DE102014018490A1 - Apparatus and method for removing pulse-like noise signals from mis-signals of an electro-impedance tomography apparatus suitable for lung imaging - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verarbeitung von EIT-Signalverläufen (5, 6), welche von einem für eine Bildgebung von Lunge geeigneten Elektro-Impedanz-Tomographie-Gerat (EIT) gewonnen wurden. Das Verfahren ermöglicht eine Entfernung von impulsartigen Störsignalen (7, 9) aus den EIT-Signalverläufen (5, 6) und damit eine Verbesserung der Qualität zur Visualisierung der EIT-Signalverläufe (5, 6) zu einer Abbildung (10) einer Belüftungssituation der Lunge. Das Verfahren ist geeignet und vorteilhaft, ohne einen nennenswerten Zeitverzug nach Bereitstellung oder Erfassung der EIT-Signalverläufe (5, 6) von impulsartigen Störsignalen (7, 9) bereinigte Signale für die Erzeugung der Abbildung (10) bereitzustellen. Weiterhin wird eine Vorrichtung angegeben, mit der eine Entfernung von impulsartigen Störsignalen (7, 9) aus den EIT-Signalverläufen (5, 6) ermöglicht ist.The invention relates to a method for processing EIT signal waveforms (5, 6), which were obtained from a suitable for imaging of lung electro-impedance tomography device (EIT). The method enables a removal of pulse-like interference signals (7, 9) from the EIT signal waveforms (5, 6) and thus an improvement in the quality for visualization of the EIT waveforms (5, 6) to an image (10) of a ventilation situation of the lung , The method is suitable and advantageous, without a significant time delay after provision or detection of the EIT signal waveforms (5, 6) of pulse-like interference signals (7, 9) to provide cleaned signals for generating the mapping (10). Furthermore, a device is provided with which a removal of pulse-like interference signals (7, 9) from the EIT signal waveforms (5, 6) is made possible.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Entfernung impulsartiger Störsignale aus Messsignalen eines für eine Bildgebung der Lunge eines Patienten geeigneten Elektro-Impedanz-Tomographie-Gerätes. Die Vorrichtung und das Verfahren ermöglichen eine Entfernung von impulsartigen Störsignalen, insbesondere Impulsen eines Herzschrittmachers (Pacemaker), sogenannten Herzschrittmacherimpulsen, die im Betrieb des Elektro-Impedanz-Tomographie-Gerätes den Messsignalen bei gleichzeitigem Einsatz des Herzschrittmachers an dem Patienten überlagert sind, aus den Messsignalen des Elektro-Impedanz-Tomographie-Gerätes. Aus dem Stand der Technik sind Vorrichtungen zur Elektro-Impedanz-Tomographie (EIT) bekannt. Diese Vorrichtungen sind dazu ausgestaltet und vorgesehen, aus mit Hilfe von Elektro-Impedanz-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 Leitfähigkeit verschiedener Körpergewebe, Knochen, Haut, Körperflüssigkeiten und Organe, insbesondere der Lunge auf, die zu einer Beobachtung der Patientensituation dienlich sind.The present invention relates to an apparatus and a method for removing pulse-like interference signals from measurement signals of an electro-impedance tomography device suitable for imaging the lungs of a patient. The device and the method enable a removal of pulse-like interference signals, in particular pulses of a pacemaker, so-called pacemaker pulses, which are superimposed during operation of the electro-impedance tomography device the measurement signals with simultaneous use of the pacemaker to the patient, from the measurement signals of the electro-impedance tomography device. Devices for electro-impedance tomography (EIT) are known from the prior art. These devices are designed and intended to generate an image, a plurality of images or a continuous image sequence from signals obtained by means of electro-impedance measurements and from data and data streams obtained therefrom. These images or sequences of images show differences in the conductivity of various body tissues, bones, skin, body fluids and organs, especially the lungs, which are useful for observing the patient's situation.
So beschreibt die
In der
Die Elektro-Impedanztomographie (EIT) hat, im Unterschied zu anderen bildgebenden radiologischen Verfahren (Röntgengeräte, radiologische Computer-Tomographen), den Vorteil, dass eine für den Patienten nachteilige Strahlungsbelastung nicht auftritt. Im Unterschied zu sonografischen Verfahren kann mit dem EIT eine kontinuierliche Bilderfassung über einen repräsentativen Querschnitt des gesamten Thorax und der Lunge des Patienten mit Hilfe des Elektrodengürtels vorgenommen werden. Zusätzlich entfällt die Notwendigkeit der Verwendung eines Kontaktgels, das vor jeder Untersuchung aufgetragen werden muss. Die Elektro-Impedanztomographie (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.Electro-impedance tomography (EIT), unlike other imaging radiological procedures (X-ray machines, radiological computer tomographs), has the advantage that no negative radiation exposure to the patient occurs. In contrast to sonographic procedures, the EIT can be used for continuous image acquisition over a representative cross-section of the entire thorax and the patient's lungs with the help of the electrode belt. In addition, there is no need to use a contact gel, which must be applied before each examination. Electro-impedance tomography (EIT) thus offers the advantage of enabling continuous monitoring of the lungs in order to observe and document a course of therapy of a mechanically-ventilated or spontaneously-breathing patient.
Die Messungen der Spannungen und Ströme mittels einer Elektrodenanordnung um den Brustkorb eines Patienten mit einem EIT-Gerät, wie sie beispielsweise aus der
Prinzipiell kann zu einer Entfernung oder Bedämpfung der hochfrequenten Anteile eine Filterung mittels einer Tiefpassanordnung vorgenommen werden, nachteilig an einer solchen Tiefpass-Filterung sind jedoch die nicht unerheblichen Signalverzögerungen, welche sich insbesondere dann bei einer Tiefpass-Filterung ergeben, je effektiver, beispielsweise mit Tiefpass-Filteranordnungen höherer Ordnung, wie etwa als Ausgestaltung eines Butterworth- oder Tschebyscheff-Tiefpasses 2-ter Ordnung, 3-ter Ordnung, die Tiefpassfilterung ausgestaltet ist. Wird bei einer Tiefpass-Filterung mit oder ohne Signalverstärkung mit einem System von Tiefpässen gefiltert und/oder verstärkt, die ein lineares zeitinvariantes System (LTI-System) darstellen, so kann beispielsweise die Gruppenlaufzeit als ein geeignetes Maß für die Signal- Durchlaufzeit des Systems aus der Übertragungsfunktion des Systems oder aus der 3 dB-Grenzfrequenz abgeschätzt werden. Aus der Signal-Durchlaufzeit ergibt sich das Maß an Signalverzögerung, was durch die Tiefpass-Filterung bedingt ist.In principle, a filtering by means of a low-pass arrangement can be carried out to remove or damp the high-frequency components However, disadvantageous to such a low-pass filtering are the significant signal delays, which result especially in a low-pass filtering, the more effective, for example, with low-pass filter arrangements of higher order, such as a configuration of a Butterworth or Chebyshev low-pass 2 -th order, 3rd order, the low-pass filtering is designed. For example, when filtering and / or amplifying low-pass filtering with or without signal amplification with a system of low-pass filters representing a linear time-invariant (LTI) system, the group delay may be considered to be a suitable measure of the signal transit time of the system the transfer function of the system or from the 3 dB cutoff frequency can be estimated. From the signal transit time results in the amount of signal delay, which is due to the low-pass filtering.
