumlauf des Messzyklus den zwei einspeisenden Elektroden (37, 37 ) gegenüberliegende zwei direkt benachbarte Elektroden als jeweilige Elektrodenpaare zur Erfassung der ausgewâhlten Messsignale (56) gewâhlt werden und die Variation der zwei einspeisenden Elektroden (37,37") derart ausführt, dass in einem Messzyklus jede der zwei einspeisenden Elektroden (37, 37 ) höchstens zweimal an der Einspeisung im Messzyklus beteiligt ist und in einem jedem Messumlauf jede der ausgewâhlten Elektroden (36, 36") höchstens zweimal bei der Erfassung der ausgewâhlten Messsignale (56) berücksichtigt wird.
  4. 4. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Berechnungs- und Steuerungseinheit (70) bei der Bestimmung der Ver-hâltnismasse (W) (72) aus den ausgewâhlten Messsignalen (56) und den für diese ausgewâhlten Elektroden (36, 36') ermittelten Mittelwerten (560) eine Skalierung in einer, einen zwischen den ausgewâhlten Messsignalen (56) und den ermittelten Mittelwerten (560) gegebenen Signalunterschied (75, 75') in einer den Signalunterschied (75, 75') hervorhebenden oder verstârkenden Weise anwendet.
  5. 5. Vorrichtung (1) nach Anspruch 4, wobei die Berechnungs- und Steuerungseinheit (70) bei der Bestimmung der Ver-hàltnismasse (W) (72) eine logarithmische Skalierung, als eine, den Signalunterschied (75, 75') hervorhebende oder verstàrkende Weise, vorzugsweise in logarithmischer Skalierung zur Basis 10
    in logarithmischer Skalierung zur Basis e oder in logarithmischer Skalierung zur Basis 2 anwendet.
  6. 6. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei von der Berechnungs- und Steuerungseinheit (70) als ausgewàhlte Elektroden (36, 36') zur Erfassung der ausgewâhlten Messsignale (56, 56') eine Anzahl von drei, vier, fünf oder mehr als sechs Elektroden (33, 36, 36') der den zwei einspeisenden Elektroden (37, 37') gegenüber-liegenden Elektroden (33, 36, 36') ausgewâhlt wird.
  7. 7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Berechnungs- und Steuerungseinheit (70) die ausgewàhlten Messsignale (56) jeweils aus Mittelwerten mehrerer Messzyklen bestimmt.
  8. 8. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Berechnungs- und Steuerungseinheit (70) ausgebildet ist, mittels eines Algorithmus zur Bildrekonstruktion Impedanzwerte und/oder Impedanzânderungen oder Impedanzverteilungen im Thorax (34) in der Ebene der Elektroden am Thorax (34) auf Basis der von der Signaler-fassungs-Einheit (50) bereitgestellten Vielzahl an Messwerten (55) zu berechnen und ein Tidalbild (82) auf Basis der berechneten Impedanzwerte und/oder Impedanzânderungen und/oder Impedanzverteilungen im Thorax (34) in der Ebene der Elektroden am Thorax und auf Basis des bestimmten axialen Versatzes (76) und/oder des Verdrehungs-winkel a (77) zu bestimmen und in das Steuersignal (79) einzubeziehen und das Steuersignal (79) für die Ausgabe-einheit (80) bereitzustellen.
  9. 9. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ausgabeeinheit (80) zu einer Ausgabe und/ oder Bereitstellung des bestimmten axialen Versatzes (76) und/oder des Verdrehungswinkel α (77) auf Basis des bereitgestellten Steuersignals (79) ausgebildet ist.
  10. 10. Verfahren zum Betrieb (100) einer Anordnungzur Elektro-lmpedanz-Tomographie (30) zu einer Ermittlung eines axia-len Versatzes (76) und/oder eines Verdrehungswinkels (77) einer am Thorax (34) eines Patienten (35) angeordneten Elektrodenanordnung mit einer Vielzahl von Elektroden (33), - wobei in einem ersten Schritt (101) in einem jedem Messumlauf eines Messzyklus ein elektrisches Einspeisesignal an jeweils zwei zyklisch und in einem Messzyklus variierend einspeisenden Elektroden (37, 37') eingespeist wird, in einem zweiten Schritt (102) in einem jedem Messumlauf eines Messzyklus an, den jeweils einspeisenden Elektro-den (37, 37 ) am Thorax (34) gegenüberliegenden ausgewâhlten Elektroden (36,36") ausgewâhlte Messsignale (56) erfasst werden, - wobei in einem dritten Schritt (103) Mittelwerte (Ü56) (560) der jeweils ausgewâhlten Messsignale (56) der jeweils den zwei einspeisenden Elektroden (37, 37") am Thorax (34) gegenüberliegend angeordneten Elektrodenpaare der jeweils ausgewâhlten Elektroden (36, 36") in jedem Messumlauf bestimmt werden, - wobei in einem vierten Schritt (104) ein logarithmisches Verhâltnis (72)
    aus den ausgewâhlten Messsignalen (56) und den für diese ausgewâhlten Elektroden (36, 36") ermittelten Mittelwer-ten (üS6) (560) als ein Signalverlauf (W1...W16) (60) bestimmt wird, - wobei in einem fünften Schritt (105) ein Vergleich des bestimmten Signalverlaufs (W1...W16) 60 mit einem Ver-gleichssignalverlauf (W_0) (73) durchgeführt wird und ein axialer Versatz (76) und/oder der Verdrehungswinkel a (77) der Elektrodenanordnung am Thorax 34 auf Basis des Vergleichs bestimmt wird, wobei der Vergleichssignalverlauf (W_0) (73) einen Signalverlauf reprâsentiert, welcher sich bei einer korrekten Positionierung der Elektroden (33) ohne axialen Versatz (76) oder einen Verdrehungswinkel α (77) der Elektrodenanordnung am Thorax 34 ergibt, - wobei in einem sechsten Schritt (106) ein Steuersignal (79) erzeugt und bereitgestellt wird, welches den axialen Versatz (76) und/oder den Verdrehungswinkel α (77) der Elektrodenanordnung am Thorax (34) indiziert.
  11. 11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, wobei als ausgewâhlte Elektroden (36, 36 ) zur Erfassung der ausgewâhlten Messsignale (56,56") eine Anzahl drei, vier, fünf oder mehr als sechs Elektroden (33,36, 36 ) der den zwei einspeisenden Elektroden (37, 37") gegenüberliegenden Elektroden (33, 36, 36") ausgewàhlt wird.
  12. 12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, wobei die die ausgewâhlten Messsignale (56) je-weils aus Mittelwerten mehrerer Messzyklen bestimmt werden.
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