DE69124982T2

DE69124982T2 - Gerät und Verfahren zur nicht-invasiven Untersuchung

Info

Publication number: DE69124982T2
Application number: DE69124982T
Authority: DE
Inventors: Douglas M Blakeley; Neil G Holland; David A Molyneaux; Theodore J Reisker
Original assignee: Picker International Inc
Current assignee: Philips Nuclear Medicine Inc
Priority date: 1991-02-11
Filing date: 1991-12-16
Publication date: 1997-06-12
Anticipated expiration: 2011-12-17
Also published as: EP0498996A1; JPH0654823A; US5209233A; JP3312279B2; EP0498996B1; DE69124982D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gerät und ein Verfahren zur nicht-invasiven Untersuchung. Speziell betrifft die Erfindung Geräte und Verfahren für kardiale Gate-gesteuerte Magnetresonanzabbildung (NMR) und wird mit speziellem Bezug hierauf erläutert. Es jedoch zu beachten, daß die Erfindung auch Anwendung in anderen nicht-invasiven Untersuchungstechniken findet.
Die NMR-Sequenzen beinhalten gemeinhin, das Anlegen eines Hochfrequenzimpulses gleichzeitig mit einem Magnetfeld-Gradientenimpuis zur Schichtselektion. Ein Magnetfeld-Gradientenimpuls zur Phasencodierung codiert die Phase in die kerninduzierte Resonanz durch den Hochfrequenzimpuls. Es wird ferner ein weiterer Hochfrequenzimpuls angelegt, um die Magnetresonanz zu invertieren und ein Magnetresonanzecho hervorzurufen. Dieses Echo wird in Gegenwart eines Lese-Magnetfeld- Gradientenimpulses ausgelesen. Dephasierende Magnetfeld-Gradientenimpulse in Schichtauswahl- und Leserichtung werden ferner im allgemeinen mit entgegengesetzter Polarität zwischen den Schichtauswahl- und Lese-Gradientenimpulsen angelegt. Diese Sequenz wird vielfach wiederholt, wobei jedesmal Phasencodierungs-Magnetfeldgradienten unterschiedlicher Amplitude angelegt werden, um eine entsprechende Vielfalt unterschiedlich phasencodierter Projektionen oder Profile, sogenannte Views zu erzeugen.
Eine anatomische Bewegung wie eine Herz- und Atmungsbewegung führen im allgemeinen zu einer Beeinträchtigung der resultierenden Bilder. Das Ausmaß der Beeinträchtigung weist eine Beziehung zum Ausmaß oder der Amplitude der physiologischen Verschiebung von Projektion zu Projektion, der Bewegungsgeschwindigkeit und dergleichen auf. Es sind vielfältige Monitoren für anatomische Zustände eingesetzt worden, um die Erfassung, Verarbeitung oder die Nutzung von NMR- oder anderen nichtinvasiven Abbildungsdaten entsprechend der physiologischen Bewegung zu steuern. Vergleiche beispielsweise die US Patente 4,763,075 und 4,545,384.
Der Herzzyklus eines Patienten wird normalerweise mit Elektro-Kardiographie-Elektroden abgefühlt, die auf der Haut des Patienten angebracht werden und mit elektrisch leitenden Leitungen verbunden werden, die zu einer Verarbeitungsschaltung führen. Die Elektroden umfassen gemeinhin einen elektrisch leitenden Silberhalid-Film, der von einer dünnen Schicht eines mit elektrisch leitendem Gel imprägnierten Schaums bedeckt ist, um eine gute elektrische Verbindung mit der Haut des Patienten sicherzustellen. Ein Haftstreifen oder Haftkissen umgibt im allgemeinen die Elektrode, so daß diese fest und sicher an einem selektierten Bereich der Haut des Patienten gehalten wird. Der Silberhalid-Film wird wiederum mit einem metallischen Vorsprung oder Vorsteckstift verbunden, der in ein entsprechend leitendes Klemmteil oder einen Sockel am Ende jeder Leitung mit Schnappwirkung eingepaßt ist.
Von Fall zu Fall beklagen sich die Patienten über ein brennendes Gefühl unter den Herzelektroden während einer NMR- Untersuchung. Wenn die Klebestreifen der Elektro-Kardiographie-Elektrode entfernt werden, bleiben manchmal rote Flecken auf der Patientenhaut sichtbar zurück. Obgleich diese Flecken ursprünglich einer allergischen Reaktion auf das elektrisch leitende Gel oder einer Irritation von den Haftmitteln zugeschrieben wurden, besteht nun offensichtlich Klarheit darüber, daß die Patienten tatsächlich über diese Haftstreifen eine Verbrennung erleiden. Vergleiche Kanal et cl., Radiologie 176:593-606, 1990.
Die EP-A-0132785 offenbart ein Untersuchungsgerät mit einer Einrichtung zur Untersuchung einer inneren Region eines Objekts in einer Untersuchungsregion mit Hochfrequenzenergie; eine Monitoreinrichtung zum Verfolgen und Kontrollieren eines Zustandes des Objekts, wobei die Monitoreinrichtung zumindest eine elektrisch leitende Monitorleitung oder Meßleitung umfaßt, die mit einer Elektrode verbunden ist, welche in Kontakt mit dem Objekt angebracht ist und erfaßte oder verfolgte Zustandssignale erzeugt, die für diesen Zustand repräsentativ sind.
Die US-A-4308870 offenbart einen Lebenszeichenmonitor, aufweisend zumindest zwei Kontaktflecken, die eine Vorderseite zum Kontaktieren der Brust eines Patienten aufweisen, und eine Vorrichtung zur Verbindung der Kontaktflecken miteinander; ferner eine Einrichtung, die zwischen die beiden Kontaktflecken gelegt ist und die Bewegung der Brust detektiert; und eine Einrichtung in diesen Kontaktflecken zur Überwachung einer Körperfunktion des Patienten, wobei zumindest einer der Kontaktflecken einen Temperaturmeßfühler enthält und eine leitende Übertragungsleitung mit diesem Meßfühler verbunden ist.