Eine weitere Möglichkeit zur Entfernung von unerwünschten überlagerten Störungen ist die sogenannte Median-Filterung. Dabei wird unter Verwendung eines Erfassungs-Zeitfensters derjenige Wert für die weitere Verarbeitung gewählt, der in dem Zeitfenster der mittlere Wert der Gruppe mehrerer Werte ist. Einfache Beispiele für Median-Filterung sind sogenannte „1 aus 3”-, „1 aus 5”-Filter oder „1 aus n”-Filter. Diese Art der Filterung weist im Unterschied zur Tiefpassfilterung ein nichtlineares Verhalten auf, es ergibt sich aber ebenfalls eine Verzögerung der Signale, zumindest in der Größenordnung der Dauer des gewählten Zeitfensters, in der Dauer vorgegeben und bedingt durch die Anzahl „n” der Werte im gewählten Erfassungs-Zeitfenster.Another way to remove unwanted superimposed interference is the so-called median filtering. In this case, using a detection time window, that value is selected for further processing, which in the time window is the mean value of the group of several values. Simple examples of median filtering are so-called "1 out of 3", "1 out of 5" filters or "1 out of n" filters. In contrast to low-pass filtering, this type of filtering has a non-linear behavior, but there is also a delay in the signals, at least in the order of magnitude of the duration of the selected time window, predetermined in duration and conditioned by the number "n" of the values in the selected one acquisition time window.
Eine weitere Möglichkeit zur Entfernung von unerwünschten Störeinflüssen ist es, unter der Annahme, dass eine Normal-Verteilung der Messwerte vorliegt, auf Basis einer Berechnung von Standardabweichung und arithmetischen Mittelwert einer aufgezeichneten Messreihe nachträglich diejenigen Werte aus der Messreihe zu entfernen, welche außerhalb eines bestimmten statistischen Vertrauensbereiches liegen. Damit wird gleichsam „offline” eine neue Messreihe generiert, aus der dann unerwünschte Störeinflüsse entfernt worden sind. Auf diese Weise lassen sich in Messreihen mit nahezu gleichbleibendem Signalpegel, wie beispielsweise Gleichspannungspegel von Sensoren im Millivolt- Bereich-, sogenannte „Ausreißer” als extreme Störgrößen sehr gut entfernen, wie beispielsweise Störgrößen, die in die Spannungsversorgung oder die Signalverstärker der Sensoren einkoppeln und zu einem Messwert in Höhe der Spannungsversorgung führen, sehr effektiv nachträglich entfernen. Solche Störgrößen sind beispielsweise Schaltimpulse von Leuchtstoffröhren oder Ventilen. Zumeist wird diese weitere Möglichkeit angewendet, wenn ohnehin eine nachträgliche Nachbearbeitung der aufgezeichneten Messreihe vorgenommen wird, weil beispielsweise eine Mittelung des Signals als nachträgliche Maßnahme zur Glättung oder zur Reduzierung von überlagertem Rauschen angewendet wird. Da auch bei dieser weiteren Möglichkeit eine aufgezeichnete Messreihe nachträglich bearbeitet wird, ergibt sich auch hier eine Verzögerung der Signale in der Größenordnung der Dauer der Signalaufzeichnung und der für die Signalbereinigungsmaßnahem benötigten Zeit.Another way to remove unwanted spurs is by assuming that there is a normal distribution of readings, on the basis of a standard deviation and arithmetic mean of a recorded series of measurements, to subsequently remove those values that are outside a certain statistical range Confidence range lie. As a result, a new series of measurements is generated offline, from which unwanted interference has been removed. In this way, in measurement series with an almost constant signal level, such as DC voltage levels of sensors in the millivolt range, so-called "outliers" as extreme disturbances very well remove, such as disturbances that couple into the power supply or the signal amplifier of the sensors and to lead a measured value in the amount of power supply, very effective subsequently remove. Such disturbances are, for example, switching pulses of fluorescent tubes or valves. In most cases, this further possibility is used if subsequent post-processing of the recorded measurement series is carried out anyway, because, for example, an averaging of the signal is used as a subsequent measure for smoothing or for reducing superimposed noise. Since a recorded series of measurements is also subsequently processed in this further possibility, a delay of the signals in the order of magnitude of the duration of the signal recording and the time required for the Signalbereinigungsmaßnahem also results here.
Die zuvor beschriebenen Methoden Tiefpass-Filterung, Median-Filterung und „Ausreißer”-Entfernung ist gemeinsam, dass sie eine Verzögerung der Signale bedingen.The low-pass filtering, median filtering and outlier removal methods described previously have in common that they require a delay of the signals.
Für eine Anwendung zur Entfernung von impulsartigen Störsignalen, insbesondere Herzschrittmacherimpulsen, aus mit Hilfe der Elektro-Impedanztomographie (EIT) erfassten EIT-Messignalen sind solcherlei Verzögerungen nicht akzeptabel, da die aus den EIT-Messignalen ermittelten Impedanzwerte, Impedanzverteilung und Impedanzunterschiede in der Lunge eines Lebewesens oder eines Patienten möglichst als Werte oder Bilder ohne jeglichen Zeitverzug ausgegeben werden oder dargestellt werden müssen, um einen unmittelbaren zeitlichen Bezug der ausgegebenen Wertes oder des dargestellten Bildes zur aktuellen Situation der Atmung oder Beatmung des Lebewesens zu haben. Eine nahezu unmittelbare Gleichzeitigkeit und Synchronität der dargestellten Impedanzverteilung in der Lunge zur aktuellen Atemphase, wie Einatmung und Ausatmung oder zu Zeitbereichen der Atemphasen, wie Einatem-Trigger, Inspiratorische oder Exspiratorische Pause, ist daher zu einer sinnvollen Anwendung der Elektro-Impedanztomographie (EIT) hinsichtlich einer Begutachtung eines Therapieverlaufes vorteilhaft und erstrebenswert.For an application for the removal of pulse-like interference signals, in particular pacemaker pulses, from EIT measurement signals acquired by means of electro-impedance tomography (EIT), such delays are unacceptable, since the impedance values, impedance distribution and impedance differences in the lungs of a living being determined from the EIT measurement signals or a patient, as far as possible, to be outputted or displayed as values or images without any time delay in order to have an immediate temporal reference of the output value or image to the current situation of respiration or ventilation of the animal. Near-instantaneous simultaneity and synchronicity of the illustrated impedance distribution in the lungs with the current respiratory phase, such as inhalation and exhalation or time periods of the respiratory phases, such as inhalation triggers, inspiratory or expiratory pauses, is therefore a meaningful application of electroimpedance tomography (EIT) an appraisal of a course of therapy advantageous and desirable.
Daher ist eine Anwendung der genannten Methoden mit durch die Methodik bedingte Signalverzögerungen (Tiefpass-Filterung, Median-Filterung und „Ausreißer”-Entfernung) in der zuvor beschriebenen Form nicht unmittelbar umsetzbar.Therefore, an application of the methods mentioned with methodically induced signal delays (low-pass filtering, median filtering and "outlier" removal) in the form described above is not immediately feasible.