Die US-A-4095588 offenbart ein Verfahren zum Reinigen eines vaskularen Systems einer Person, wobei das Verfahren das Umgeben der Person mit einem Magnetfeld umfaßt, das mit variabler Frequenz und Amplitude so steuerbar ist, daß rote Blutzellen während der Rotation um eine vaskulare Achse in radialer Richtung vorgetrieben werden, um so vaskulare Anhäufungen, die dazu neigen das vaskulare System zu blockieren, zu lockern und zu beseitigen.
Es ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, ein Gerät und ein Verfahren zur nicht-invasiven Untersuchung anzugeben, wodurch einige der oben dargelegten Probleme überwunden werden.
Gemaß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Gerät zur nicht-invasiven Untersuchung angegeben, das aufweist: eine Einrichtung zur nicht-invasiven Untersuchung eines inneren Bereichs eines Objekts in einer Untersuchungsregion mit Hochfrequenzenergie; eine Monitoreinrichtung oder Überwachungseinrichtung zur Verfolgung und Kontrolle eines Zustands des Objekts, wobei die Monitoreinrichtung zumindest eine elektrisch leitende Monitorleitung oder Meßleitung umfaßt, die mit einer Elektrode verbunden ist, welche einen elektrisch leitenden Bereich definiert und abgrenzt, der in Kontakt zum Objekt angebracht ist, und aufgenommene oder gemessene Zustandssignale erzeugt, die für diesen Zustand repräsentativ sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät ferner eine Temperaturmeßfühlereinrichtung in Wärmeaustausch oder thermischer Verbindung mit dem elektrisch leitenden Bereich zur Abfühlung einer Temperatur der Elektrode aufweist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur nicht-invasiven Untersuchung angegeben, das umfaßt: die Befestigung einer einen elektrisch leitenden Bereich definierenden oder abgrenzenden Elektrode, die mit einer elektrischen Leitung verbunden ist und einem Objekt, und das Positionieren eines Teils des zu untersuchenden Objekts in einer Untersuchungsregion; die Aussetzung der Untersuchungsregion sich ändernden Magnetfeldern und Hochfrequenzsignalen zur Induzierung von magnetischer Resonanz ausgewählter Kerne in der Untersuchungsregion, wobei die Hochfrequenzsignale Hochfrequenzströme in der elektrischen Leitung induzieren; das Empfangen von Magnetresonanzsignalen aus der Untersuchungsregion; und das Verarbeiten der empfangenen Magnetresonanzsignale zu Diagnoseinformation, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren ferner das Plazieren einer Temperaturmeßfühlereinrichtung in einem Wärmeaustauschmedium oder in Wärmeaustausch mit dem leitenden Bereich zur Abfühlung einer Temperatur der Elektrode, das Verfolgen oder Messen der Temperatur oder Änderungsrate der Temperatur bzw. der Änderungsgeschwindigkeit der Temperatur der Elektrode und ansprechend darauf, daß die aufgenommene Elektrodentemperatur oder Änderungsgeschwindigkeit der Temperatur eine vorab ausgewählte Grenze übersteigt, Steuern der Hochfrequenzsignale, denen diese Region ausgesetzt wird.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist der, daß sie einen Patienten vor Verbrennungen schützt.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß sie eine exakte aufzeichenbare Information hinsichtlich der Elektrodentemperatur liefert.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist der, daß sie eine lokalisierte Erwärmung dadurch verhindert, daß die Ausbreitung induzierter Ströme in den elektrischen Zuleitungen begrenzt wird.
Geräte und Verfahren gemäß der Erfindung werden nun beispielhalber unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert, in denen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines NMR-Geräts gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer das Herz, den Atmungszyklus und eine Elektrodentemperatur verfolgenden Monitorvorrichtung der Fig. 1 ist;
Fig. 3 einen Elektrodenchip-Temperaturmeßfühler zeigt sowie eine Induktionsstrom-Blockierschaltung;
Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel der Induktionsstrom- Blockieranordnung der Fig. 2 zeigt;
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Verarbeitungsvorrichtung der Fig. 1 für ein kardiales, ein Temperatur- und ein Atmungssignal ist;
Fig. 6 ein alternatives Ausführungsbeispiel ist, bei dem die kardialen, Temperatur- und Atmungssignale über einen optischen Weg digital übertragen werden;
Fig. 7 ein alternatives Ausführungsbeispiel der Induktionsstrom-Blockieranordnung der Fig. 4 ist, wobei hier die Impedanzen Serienwiderstände sind;
Fig. 8 ein alternatives Ausführungsbeispiel der Induktionsstrom-Blockieranordnung der Fig. 4 ist, die mehrfache parallele Resonanzmoden in Serie mit den ECG-Leitungen enthält;
Fig. 9 ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel der Induktionsstrom-Blockieranordnung der Fig. 4 ist, wobei dieses Ausführungsbeispiel eine durchstimmbare, parallele LC- Schaltung in Serie mit der ECG-Leitung aufweist;
Fig. 10 ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel der Induktionsstrom-Blockieranordnung der Fig. 4 ist, wobei diese Ausführung eine Serienresonanzschaltung in Serie der ECG- Leitung aufweist;
Fig. 11 ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel der Induktionsstrom-Blockieranordnung mit kombinierten Serienund Parallel-Resonanz-LC-Schaltungen ist.
Gemaß Fig. 1 umfaßt ein Gerät zur nicht-invasiven Untersuchung A wie ein NMR-Gerät einen Raum zur Aufnahme eines Objekts, insbesondere eines Patienten B, der der nicht-invasiven Untersuchung unterzogen werden soll. Eine Monitoreinrichtung C ist angrenzend an das Objekt angeordnet und mit einer monitorfernen Zustandssignal-Verarbeitungseinrichtung D verbunden. Die Monitoreinrichtung verfolgt vorab ausgewählte Zustznde wie kardiale, Atmungs- oder andere anatomische Zyklen des Patienten, die Temperatur des Patienten oder einer diesem zugeordneten Ausrüstung wie beispielsweise ECG-Elektroden, sowie auch andere System- oder anatomische Zustände. Ein Ausgangssignal der Monitoreinrichtung C übertragt Überwachungs- Zustandsinformation an die Verarbeitungseinrichtung D. Die Verarbeitungseinrichtung D leitet aus den empfangenen Daten eine abgefühlte oder aufgenommene Zustandsinformation ab. Wahlweise wird die Information dem NMR-Gerät A zur Verwendung bei der Zeitsteuerung für die Abbildungssequenz, die Verarbeitung der erfaßten Daten, die Erfassung oder Filterung der NMR-Daten und dergleichen zugeführt.
Das NMR-Gerät umfaßt eine Hauptmagnetfeld-Steuereinrichtung 10, die resistive und supraleitende Hauptmagnetfeld-Spulen 12 so ansteuert, daß diese in Längsrichtung durch eine Abbildungsregion ein im wesentlichen gleichförmiges Magnetfeld erzeugen. Eine Magnetfeldgradienten-Steuereinrichtung 14 gibt geeignete Stromimpulse auf Gradientenfeldspulen 16, um über das Hauptmagnetfeld hinweg Gradienten zu erzeugen. Der genaue Charakter und die Folge der Gradienten wird dadurch bestimmt, welche der zahlreichen magnetischen Abbildungssequenzen ausgewählt ist. Ein Hochfrequenzübertrager 20 erzeugt Impulse zur magnetischen Resonanzanregung, zur Inversion und zur Manipulation der NMR, wobei diese Impulse einer Hochfrequenz spule 22 zugeführt werden. Die Gradienten- und Hochfrequenzimpulssequenzen sind im Stand der Technik üblich. Ein Hochfrequenzempfänger 24 empfängt Hochfrequenz-Magnetresonanzsignale vom Objekt in der Untersuchungsregion. Resonanzsignale können von der Hochfrequenzspule 22 oder durch (nicht dargestellte) lokalisierte Empfangsspulen aufgenommen werden. Eine Rekonstruktionseinrichtung 25 wendet eine zweidimensionale inverse Fourier Transformation an oder auch einen anderen bekannten Algorithmus, um eine elektronische Bilddarstellung aus den empfangenen Magnetresonanzsignalen aufzubauen. Dabei wird generell jedes Echo oder jedes andere Signal zu einer Projektion, dem sogenannten View, rekonstruiert, wobei die Projektionen in einem Bildspeicher 28 summiert werden. Die vervollständigten Bilder des Bildspeichers können auf einem Videodisplay-Monitor 30 dargestellt werden, einer weiteren Verarbeitung unterzogen werden oder beispielsweise auf Band oder Platte aktiviert werden.
Eine Steuereinrichtung 32 für die Magnetresonanzsequenz steuert die Zeitfolge, mit der die Gradientenfeldsteuereinrichtung und der Hochfrequenzübertrager Gradienten- und Hochfrequenzimpulse anlegen, um eine der konventionellen NMR-Abbildungssequenzen zu realisieren. Die Zeitfolge oder der zeitliche Abstand zwischen den Wiederholungen der Impulssequenzen kann derart eingestellt werden, daß jede Sequenz innerhalb eines vorbestimmten Bereichs einer anatomischen Bewegung aufgenommen wird. Alternativ können der Hochfrequenzempfänger 24 oder die Rekonstruktionseinrichtung 26 so gesteuert werden, daß sie während ungeeigneter Bereiche der anatomischen Bewegung aufgenommene Daten verwerfen, wobei sie derartige Daten einer stärkeren Filterung unterziehen, um solche Daten durch eine Durchschnittsgröße angrenzender Projektionen oder Profile oder dergleichen zu ersetzen.
Gemäß den Figuren 2 und 3 umfaßt die Patientenmonitoreinrichtung C einen ersten Zustandsdetektor, der im bevorzugten Ausführungsbeispiel aus ECG-Elektroden 40 besteht, die den kardialen Zyklus des Patienten verfolgen und messen. Jede Elektrode umfaßt eine leitende Oberfläche oder Schicht 42 und einen elektrisch leitfähigen, mit Gel imprägnierten Schaumstoff oder Schwamm 44 zur Herstellung eines elektrischen Kontaktes zum Patienten. Ein peripherer Flansch 46 mit adhesiver Oberfläche bringt die Elektrode sicher und fest am Patienten an. Die elektrisch leitende Oberfläche 42 ist mit einer Vorsteckstift- oder Steckereinrichtung 48 elektrisch verbunden, die bedarfsweise mit Schnappwirkung in einen Verbinder 50 einsetzbar und aus diesem wieder herausnehmbar ist.