Ein weiteres übliches Verfahren zur Entfernung impulsartiger Störungen ist eine Art „Einrastung” auf ein periodisch auftretendes Störsignal. Dabei wird ein Signal zuerst über einen Zeitbereich hinsichtlich einer periodisch auftretenden Störung analysiert, anschließend wird diese ermittelte Periodizität des Störsignals für nachfolgenden Messungen entweder dazu verwendet, das Signal zu vorhersagbaren Zeitpunkten als ungültig einzustufen, oder es wird die Signalabtastung derart angepasst oder verzögert, dass zu den vorhersagbaren Zeitpunkten keine Signalerfassung für das interessierende Signal auftritt und somit auch die vorhersagbaren Störsignale nicht mit erfasst werden. Eine Entfernung von Herzschrittmacherimpulsen mit einem solchen vorausschätzenden Verfahren ist prinzipiell nicht möglich, da der Herzschlag in der Herzfrequenz (Puls) eine hohe Variabilität, beispielsweise von 55 Puls-Schlägen je Minute bis 150 Puls-Schlägen je Minute aufweist und die vom Herzschrittmacher erzeugten Impulse daher nicht in einer starr synchronisierten periodischen Folge erzeugt werden und an den Herzmuskel weitergegeben werden. Die vom Herzschrittmacher erzeugten Impulse werden vielmehr teilweise bedarfsgerecht mit unterschiedlichen zeitlichen Zeitabständen zwischen den einzelnen Impulsen erzeugt, so dass keine vorhersehbare Periodizität und somit keine Herzschlag-korrelierte Vorinformation vorhanden ist, welche zu einer gezielten Ausblendung, beispielsweise mit einer Art „Gating”, wie es auch zur Ausblendung von R-Zacken einer EKG-Signalüberlagerung auf einem EMG-Signal verwendet wird, herangezogen werden kann.Another common method for removing pulse-like noise is a kind of "lock-in" to a periodically occurring noise signal. In this case, a signal is first analyzed over a period of time with respect to a periodic disturbance, then this determined periodicity of the interfering signal is used for subsequent measurements either to invalidate the signal at predictable times, or the signal sample is adjusted or delayed so that the predictable times no signal detection for the signal of interest occurs and thus the predictable interference signals are not detected. Removal of pacemaker pulses with such a predictive method is not possible in principle, since the Heart beat in the heart rate (pulse) has a high variability, for example, from 55 pulse beats per minute to 150 pulse beats per minute and therefore the pulses generated by the pacemaker are not generated in a rigidly synchronized periodic sequence and are passed to the heart muscle. Rather, the pulses generated by the pacemaker are sometimes generated as required with different time intervals between the individual pulses, so that no predictable periodicity and thus no heartbeat-correlated pre-information is available, which to a targeted suppression, for example, with a kind of "gating" as it also used to blank out R-waves of an ECG signal overlay on an EMG signal can be used.
Daneben ergeben sich auch aus dem Messprinzip der Elektro-Impedanz-Tomographie selbst Randbedingungen, welche beispielsweise die zuvor beschriebene Art der „Ausreißer”-Entfernung deutlich erschweren. Bedingt durch das EIT-Messprinzip ergibt sich eine so große zu verarbeitende Menge an Messsignalen, dass Methoden, welche auf einer nachträglichen Analyse der Menge von Messsignale über einen aufgezeichneten Zeitraum basieren, in der praktischen Anwendung nicht sinnvoll, d. h. nur unter der Voraussetzung sehr hoher Rechenleistung der Datenverarbeitungseinheit und hoher Geschwindigkeit bei Übertragungen und Speicherungen der Datenströme einsetzbar sind. Durch eine solch hohe Rechenleistung wird das Problem der Verzögerungen allerdings nur symptomatisch verringert, jedoch nicht vollständig ausgeglichen, allerdings verbunden mit erhöhten Kosten aufgrund der genannten Voraussetzungen.In addition, boundary conditions also arise from the measuring principle of electro-impedance tomography itself, which for example significantly complicates the previously described type of "outlier" removal. Due to the EIT measurement principle results in such a large amount of measured signals to be processed that methods based on a subsequent analysis of the amount of measurement signals over a recorded period of time, in practical application does not make sense, d. H. can only be used under the condition of very high computing power of the data processing unit and high speed in transfers and storage of the data streams. However, such a high computational power reduces the problem of delays only symptomatically, but not fully compensated, but with increased costs due to the above conditions.
Dazu ein Beispiel zur Verdeutlichung der zuvor beschriebenen Situation:
Mit einer vergleichsweise kleinen Anzahl von insgesamt 16 um den Thorax eines Patienten angebrachten Elektroden kann ein EIT-System in einem Umlauf von Stromeinspeisungen an jeweils zwei Elektroden und Aufnahme von Spannungs-Messwerten (EIT-Messignalen) an jeweils den 13 übrigen Elektroden ein Abbild der Lunge von 32 × 32 Bildpunkten erzeugt. Dabei wird an den Elektroden eine Anzahl von 208 Messwerten an den Elektroden erfasst. Aus den 208 Messwerten ergeben sich dann mit der EIT-Bild-Rekonstruktion 1024 Impedanzwerte.Here is an example to clarify the situation described above:
With a comparatively small number of altogether 16 electrodes attached to the thorax of a patient, an EIT system can image the lungs in one cycle of current feeds to two electrodes each and record voltage readings (EIT measurement signals) on each of the 13 remaining electrodes generated by 32 × 32 pixels. In this case, a number of 208 measured values are recorded at the electrodes at the electrodes. From the 208 measured values, 1024 impedance values then result with the EIT image reconstruction.
Soll eine „Ausreißer”-Entfernung wie zuvor beschrieben, beispielsweise mit einer Analyse einer Anzahl von beispielsweise jeweils 200 Messwerten im Zeitverlauf für jeden der 208 Messwerte stattfinden, so wären dann mehr als 40000 Messwerte bei der Analyse zu handhaben, um die „Ausreißer”-Entfernung auf diese Art durchzuführen.If an "outlier" removal is to take place as described above, for example with an analysis of a number of, for example, 200 measured values over time for each of the 208 measured values, then more than 40,000 measured values would have to be used in the analysis in order to calculate the "outliers". To perform removal in this way.
Eine vergleichbare Vorgehensweise auf Basis der 1024 Impedanzwerte würde zu einer Analyse von mehr als 200000 Impedanzwerten führen. Eine Erhöhung der gewünschten Auflösung mit Erhöhung der Anzahl von Elektroden auf 32 oder gar auf 64 Elektroden erhöht die Menge an zu verarbeitenden Werten nochmals um ein Vielfaches.A comparable approach based on the 1024 impedance values would result in an analysis of more than 200,000 impedance values. Increasing the desired resolution by increasing the number of electrodes to 32 or even to 64 electrodes again increases the amount of processed values by a multiple.