Der Verbinder 50 umfaßt einen elektrisch leitfähigen Sockel 52, der den Vorsteckstift oder den Stecker 48 aufnimmt und umgreift. Vorzugsweise weist der Sockel 52 eine Folge elektrisch leitender Federteile auf, die einen aufgeweiteten Teil des Steckerteils 48 umgreifend und federnd halten. Der Sockel 52 ist mit einer Induktionsstrom-Blockierimpedanz 54 verbunden. Die kardialen Signale werden über das elektrisch leitende Gel des Schaumstoffs oder Schwamms 44, die elektrisch leitende Oberfläche 42, den Stecker 48, den Sockel 52, die Impedanz 54 und eine ECG-Leitung 56 übertragen.
Eine Temperaturmeßfühlereinrichtung 60, wie eine resistive Temperatureinrichtung (RTD) oder ein Thermistor, messen die Temperatur des Sockels 52. Da der Sockel 52 in innigem Wärmekontakt mit dem Stecker 48 und der elektrisch leitenden Oberfläche 42 steht, liefert die Temperaturmeßfühlereinrichtung 60 ein Ausgangssignal, das die Temperatur der Elektrode 40 anzeigt. Die Temperaturmeßfühlereinrichtung ist mit einer Leitung 62 zum Führen eines Temperatursignals verbunden. In der bevorzugten resistiven Temperatureinrichtung wird eine Gleichspannung über die ECG-Leitung 56 gelegt, die auch mit einem Ende der resistiven Temperatureinrichtung 60 und der Temperaturmeßfühlerleitung 62 verbunden ist, um so temperaturabhängige Änderungen im Widerstand der resistiven Temperatureinrichtung zu verfolgen und zu messen.
Es sind auch weitere und andere Temperaturmeßfühler in Betracht gezogen. In einem weiteren Ausführungsbeispiel umfaßt die Temperaturmeßfühlereinrichtung 60 einen Fluoreszenz- Optiktemperaturmeßfühler. Der Fluoreszenz-Optiktemperaturmeßfühler enthält eine Lichtleitfaser mit Phosphor an ihrer Endfläche, dessen Fluoreszenz mit einem bekannten Temperaturfuntionsverlauf variiert. Auf diese Weise zeigt das über die Lichtleitfaser-Temperaturleitung 62 übertragene Licht die Temperatur des Sockels und damit der Elektrode an.
Die elektrische Temperaturmeßfühlereinrichtung 60 ist mit der Temperaturausgangsleitung 62 mit einer zweiten Impedanzeinrichtung 64 verbunden. Die zweite Impedanzeinrichtung 64 weist einen ähnlichen Aufbau wie die Impedanzeinrichtung 54 auf und dient dazu, zu verhindern, daß in der Temperaturausgangsleitung 62 induzierte Ströme den Sockel durch die resistive Temperatureinrichtung erreichen und eine Erwärmung der Elektrode hervorrufen.
Gemaß Fig. 4 werden die Impedanzeinrichtungen 54 und 64 jeweils ausgewählt, um kardiale und Temperatur-Signale im wesentlichen ohne Beeinträchtigung weiterzuleiten, jedoch die Weiterleitung elektrischer Ströme zu blockieren und zu sperren, die in den Leitungen 56 und 62 durch die Hochfrequenzsignale induziert werden, die in der NMR-Abbildungssequenz angelegt werden oder die durch die sich ändernden Magnetfeldgradienten induziert werden. Die Frequenz der durch die Hochfrequenzimpulse induzierten Ströme wird im wesentlichen auf derselben Frequenz wie die der Hochfrequenzimpulse, im allgemeinen MHz-Bereich liegen. Für einen 1,5-Tesla-Scanner betragen die Hochfrequenzimpulse allgemein 64 MHz. Da die kardialen Signale typischerweise im Bereich von 0-150 Hz liegen, können sie leicht von den induzierten Strömen unterschieden werden und auf der Grundlage der Frequenz selektiv blockiert oder weitergeleitet werden. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 4 ist eine LC-Bandpaßfilterschaltung mit parallel geschaltetem Induktor 66 und Kondensator 68 in Serie zur elektrischen Leitung 56 (62) geschaltet. Die induktiven und kapazitiven Elemente sind derart ausgewählt, daß sie kardiale und Temperatur-Signale im Bereich von etwa 0-150 Hz im wesentlichen ungedämpft hindurchlassen, d.h. die LC-Schaltung ist für die kardialen Signale im wesentlichen unsichtbar. Dabei werden jedoch die Komponenten so ausgewählt, daß sie Ströme blockieren, die durch die Hochfrequenzimpulse der Abbildungssequenz im MHz-Bereich induziert werden. Das bedeutet, daß sich das Filter den hochfrequenten induzierten Strömen als sehr hohe Impedanz oder offene Leitung darstellt. Wahlweise ist ein Widerstand 70 parallel zum Induktor 66 und Kondensator 68 geschaltet, um den Q- oder Gütefaktor der Schaltung zur Verbreiterung des Frequenzbandes abzusenken, in dem die Schaltung als offene Leitung oder sehr hohe Impedanz erscheint.
Gemäß Fig. 2, auf die wieder Bezug genommen wird, ist eine Schutzschaltung 72 in Serie mit jeder Leitung verbunden, um die in der Schaltung stromabwärtig gelegenen elektronischen Bauelemente vor induzierten Strömen zu schützen. Die Schutzschaltung 72 umfaßt eine Impedanz 74 in Serie mit jeder elektrischen Leitung, wobei die Impedanz vorzugsweise eine analoge Konstruktion wie die Impedanzen 54 und 64 aufweist. Ein Verstärker 76 stellt die Größe, d.h. Amplitude der kardialen Signale ein. Obgleich die Impedanzen 74 so ausgewählt sind, 4a8 sie die Hochfrequenz-Induktionsströme blockieren, kann auch eine Anstiegsgeschwindigkeits-Begrenzereinrichtung vorgesehen werden, um weitere Frequenzkomponenten zu entfernen, die gemeinhin nicht in kardialen Signalen zu finden sind. Eine Gleichspannungskorrektureinrichtung 78 beseitigt einen Gleichspannungsoffset.
Die elektrischen Temperaturmeßfühler-Ausgangsleitungen 62 sind mit einer Schutzschaltung verbunden, die Impedanzen oder Filter 82 umfaßt, die wiederum analog zu den Impedanzen 54 und 64 dazu dienen, die stromaufwärtig gelegene Schaltung vor in den Leitungen 62 induzierten Strömen zu schützen. Eine verstärkereinrichtung 84 stellt die Amplitude der empfangenen Temperatursignale ein. Alternativ werden für Lichtleitfaserleitungen keine Schutzimpedanzen verwendet.
Eine Einrichtung 84 setzt die optischen Signale in elektrische Signale um und stellt die Amplitude der elektrischen Signale ein. Eine Elektrodenselektionseinrichtung 86 selektiert eines der Temperaturausgangssignale für die Weiterleitung. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die höchste abgefühlte Temperatur ausgewählt, wobei beispielsweise ein Spitzendetektor herangezogen wird. Alternativ können die Temperaturen jeder Elektrode zyklisch weitergereicht werden.
Ein Atmungsmonitor wie ein mit Luft gefüllter elastomerer Gürtel bzw. eine entsprechende Leibbinde 90 expandiert und kontrahiert sich mit der Atmung des Patienten. Die Expansion und Kontraktion rufen wiederum Änderungen im Luftdruck eines Schlauches oder einer Rohrleitung 92 hervor. Ein Drucksensor 94 setzt die Änderungen im durch die Leitung 92 übertragenen Luftdruck in elektrische Signale um, die den Atmungszyklus des Patienten anzeigen. Ein typischer Drucksensor ist ein Wandler mit abgeglichener Brücke zur Umsetzung des Drucks in elektrische Signale, wobei eine Brückenschaltung im Wandler vorgesehen ist, über die ein Oszillator ein Trägersignal von beispielsweise 2 kHz anlegt. Das Trägersignal moduliert das Atmungssignal zur Erzeugung eines Ausgangssignals in einem Frequenzbereich, der einfach von den kardialen und Temperatur-Signalen trennbar ist. Ein Interferenz- oder Schwebungsmuster oder eine Amplitudenvariation des modulierten Signals überträgt die kodierten Atmungszyklus-Daten. Ein Verstärker 96 verstärkt das Atmungssignal. Wahlweise kann ein Bandpaßfilter Rausch- und Verzerrungskomponenten beseitigen.
Da die kardialen, Temperatur- und Atmungssignale samtlich auf eindeutig unterscheidbaren und identifizierbaren Frequenzen liegen, werden sie in einem Summierverstärker 100 zur Ausbildung eines zusammengesetzten analogen Signals aufsummiert. Dieses zusammengesetzte analoge Ausgangssignal von der Summiereinrichtung wird durch einen analogen Faseroptik-Übertrager 102, d.h. ein Lichtleitübertragungsmittel in ein optisches Ausgangssignal umgesetzt. Die Frequenz der Lichtsignale vom Übertrager wird proportional zur Amplitude der Spannung des Ausgangssignals vom Summierverstärker moduliert und längs eines optischen Übertragungspfades 104 wie einer Glasfaseroptik oder einem Laserstrahl übertragen.
Gemäß Fig. 5 empfängt ein Faseroptik-Empfänger 110 die kardialen, Temperatur- und Atmungssignale und setzt sie in entsprechende elektrische Signale um. Die elektrischen Signale vom Faseroptik-Empfänger 110 werden zu Bandpaßfiltern 112, 114 und 116 geführt. Das Bandpaßfilter 112 ist ein Tiefpaßfilter, das niederfrequente Signal beispielsweise Signale zwischen 10 und 150 Hz hindurchläßt. Eine Gleichspannungskorrektureinrichtung 110 führt eine Gleichspannungskorrektur der Signale durch, die durch das Tiefpaßfilter 112 hindurchgelassen wurden. Eine analoge R-Wellendetektoreinrichtung 120 detektiert die R-Wellen dieser Signale.
Das Bandpaßfilter 114 läßt Signale mit einer Frequenz unter etwa 1 Hz durch, d.h. das Elektrodentemperatursignal. Die Temperaturbegrenzungseinrichtung 122 vergleicht das Temperatursignal mit der vorab ausgewählten Temperatur. Wahlweise überwacht eine Bestimmungseinrichtung 124 für die Änderungsgeschwindigkeit der Temperatur diese Temperaturänderungsgeschwindigkeit. Eine Temperaturprojektionseinrichtung 126 ermittelt die Geschwindigkeit, mit der sich die Temperatur der vorab ausgewählten Temperaturgrenze nähert. Falls die Temperatur die Grenztemperatur überschreitet oder falls die Temperatur sich der Grenztemperatur innerhalb vorab ausgewählter Toleranzen mit einer höheren Geschwindigkeit als einer vorab ausgewählten Geschwindigkeit nähert, wird ansprechend hierauf ein Temperaturalarm akustisch ausgestrahlt. Der Alarm kann lediglich aus einer verbalen oder visuellen Warnung bestehen oder er kann auch ein Signal an den zentralen Sequenzrechner 32 sein, der die Abtastsequenz abschließt.