Die vorliegende Erfindung hat sich in Kenntnis der zuvor beschriebenen Nachteile des bekannten Standes der Technik zur Aufgabe gestellt, ein Verfahren zur Entfernung von impulsartigen Störsignalen aus tomografischen Messsignalen anzugeben. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist insbesondere, ein Verfahren zur Entfernung von Herzschrittmacherimpulsen aus tomografischen Messsignalen anzugeben.The object of the present invention, having regard to the above-described drawbacks of the known prior art, is to specify a method for removing pulse-like interference signals from tomographic measuring signals. The object of the present invention is in particular to specify a method for removing pacemaker pulses from tomographic measuring signals.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung anzugeben, die eine Entfernung von impulsartigen Störsignalen aus tomografischen Messsignalen ermöglicht. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist insbesondere, eine Vorrichtung anzugeben, die eine Entfernung von Herzschrittmacherimpulsen aus tomografischen Messsignalen ermöglicht.A further object of the present invention is to provide a device which allows removal of pulse-like interference signals from tomographic measurement signals. The object of the present invention is, in particular, to provide a device which makes it possible to remove pacemaker pulses from tomographic measuring signals.
Diese und weitere Aufgaben werden durch die beiliegenden, unabhängigen Patentansprüche gelöst.These and other objects are achieved by the appended independent claims.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.According to a first aspect of the invention, the object is achieved by a method having the features of
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 14 gelöst.According to a further aspect of the invention, the object is achieved by a device having the features of
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und werden in der folgenden Beschreibung unter teilweiser Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.Advantageous embodiments of the invention will become apparent from the subclaims and are explained in more detail in the following description with partial reference to the figures.
Zu Beginn werden einige der im Rahmen dieser Patentanmeldung verwendeten Begrifflichkeiten näher erläutert.At the beginning some of the terminology used in this patent application will be explained in more detail.
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 Betrachtungszeiträume, welche sich an Atmung oder Beatmung orientieren, sind ein Atemzyklus, mehrere Atemzyklen, Teile von Atemzyklen, wie Einatmung (Inspiration), Inspiratorische Pause, Ausatmung (Exspiration), Exspiratorische Pause.For the purposes of the present invention, the observation period is a time segment in a time course. The beginning and end of such a period of observation are given either by fixed or adjustable times or by events given by the characteristics of respiration or respiration. Examples of observation periods which are based on respiration or respiration are a respiratory cycle, several respiratory cycles, parts of respiratory cycles such as inhalation (inspiration), inspiratory pause, exhalation, expiratory pause.
Unter EIT-Messignalen sind im Sinne der vorliegenden Erfindung folgende Signale oder Daten zu verstehen, welche mit einem EIT-Gerät mittels einer Gruppe von Elektroden oder mittels eines Elektrodengürtels erfassbar sind. Dazu zählen EIT-Messsignale in unterschiedlicher Signalausprägung, wie elektrische Spannungen oder Spannungs-Messsignale, 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. For the purposes of the present invention, EIT measurement signals are to be understood as the following signals or data which can be detected with an EIT device by means of a group of electrodes or by means of an electrode belt. These include EIT measurement signals in different signal characteristics, such as electrical voltages or voltage measurement signals, electrical currents or current measurement signals associated with electrodes or groups of electrodes or positions of electrodes or groups of electrodes on the electrode belt, as well as voltages and currents derived electrical resistance or impedance values.
Unter einem Messumlauf wird im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Signal-Einspeisung an zwei einspeisenden Elektroden, einem sogenannten Einspeise-Elektrodenpaar verstanden, bei der an anderen, von diesen beiden einspeisenden Elektroden verschiedenen Elektroden Erfassungen von EIT-Messignalen vorgenommen werden.For the purposes of the present invention, a measuring circulation means a signal feed to two feeding electrodes, a so-called feed electrode pair, in which EIT measuring signals are recorded at other electrodes, which are different from these two feeding electrodes.
Unter einem Messzyklus wird im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Abfolge von Einspeisungen an mehreren Einspeise-Elektrodenpaaren mit jeweils einem zugehörigen Messumlauf an übrigen Elektroden verstanden.For the purposes of the present invention, a measuring cycle is understood to mean a sequence of feeds at a plurality of feed-electrode pairs, each with an associated measuring cycle at remaining electrodes.
Ein solcher Messzyklus wird dabei typischer Weise bei einer Verarbeitung von EIT-Daten als ein sogenannter „Frame” oder „Time-Frame” bezeichnet. Ein Messumlauf als ein Teil des Messzyklus wird dementsprechend typischer Weise als ein „Partial-Frame” bei der Verarbeitung von EIT-Daten bezeichnet.Such a measurement cycle is typically referred to as a so-called "frame" or "time frame" when processing EIT data. Accordingly, a measurement cycle as part of the measurement cycle is typically referred to as a "partial frame" in the processing of EIT data.
Unter einer identischen Messsituation wird im Sinne der vorliegenden Erfindung eine eindeutige Zuordnung oder Konstellation von zwei signaleinspeisenden Elektroden und anderen zwei signalerfassenden Elektroden aus einer Vielzahl von Elektroden verstanden. Die Vielzahl von Elektroden wird, beispielsweise durch eine Elektrodenanordnung, beispielsweise ausgeführt als ein um den Thorax eines Patienten angebrachter Elektrodengürtel einer bestimmten Anzahl von Elektroden ausgeführt. Beispielhafte Anzahlen von Elektroden im Elektrodengürtel sind 16, 32 oder 64 Elektroden. Jede einer solchen identischen Messsituation bildet jeweils einen bestimmten sogenannten EIT-Messkanal aus. Damit ergibt sich eine Vielzahl von EIT-Messkanälen oder identischen Messsituationen, welche unterschiedliche Zuordnungen oder Konstellationen von einerseits einspeisenden und andererseits davon verschiedenen messenden Elektroden umfassen. Die EIT-Messkanäle oder identischen Messsituationen werden vorzugsweise in Form in einer Index-basierten Weise adressiert und die auf den EIT-Messkanälen erfassten Daten werden vorzugsweise in Form von indizierten Vektoren, indizierten Datenfeldern oder indizierten Matrizen adressiert, gespeichert und zur weiteren Verarbeitung (Vektor-Operationen, Matrix-Operationen) bereitgehalten.For the purposes of the present invention, an identical measurement situation means an unambiguous assignment or constellation of two signal-feeding electrodes and other two signal-detecting electrodes from a multiplicity of electrodes. The plurality of electrodes are embodied, for example, by an electrode arrangement, for example embodied as an electrode belt attached to the thorax of a patient of a certain number of electrodes. Exemplary numbers of electrodes in the electrode belt are 16, 32 or 64 electrodes. Each of such an identical measurement situation in each case forms a specific so-called EIT measurement channel. This results in a plurality of EIT measurement channels or identical measurement situations, which include different assignments or constellations of on the one hand feeding and on the other hand different measuring electrodes. The EIT measurement channels or identical measurement situations are preferably addressed in the form of an index-based manner, and the data acquired on the EIT measurement channels are preferably addressed in the form of indexed vectors, indexed data fields or indexed matrices, stored for further processing (vector analysis). Operations, matrix operations).