Das Bandpaßfilter 116 läßt Signale mit einer Frequenz von etwa 2 Hz durch, d.h. die Atmungssignale. Eine Demodulationsschaltung 130 demoduliert das Atmungssignal vom 2 Hz Träger. Ein Atmungsdetektor 132 empfängt die Atmungssignale und liefert Atmungszustandssignale an die zentrale Sequenzrechnereinrichtung 32. Dies ermöglicht dem zentralen Sequenzrechner, eine Abtastung nur auf den geeigneten Phasen der Atmungsoder kardialen Zyklen anzutriggern, und wenn die Temperaturen der Elektroden innerhalb der geeigneten Bereiche liegen.
Die Gleichspannungskorrektureinrichtung 118, das Tiefpaßfilter 114 und die Demodulationseinrichtung 130 sind mit einem Analog/Digital-Wandler 134 zur Digitalisierung der kardialen, Temperatur- und Atmungsinförmation für ein gängiges, geeignetes Rechnerinterface verbunden.
Gemäß Fig. 6 können die kardialen, Temperatur-, Atmungs- und jedwede anderen kontrollierten und verfolgten Zustandssignale kodiert und digital übertragen werden. Die analogen kardialen, Temperatur-, Atmungs- und jedwede anderen kontrollierten Zustandssignale werden einer Multiplexer- oder Selektionseinrichtung 140 zugeführt. Die Multiplexereinrichtung wird mit einer Hochfrequenz getaktet, um jedes der kardialen, Temperatur-, Atmungs- und anderen Zustandssignale zyklisch auf einen Analog/Digital-Wandler 142 zu geben. Die digitalen Ausgangssignale werden von einem digitalen Faseroptik-Übertrager 102 über ein Faseroptik-Ausgangskabel 104 übertragen. Die Taktrate des Multiplexers wird entsprechend der Geschwindigkeit des Analog/Digital-Wandlers und des digitalen Faseroptik-Übertragers ausgewählt. Selbstverständlich braucht der Multiplexer oder die Selektionseinrichtung 140 nicht eine Digitalisierung der Signale in zyklischer Reihenfolge bewirken. Statt dessen können die sich schneller ändernden Signale wie das kardiale Signal häufiger auf den Analog/Digital-Wandler gegeben werden als die sich langsamer ändernden Signale wie die Temperatur- und Atmungssignale.
Die digitalen optischen Signale auf der Faseroptik-Übertragungsleitung 104 werden vom Faseroptik-Empfänger 110 empfangen. Die digitalen Signale werden zu einer Sortiereinrichtung 144 übertragen, die die Anteile des digitalen Signals abtrennt, die dem kardialen Signal, dem Temperatursignal, dem Atmungssignal und anderen Zustandssignalen zuzuordnen sind, und trennt dabei diese Signale voneinander. Die kardialen Signale werden der R-Wellendetektoreinrichtung 120 zugeführt, die ein Triggersignal an den zentralen Sequenzrechner 32 ansprechend auf jede detektierte R-Welle ausgibt. Die R-Wellendetektoreinrichtung 120 kann direkt auf das digitale kardiale Signal einwirken. Alternativ kann ein Digital/Analog-Umsetzer das kardiale Signal von der Detektion der R-Welle auf eine analoge Form umsetzen.
Die Sortiereinrichtung 144 sendet das digitale Temperatursignal zur Temperaturgrenzen-Prüfeinrichtung 122-126, die das empfangene Temperatursignal mit den vorab ausgewählten Grenzen vergleicht.
Die Sortiereinrichtung 144 sendet die digitalen Atmungssignale an die Atmungsdetektorschaltung 132, die den Zustand des Atmungszyklus überwacht. Vorzugsweise werden die digitalen Atmungssignale nicht mit einem Höher frequenten Signal moduliert, wobei die Notwendigkeit der Demodulation des Signals entfällt.
Gemäß Fig. 7 können die Impedanz- oder Filteranordnungen 54, 64 einen Widerstand 150, beispielsweise einen 10 kΩ-Widerstand in Serie zur Leitung umfassen. Der Widerstand shuntet Hochfrequenzkomponenten, die von den ECG-Leitungen zu den ECG-Elektroden fließen. Der Widerstand wird so ausgewählt, daß er eine niedrige Kapazität und eine hohe Impedanz aufweist, um von den Leitungen zu den ECG-Elektroden fließen HF-Ströme zu begrenzen.
Gemäß Fig. 8 kann jede der Anordnungen Parallelresonanzschaltungen mit mehreren Resonanzmoden umfassen. Eine erste LC- Resonanzschaltung 152 und eine zweite LC-Schaltung 154 weisen Induktoren und Kapazitäten auf, die so ausgewählt sind, daß sie zwei oder mehr Frequenzen abdecken. Dies ermöglicht, daß dieselben Leitungen für NMR-Geräte verwendbar sind, die unterschiedliche Feldstärken oder Betriebsfrequenzen aufweisen.
Alternativ kann gemäß Fig. 9 eine LC-Filterschaltung 156 einen variablen Kondensator aufweisen, um selektiv die Resonanzfrequenz durchzustimmen. Dies ermoglicht die Einstellung der Impedanz für Geräte verschiedener Feldstärken oder dergleichen.
Gemäß Fig. 10 umfaßt eine Serienresonanz-LC-Schaltung 158 induktive und kapazitive Komponenten, die Signale im ECG-Frequenzbereich hindurchlassen, jedoch Signale höherer Frequenzen dämpfen.
Gemäß Fig. 11 kann die Impedanzanordnung eine Kombination aus Parallel- und Serienresonanzschaltungen umfassen, um zwei Betriebsmodi vorzusehen. Der Serienmodus liefert eine geringe Impedanz für das ECG-Signal, wohingegen der Parallelmodus eine hohe Impedanz auf HF-Frequenzen vorsieht.
Obgleich diese Beschreibung ein Temperaturmeßfühlersystem für Herzmonitorelektroden beschreibt, ist zu beachten, daß derartige Systeme auch zur Abfühlung der Temperatur irgendeiner anderen Elektrode verwendet werden könnten.