Eine erfindungsgemäße Lösung ergibt sich mit einem Verfahren zur Verarbeitung von EIT-Messignalen, wobei die EIT-Messsignale von einem für eine Bildgebung der Lunge und des Thorax geeigneten Elektro-Impedanz-Tomographie-Gerät (EIT-Gerät) oder einer Elektro-Impedanz-Tomographie-Messvorrichtung über einen Betrachtungszeitraum gewonnen wurden. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens sind impulsartige Störsignale, insbesondere Herzschrittmacherimpulse, aus den EIT-Messignalen entfernbar. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Entfernung impulsartiger Störsignale, insbesondere Herzschrittmacherimpulse, verarbeitet EIT-Messsignale eines für eine Bildgebung der Lunge geeigneten Elektro-Impedanz-Tomographie-Gerätes in einer Schrittabfolge mit den Schritten:
- – einlesen und sortieren der EIT-Messsignale eines EIT-Messkanals in eine Zeitreihe mit EIT-Messsignalen,
- – ermitteln einer messkanalspezifischen Vergleichsgröße auf Basis einer statistischen Kennzahl in der Zeitreihe mit EIT-Messsignalen
- – identifizieren eines aktuellen EIT Messsignals als ein gestörtes Messsignal durch Vergleich des aktuellen EIT-Messsignale des EIT-Messkanals mit der Messkanalspezifischen Vergleichsgröße,
- – ersetzen des als gestörtes Messsignal identifizierten EIT-Messsignals durch einen Ersatzwert,
- – überprüfen der Zeitreihe des EIT-Messkanals, ob ein Kriterium hinsichtlich einer Störungssituation überschritten wurde,
- – einbeziehen des aktuellen EIT-Messsignale EIT-Messsignals in das Ermitteln der statistischen Kennzahl aus den EIT-Messsignalen der Zeitreihe des EIT-Messkanals, falls in dem EIT-Messkanal das Kriterium hinsichtlich der Störungssituation nicht überschritten wurde,
- – bereitstellen bereinigter EIT-Messsignale, welche von impulsartigen Störsignalen insbesondere Herzschrittmacherimpulsen, bereinigt sind.
- Reading in and sorting the EIT measuring signals of an EIT measuring channel into a time series with EIT measuring signals,
- Determine a measurement channel-specific comparison variable based on a statistical key figure in the time series with EIT measurement signals
- Identifying a current EIT measurement signal as a disturbed measurement signal by comparing the current EIT measurement signals of the EIT measurement channel with the measurement channel-specific comparison variable,
- Replacing the EIT measuring signal identified as a faulty measuring signal with a substitute value,
- - checking the time series of the EIT measuring channel, whether a criterion with regard to a fault situation has been exceeded,
- - Include the current EIT measurement signal EIT measurement signal in the determination of the statistical characteristic number from the EIT measurement signals of the time series of the EIT measurement channel, if in the EIT measurement channel the criterion regarding the disturbance situation was not exceeded,
- - Provide adjusted EIT measurement signals, which are cleaned up by pulse-like interference signals, in particular pacemaker pulses.
Durch diese Schrittabfolge wird erreicht und sichergestellt, dass ein Ersatzwert im Falle einer identifizierten Störgröße das ursprüngliche EIT-Messsignal des jeweils gestörten EIT-Messkanals ersetzt und auch bei der weiteren Auswertung und Datenverarbeitung zur Bildgebung der Lunge, vorzugsweise und beispielsweise mit einem Rekonstruktionsalgorithmus, verwendet wird. Dadurch wird die Bildgebung der Lunge von Artefakten befreit, welche sich im Zeitablauf der Belüftung der Lunge beispielsweise als ein kurzzeitiges Bild-Flackern einzelner Bereiche der Lunge bei der Betrachtung der Belüftung über den Betrachtungszeitraum bemerkbar machen könnten.This sequence of steps ensures and ensures that a replacement value in the case of an identified disturbance variable replaces the original EIT measurement signal of the respectively disturbed EIT measurement channel and is also used in the further evaluation and data processing for imaging the lung, preferably and for example with a reconstruction algorithm , This frees the imaging of the lungs from artifacts, which could become noticeable over the observation period in the course of ventilation of the lungs, for example as a brief flickering of individual areas of the lungs when viewing the ventilation.
Die Identifizierung von Störungen erfolgt dabei vorzugsweise spezifisch in jedem der EIT-Messkanäle, wobei jeweils die messkanalspezifische Vergleichsgröße selbst aus EIT-Messsignalen innerhalb der Zeitreihe anhand der statistischen Kennzahl bestimmt wird. Die statistische Kennzahl enthält eine Aussage oder Informationen darüber, wie eine Signalsituation in einem oder mehreren der EIT-Messkanäle über einen zurückliegenden Zeitabschnitt war. The identification of disturbances is preferably carried out specifically in each of the EIT measurement channels, wherein in each case the measurement channel-specific comparison variable itself is determined from EIT measurement signals within the time series on the basis of the statistical characteristic number. The statistical measure contains a statement or information about how a signal situation in one or more of the EIT measurement channels has been over a past period of time.
Der Begriff einer Signalsituation umfasst dabei im Sinne der vorliegenden Erfindung zeitliche Signalverläufe der EIT-Messsignale und deren Eigenschaften ohne und unter Einfluss von Störungen. Beispiele für Störungen sind Überlagerungen durch 50 Hz- oder 60 Hz-Netzbrummen, Überlagerungen durch verschiedenste Arten von Rauschen (Widerstandsrauschen, thermisches Rauschen, weißes Rauschen, Schrotrauschen, Funkelrauschen, 1/f-Rauschen, kosmisches Rauschen), Überlagerungen durch Radiofrequenz-Signale (Mobilfunk [GSM, UTMS], LW, MW und UKW-Radiosender, 2,4 GHz-Bluetooth, 2,4 GHz-WLAN, 5 GHz-WLAN), Übersprechen oder Signal-Einkopplungen von Datenleitungen oder Spannungsversorgungsleitungen auf einzelne EIT-Elektroden, Elektrodenkabel, EIT-Messkanäle, Übersprechen von anderen EIT-Messkanälen und Signaleinkopplungen, wie auch impulsartige Überlagerungen oder impulsartige Störungen, welche von einem Herzschrittmacher zeitlich begrenzt oder diskret erzeugt werden und auf einen oder mehrere der EIT-Messkanäle störend einwirken.In the context of the present invention, the term "signal situation" encompasses temporal signal curves of the EIT measurement signals and their properties without and under the influence of interference. Examples of interference are superpositions of 50 Hz or 60 Hz power hums, superpositions of various types of noise (resistance noise, thermal noise, white noise, shot noise, flicker noise, 1 / f noise, cosmic noise), superimpositions by radio frequency signals ( Mobile radio [GSM, UTMS], LW, MW and FM radio stations, 2.4 GHz Bluetooth, 2.4 GHz WLAN, 5 GHz WLAN), crosstalk or signal coupling of data lines or power supply lines to individual EIT electrodes, Electrode cables, EIT measurement channels, crosstalk from other EIT measurement channels and signal couplings, as well as pulse-like overlays or pulse-like interference, which are generated by a pacemaker time-limited or discrete and interfere with one or more of the EIT measurement channels.