Claims

1. Gerät (A) zur nicht-invasiven Untersuchung, aufweisend: eine Einrichtung zur nicht-invasiven Untersuchung einer internen Region eines Objekts (B) in einer Untersuchungsregion mit Hochfrequenzenergie; eine Monitoreinrichtung (C) zum Verfolgen eines Zustandes des Objektes (B), wobei die Monitoreinrichtung (C) zumindest eine elektrisch leitende Monitorleitung (56) umfaßt, die mit einer Elektrode (40) verbunden ist, die einen elektrisch leitenden Bereich (42, 44) abgrenzt, der in Kontakt mit dem Objekt (B) angebracht ist und aufgenommene Zustandssignale erzeugt, die repräsentativ für diesen Zustand sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät eine Temperaturmeßfühlereinrichtung (60) in Wärmeaustausch mit dem elektrisch leitenden Bereich (42, 44) zur Abfühlung einer Temperatur der Elektrode (40) aufweist.

2. Gerät nach Anspruch 1, ferner aufweisend eine Bandpaßfiltereinrichtung (54), die aufgenommene Zustandssignale hindurchläßt und die Weiterleitung von in der Monitorleitung (56) induzierten Hochfrequenzströmen blockiert.

3. Gerät nach Anspruch 2, in welchem die Bandpaßschaltung Signale unterhalb 150 Hz im wesentlichen ungedämpft hindurchläßt und für Hochfrequenzströme eine hohe Sperrimpedanz darstellt.

4. Gerät nach Anspruch 2 oder 3, ferner aufweisend einen Widerstand (70), der parallel zur Bandpaßschaltung gelegt ist, um den Bereich von Frequenzen zu verbreitern, denen eine hohe Impedanz dargeboten wird.