Der Begriff einer Störungssituation umfasst dabei im Sinne der vorliegenden Erfindung Situationen auf einem oder mehreren EIT-Messkanälen, in denen EIT-Messsignale nicht in ungestörter Form vorliegen. Die zuvor genannten Störungen stellen eine Vielfalt verschiedener Störungssituationen dar, wobei die Störungen einzeln oder miteinander zeitgleich oder zeitlich nacheinander statistisch zufällig und vielfältig miteinander kombiniert auftreten können und weitere Störungssituationen ausbilden und auf die Signalsituationen einwirken können. In den Signalsituationen spiegelt sich damit unmittelbar und in den statistischen Kennzahlen mittelbar die jeweilige EIT-Messanordnung mit der Art der Elektroden-Anordnung am Brustkorb des Patienten und die EIT-Elektroden-/Kabelanordnung wieder. Daneben sind in der Signalsituation und damit auch in der statistischen Kennzahl sowohl die Messumgebung im Allgemeinen, wie auch die nähere Messumgebung mit oder ohne Anwesenheit eines Herzschrittmachers im Besonderen wieder.In the context of the present invention, the term disturbance situation encompasses situations on one or more EIT measurement channels in which EIT measurement signals are not present in undisturbed form. The aforementioned disturbances represent a multiplicity of different disturbance situations, wherein the disturbances individually or with one another at the same time or in chronological succession may occur statistically coincidentally and in a manifold manner and form further disturbance situations and act on the signal situations. In the signal situations, the respective EIT measuring arrangement with the type of electrode arrangement on the patient's thorax and the EIT electrode / cable arrangement are thus reflected directly and indirectly in the statistical key figures. In addition, both the measurement environment in general and the closer measurement environment with or without the presence of a cardiac pacemaker are in particular in the signal situation and thus also in the statistical index.
Die messkanalspezifische Vergleichsgröße wird mit einem aktuellen EIT-Messsignal verglichen, um festzustellen, ob das aktuelle EIT-Messsignal gestört ist oder nicht. Im Falle, dass das aktuelle EIT-Messsignal als Störung identifiziert ist, wird das aktuelle EIT-Messsignal durch einen Ersatzwert ersetzt. Die Verwendung des Ersatzwertes reduziert die Beeinflussung der nachfolgenden Datenverarbeitung durch das identifizierte EIT-Messsignal und damit auch Artefakte in der Bildgebung, wie das kurzzeitige Bild-Flackern. Erfindungswesentlich ist somit, dass zur Entfernung impulsartiger Störungen aus den EIT-Messsignalen diejenigen EIT-Messsignale entfernt werden und ersetzt werden, welche untypisch für EIT-Messsignale (elektrische Spapnungs-Messsignale, elektrische Strom-Messsignale, elektrische Widerstands- oder Impedanzwerte) einer Elektro-Impedanz-Tomographie-Messung sind. Als Ersatzwerte sind unterschiedliche Varianten von Ersatzwerten verwendbar, es sind bevorzugte Ausführungsformen möglich, in welchen der Ersatzwert auf Basis anderer EIT-Messsignale erzeugt wird, es sind auch bevorzugte Ausführungsformen möglich, welche festgelegte oder vorbestimmte Werte als Ersatzwerte verwenden.The measurement channel-specific comparison variable is compared with a current EIT measurement signal to determine whether the current EIT measurement signal is disturbed or not. If the current EIT measurement signal is identified as a fault, the current EIT measurement signal is replaced by a substitute value. The use of the substitute value reduces the influence on the subsequent data processing by the identified EIT measurement signal and thus also artifacts in the imaging, such as the short-term image flicker. It is thus essential to the invention that to remove pulse-type interference from the EIT measurement signals, those EIT measurement signals are removed and replaced which are atypical for EIT measurement signals (electrical gap measurement signals, electrical current measurement signals, electrical resistance or impedance values) of an electric current. Impedance tomography measurement are. As substitute values, different variants of substitute values can be used, preferred embodiments are possible in which the substitute value is generated on the basis of other EIT measuring signals, it is also possible to use preferred embodiments which use fixed or predetermined values as substitute values.
Bei der Ermittlung der statistischen Kennzahl ist es erfindungswesentlich, dass in die Ermittlung der statistischen Kennzahl im Wesentlichen nur diejenigen EIT-Messsignale eingehen, welche nicht selbst durch eine impulsartige Störung verändert, verfremdet oder gestört worden sind.When determining the statistical key figure, it is essential to the invention that in the determination of the statistical key figure essentially only those EIT measuring signals are received which have not themselves been changed, alienated or disturbed by a pulse-like disturbance.
Das Kriterium hinsichtlich der Störungssituation umfasst Aussagen darüber, ob oder in welcher Weise innerhalb der vorherigen EIT-Messsignale eines EIT-Messkanals die EIT-Messsignale häufig oder deutlich gestört waren. Das Kriterium hinsichtlich der Störungssituation bewirkt einerseits, dass das aktuelle EIT-Messsignal immer dann in die Ermittlung der statistischen Kennzahl mit eingeht, wenn das aktuelle EIT-Messsignal selbst nicht als Störung identifiziert wurde. Andererseits bewirkt das Kriterium hinsichtlich der Störungssituation, dass abhängig von der Situation, ob und/oder wie oft zeitlich zuvor in demselben oder einem anderen EIT-Messkanal ein EIT-Messsignal als gestörtes EIT-Messsignal identifiziert wurde, in dem Fall das aktuelle gestörte EIT-Messsignal nicht mit zur Ermittlung der statistischen Kennzahl – und damit auch nicht zur Bestimmung der Vergleichsgröße – verwendet wird.The criterion regarding the disturbance situation includes statements as to whether or in what way within the previous EIT measuring signals of an EIT measuring channel the EIT measuring signals were frequently or clearly disturbed. On the one hand, the criterion with regard to the disturbance situation means that the current EIT measurement signal is included in the determination of the statistical characteristic number whenever the current EIT measurement signal itself was not identified as a disturbance. On the other hand, the criterion with regard to the disturbance situation causes, depending on the situation, whether and / or how often previously an EIT measuring signal was identified as a disturbed EIT measuring signal in the same or another EIT measuring channel, in which case the current disturbed EIT Measurement signal is not used to determine the statistical index - and thus not to determine the comparison size.
Zu einer Ausgestaltung des Kriteriums hinsichtlich der Störungssituation sind unterschiedliche Ausgestaltungen möglich, so sind bevorzugte Ausführungsformen möglich, in denen die zeitlich vorherigen EIT-Messsignale desselben EIT-Messkanals in das Kriterium einbezogen werden. Es sind weitere bevorzugte Ausführungsformen möglich, in denen die Störungssituationen anderer EIT-Messkanäle in das Kriterium einbezogen werden.For a refinement of the criterion with respect to the disturbance situation, different configurations are possible, so preferred embodiments are possible in which the temporally previous EIT measuring signals of the same EIT measuring channel are included in the criterion. Further preferred embodiments are possible in which the interference situations of other EIT measurement channels are included in the criterion.