5. Gerät nach Anspruch 2, 3 oder 4, ferner aufweisend eine zweite Bandpaßschaltung (154), die in Serie zur ersten Bandpaßschaltung (152) gelegt ist, wobei die erste und zweite Bandpaßschaltung (152, 154) unterschiedliche Resonanzfrequenzen derart aufweisen, daß Hochfrequenzsignale von zumindest zwei Frequenzbändern gesperrt werden.

6. Gerät nach einem vorhergehenden Anspruch, in welchem die Temperaturmeßfühlereinrichtung (60) einen Temperaturmeßfühler (60) und eine Temperaturmeßfühler-Leitung (62) umfaßt, die sich vom Temperaturmeßfühler (60) zu einer Temperatursignal- Ausgabeeinrichtung erstreckt.

7. Gerät nach Anspruch 6, in welchem der Temperaturmeßfühler (60) ein Fluoreszenz-Optiksensor ist, der Licht erzeugt, welches sich entsprechend der Temperatur ändert, und in welchem die Temperaturmeßfühler-Leitung (62) eine Faseroptik ist.

8. Gerät nach Anspruch 6, in welchem die Temperaturmeßfühlereinrichtung (60) ein elektrischer Meßfühler ist und die Temperaturmeßfühler-Leitung (62) eine elektrisch leitende Leitung ist, und ferner aufweisend eine Filtereinrichtung (54, 64), die mit zumindest einem der Elemente der Temperaturmeßfühler-Leitung (62) und Monitorleitung (56) verbunden ist, um die Übertragung von Hochfrequenzsignalen hierdurch zu blockieren und Temperatursignale hindurchzulassen.

9. Gerät nach einem vorhergehenden Anspruch, in welchem die Monitorleitung (56) einen Sockel (52) an einem ihrer Enden aufweist, die Temperaturmeßfühlereinrichtung (60) im Sockel (52) angebracht ist und in welchem die Elektrode (40) eine Steckeinrichtung (48) aufweist, die im Sockel (52) lösbar aufnehmbar ist und mit diesem elektrisch verbindbar ist.

10. Gerät nach Anspruch 8 oder 9, ferner aufweisend: eine Empfangseinrichtung (110) für ein optisches Signal, die die digitalen optischen Signale, die längs des optischen Übertragungsweges (104) übertragen werden, empfängt; eine Sortiereinrichtung (144), die Bits des empfangenen digitalen Signals zwischen einem Detektor (120) für das aufgenommene Zustandssignal und einer Temperaturgrenzen-Prüfeinrichtung (122) zum Vergleichen der aufgenommenen Temperatur mit einer vorbestimmten Grenze sortiert.

11. Gerät nach einem vorhergehenden Anspruch, ferner aufweisend: einen Analog/Digital-Wandler (142), der funktionswirksam mit der elektrischen Leitung verbunden ist, um die aufgenommenen Zustandssignale, die längs der Leitung (56) geführt werden, in elektrische digitale Signale umzusetzen; und eine elektro-optische Wandlereinrichtung zum Umsetzen der elektrischen digitalen Signale in optische digitale Signale und zum Übertragen der optischen digitalen Signale längs eines Lichtwegs

12. Gerät nach Anspruch 11, ferner aufweisend: eine Multiplexereinrichtung (140), die dem Analog/Digital-Wandler (142) alternativ ein elektrisches Temperatursignal und ein aufgenommenes Zustandsüberwachungssignal zuführt.

13. Verfahren zur nicht-invasiven Untersuchung, umfassend: Befestigen einer Elektrode (40), die einen elektrisch leitenden Bereich (42, 44) abgrenzt, der mit einer elektrischen Leitung (56) und einem Objekt (B) verbunden ist, und Positionieren eines Bereichs des zu untersuchenden Objekts (B) in einer Untersuchungsregion; Aussetzen der Untersuchungsregion sich ändernden Magnetfeldern und Hochfrequenzsignalen zur Induzierung einer magnetischen Resonanz ausgewählter Kerne in der Untersuchungsregion, wobei die Hochfrequenzsignale Hochfrequenzströme in der elektrischen Leitung (56) induzieren; Aufnehmen magnetischer Resonanzsignale aus der Untersuchungsregion; und Verarbeiten der empfangenen magnetischen Resonanzsignale zu Diagnoseinformation, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren ferner die Plazierung einer Temperaturmeßfühlereinrichtung (60) in Wärmeaustausch mit dem leitenden Bereich (42, 44) umfaßt, um eine Temperatur der Elektrode (40) abzufühlen, Verfolgen der Temperatur oder Änderungsrate der Temperatur der Elektrode (40) und abhängig davon, ob die aufgenommene Elektrodentemperatur oder Änderungsrate der Temperatur eine vorab ausgewählte Grenze übersteigt, Steuern von Hochfrequenzsignalen, denen diese Region ausgesetzt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13 ferner umfassend: das Verbinden dieser Elektrode (40) mit dieser Leitung (56) über eine Filtereinrichtung (54) zum Blockieren der Übertragung von in der Leitung (56) induzierten Hochfrequenzströmen und zum Hindurchlassen magnetischer Resonanzsignale von der Elektrode (40) in diese Leitung (56).