Die Anwendung des Kriteriums hinsichtlich der Störungssituation hat zur Folge, dass die Beeinflussung der statistischen Kennzahl und die Beeinflussung der Messkanal- spezifischen Vergleichsgröße durch Störungen gering gehalten wird. Würde in einer anderen Ausgestaltung und von dem erfindungsgemäßen Verfahren verschiedenen Verfahren kein Kriterium hinsichtlich der Störungssituation angewendet, so kann bei Vorliegen einer zeitlich länger andauernden Störung die statistische Kennzahl zunehmend nicht mehr repräsentativ für die Signalsituation der EIT-Messsignale in den EIT-Messkanälen sein, sondern kann zunehmend repräsentativ für die Störungssituation selbst werden. Das hätte den deutlichen Nachteil, dass in solchen Fällen auf Basis der statistischen Kennzahl keine Vergleichsgrößen mehr ermittelt werden könnten, die zu einer Identifizierung von impulsartigen Störsignalen, insbesondere Herzschrittmacherimpulsen, nutzbar sind.The application of the criterion with regard to the disturbance situation has the consequence that the influencing of the statistical index and the Influencing the measuring channel-specific reference variable is kept low by interference. If, in another embodiment and method different from the method according to the invention, no criterion with respect to the disturbance situation is applied, the statistic index may no longer be representative of the signal situation of the EIT measuring signals in the EIT measuring channels in the event of a longer lasting disturbance can become increasingly representative of the disturbance situation itself. This would have the distinct disadvantage that in such cases on the basis of the statistical index no more comparative variables could be determined which can be used to identify impulse-like interference signals, in particular cardiac pacemaker pulses.
Das Besondere an dem erfindungsmäßen Verfahren ist, dass unmittelbar im Nachgang zum fortwährenden EIT-Messbetrieb jedes einzelne aktuelle EIT-Messsignal sofort, nachdem es als Eingangsgröße dem erfindungsmäßen Verfahren zur Verfügung steht, also beispielsweise direkt nach der Signalerfassung und Analog-Digitalwandlung, anhand der Messkanalspezifischen Vergleichsgröße analysiert werden kann und bestimmt werden kann, ob dieses aktuelle Messsignal zur weiteren Verarbeitung genutzt werden soll oder stattdessen durch den Ersatzwert ersetzt werden soll. Besonders vorteilhaft an dem erfindungsmäßen Verfahren ist weiterhin, dass mit der Ableitung der Vergleichsgröße von der statistischen Kennzahl sich die jeweilige typische statistische Verteilung der EIT-Messsignale des jeweiligen EIT-Messkanals auf die Identifizierung von gestörten EIT-Messignalen auswirkt und die Identifizierung der gestörten EIT-Messsignale damit an die typische statistische Verteilung der zeitlich zuvor erfassten EIT-Messsignale angepasst ist. Zudem ist besonders vorteilhaft, dass mit dem Kriterium hinsichtlich der Störungssituation, das direkt in die Datenmenge eingeht, aus der die statistische Kennzahl ermittelt wird, ein Mechanismus dem Verfahren innewohnt, dass die Störungssituation nur insoweit mit in die Vergleichsgröße eingeht, solange die statistische Kennzahl repräsentativ für die Signalsituation der EIT-Messsignale in dem jeweiligen EIT-Messkanal ist und das erfindungsgemäße Verfahren dagegen abgesichert ist, dass die statistische Kennzahl repräsentativ für Störungen anstatt der EIT-Messsignale werden kann.The special feature of the method according to the invention is that immediately after the continuous EIT measurement operation, each individual current EIT measurement signal immediately after it is available as an input to the method according to the invention, ie, for example, directly after the signal acquisition and analog-to-digital conversion, based on the measurement channel specific Comparable size can be analyzed and can be determined whether this current measurement signal is to be used for further processing or replaced by the substitute value instead. A particular advantage of the method according to the invention is that with the derivation of the comparison variable from the statistical characteristic number, the respective typical statistical distribution of the EIT measurement signals of the respective EIT measurement channel has an effect on the identification of disturbed EIT measurement signals and the identification of the disturbed EIT measurement signals. Measuring signals are thus adapted to the typical statistical distribution of previously recorded EIT measurement signals. In addition, it is particularly advantageous that with the criterion concerning the disturbance situation, which is directly included in the dataset from which the statistical index is determined, a mechanism inherent in the method that the disturbance situation only in so far included in the comparison size, as long as the statistical index representative for the signal situation of the EIT measuring signals in the respective EIT measuring channel and the method according to the invention, however, is ensured that the statistical index can be representative of disturbances instead of the EIT measuring signals.
Das erfindungsmäße Verfahren vermag zwar nicht zu unterscheiden, ob eine Impulsartige Störung einen Herzschrittmacher-Impuls als Ursache hat oder eine andere Störquelle dafür ursächlich ist, durch die Bestimmung der Vergleichsgröße auf Basis der statistischen Kennzahl werden allerdings implizit die Eigenschaften der Messumgebung auf statistische Art mit einbezogen und die Vergleichsgröße wird auf diese Weise adaptiv und fortwährend an die aktuelle Messsituation angepasst. Damit ist durch das erfindungsgemäße Verfahren sichergestellt, dass auch bei Veränderungen der Messumgebung oder Messsituation eine Entfernung von impulsartigen Störsignalen, insbesondere Herzschrittmacherimpulsen, ermöglicht ist.Although the method according to the invention can not distinguish whether a pulse-type disturbance has a pacemaker pulse as the cause or another source of interference is the cause, the determination of the comparison variable on the basis of the statistical index implicitly includes the properties of the measurement environment in a statistical manner and the comparison quantity is adapted in this way adaptively and continuously to the current measurement situation. This ensures by the inventive method that even with changes in the measurement environment or measurement situation, a removal of pulse-like interference signals, in particular pacemaker pulses, is possible.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden in einem weiteren Schritt Steuersignale zu einer Visualisierung hinsichtlich einer Belüftungssituation der Lunge aus den bereitgestellten bereinigten Messsignalen erzeugt und bereitgestellt.In a preferred embodiment of the method, in a further step, control signals for a visualization with regard to a ventilation situation of the lung are generated and provided from the provided adjusted measurement signals.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ergeben sich die EIT-Messkanäle als identische Situationen der Messsignal-Akquisition bei der Gewinnung der EIT-Messsignale durch das Elektro-Impedanz-Tomographie-Gerät als Zuordnungen von EIT-Messignalen dadurch, dass jedem Messkanal jeweils eine bestimmte Erfassungs-Konfiguration von jeweils zwei messenden Elektroden aus einer Vielzahl von Elektroden in Kombination mit einer bestimmten Einspeise-Konfiguration von jeweils zwei einspeisenden Elektroden aus der Vielzahl von Elektroden zugrunde liegt. Dabei sind die jeweils messenden Elektroden des jeweiligen EIT-Messkanals verschieden von den einspeisenden Elektroden.In a further preferred embodiment of the method, the EIT measurement channels result as identical situations of the measurement signal acquisition during the acquisition of the EIT measurement signals by the electro-impedance tomography device as assignments of EIT measurement signals in that each measurement channel has a specific one Detection configuration of each two measuring electrodes of a plurality of electrodes in combination with a particular feed configuration of two feeding electrodes of the plurality of electrodes is based. The respective measuring electrodes of the respective EIT measuring channel are different from the feeding electrodes.
Die nachfolgend beschriebenen weiter bevorzugten Ausführungsformen des Verfahrens zur Entfernung impulsartiger Störsignale, insbesondere Herzschrittmacherimpulse, beschreiben Ausgestaltungen und Varianten hinsichtlich:
- • welche Typen von Ersatzwerten verwendet werden können,
- • auf welche Weise Ersatzwerte gewonnen werden können,
- • wie die statistische Kennzahl ermittelbar ist,
- • wie die Vergleichsgröße auf Basis der statistischen Kennzahl ermittelbar ist,
- • wie das Kriterium hinsichtlich der Störungssituation ermittelbar ist,
- • which types of substitute values can be used,
- • how substitute values can be obtained,
- • how the statistical key figure can be determined
- • how the comparison variable can be determined on the basis of the statistical key figure,
- • how the criterion with regard to the disturbance situation can be determined,
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist die statistische Kennzahl jeweils kennzeichnend für eine statistische Verteilung oder Streuung der Messsignale innerhalb der Zeitreihen der jeweiligen Messkanäle im Messumlauf oder im Messzyklus. Kennzeichnend für eine statistische Verteilung oder Streuung der Messsignale sind dabei beispielsweise eine gleitende Standardabweichung, eine gleitende Varianz oder Streuung, ein gleitender Mittelwert oder ein Medianwert. In die statistische Kennzahl gehen dabei beispielsweise auch die mathematisch-statistischen Zusammenhänge zwischen Standardabweichung und Mittelwert implizit mit ein. Die statistische Kennzahl wird in dieser weiter bevorzugten Ausführungsform aus der Zeitreihe mit zeitlich vorherigen EIT-Messignalen und einem aktuellem EIT-Messsignal, vorzugsweise auf Basis einer gleitenden Standardabweichung aus der Zeitreihe mit zeitlich vorherigen EIT-Messignalen und einem aktuellem EIT-Messsignal bestimmt. Das aktuelle EIT-Messsignal wird immer dann mit in die Berechnung der statistischen Kennzahl einbezogen, falls das Kriterium hinsichtlich einer Störungssituation nicht überschritten wurde.In a further preferred embodiment of the method, the statistical characteristic number is in each case indicative of a statistical distribution or scattering of the measurement signals within the time series of the respective measurement channels in the measurement cycle or in the measurement cycle. Characteristic of a statistical distribution or scattering of the measurement signals are, for example, a sliding standard deviation, a sliding variance or dispersion, a moving average or a median value. For example, the mathematical-statistical relationships between the standard deviation and the mean value are implicitly included in the statistical key figure. The statistical index is determined in this further preferred embodiment from the time series with temporally previous EIT measurement signals and a current EIT measurement signal, preferably based on a sliding standard deviation from the time series with temporally previous EIT measurement signals and a current EIT measurement signal. The current EIT measurement signal is always included in the calculation of the statistical key figure if the criterion regarding a fault situation has not been exceeded.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens basiert das Kriterium hinsichtlich der Störungssituation auf einer Häufigkeit von Störungen von zeitlich vorherigen EIT-Messsignalen in einem vorbestimmten zeitlich vorherigen Zeitintervall. Das Kriterium hinsichtlich der Störungssituation Wird dabei dadurch gebildet und erzeugt, wie häufig in dem vorbestimmten Zeitintervall eine Störungssituation identifiziert wurde. Die Häufigkeit von Störungen kann dabei vorzugsweise in jedem der EIT-Messkanäle für sich ermittelt werden. Als ein Beispiel für die Festlegung des Kriteriums hinsichtlich der Störungssituation sei genannt, dass das Kriterium dann für die Ermittlung der statistischen Kennzahl wirksam ist, sobald in einem EIT-Messkanal innerhalb eines zeitlich vorherigen Zeitintervalls von 60 Sekunden mehr als 10 EIT-Messsignale als Störungen identifiziert worden sind. In einer besonderen Variante dieser weiteren Ausführungsform können aber auch Häufigkeiten von Störungen anderer Messkanäle im Messumlauf oder im Messzyklus, beispielsweise von Messkanälen, bei denen die einspeisenden oder erfassenden Elektroden benachbart zu den Elektroden des EIT-Messkanals angeordnet sind, mit einbezogen werden. Als ein Beispiel für die Festlegung des Kriteriums hinsichtlich der Störungssituation mit Einbeziehung von benachbarten Messkanälen sei genannt, dass das Kriterium dann für die Ermittlung der statistischen Kennzahl wirksam ist, sobald in dem EIT-Messkanal innerhalb des zeitlich vorherigen Zeitintervalls von 60 Sekunden mehr als 3 EIT-Messsignale als Störungen identifiziert worden sind und insgesamt in anderen, beispielsweise benachbarten EIT-Messkanälen innerhalb eines zeitlich vorherigen Zeitintervalls von 60 Sekundenmehr als 4 Störungen identifiziert worden sind.In a further preferred embodiment of the method, the criterion with regard to the disturbance situation is based on a frequency of disturbances of chronologically previous EIT measuring signals in a predetermined temporally preceding time interval. The criterion relating to the disturbance situation is thereby formed and generated by how frequently a disturbance situation was identified in the predetermined time interval. The frequency of disturbances can preferably be determined individually in each of the EIT measurement channels. As an example for the determination of the criterion with regard to the disturbance situation, it should be mentioned that the criterion is then effective for the determination of the statistical index as soon as more than 10 EIT measuring signals are identified as disturbances in an EIT measuring channel within a temporally previous time interval of 60 seconds have been. In a particular variant of this further embodiment, frequencies of disturbances of other measuring channels in the measuring cycle or in the measuring cycle, for example measuring channels, in which the feeding or detecting electrodes are arranged adjacent to the electrodes of the EIT measuring channel can also be included. As an example for the determination of the criterion with regard to the disturbance situation involving adjacent measuring channels, it should be mentioned that the criterion is then effective for the determination of the statistical index as soon as more than 3 EIT in the EIT measuring channel within the chronologically preceding time interval of 60 seconds Measurement signals have been identified as interference and have been identified in other, for example, adjacent EIT measurement channels within a temporally previous time interval of 60 seconds more than 4 disturbances.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens basiert das Kriterium hinsichtlich der Störungssituation auf einer Häufigkeit von Störungen innerhalb einer vorbestimmten Anzahl von EIT-Messsignalen. In dieser weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird die Häufigkeit von Störungen nicht auf ein zeitlich vorheriges Zeitintervall bezogen, sondern auf eine vorbestimmte Anzahl von zeitlich zuvor erfassten EIT-Messsignalen bezogen. Dabei kann die vorbestimmte Anzahl vorzugsweise auf eine Zeitreihe eines einzelnen Messkanals bezogen werden. Dabei wird die Häufigkeit von Störungen in jedem der EIT-Messkanäle für sich ermittelt. Als ein Beispiel für die Festlegung des Kriteriums hinsichtlich der Störungssituation sei genannt, dass das Kriterium dann für die Ermittlung der statistischen Kennzahl wirksam ist, sobald in einem EIT-Messkanal innerhalb der letzten zuvor erfassten 20 EIT-Messsignale mehr als 10 EIT-Messsignale als Störungen identifiziert worden sind. In einer besonderen Variante dieser weiteren Ausführungsform können aber auch Häufigkeiten von Störungen anderer Messkanäle im Messumlauf oder im Messzyklus, beispielsweise von Messkanälen, bei denen die einspeisenden oder erfassenden Elektroden benachbart zu den Elektroden des EIT-Messkanals angeordnet sind, mit einbezogen werden. Als ein Beispiel für die Festlegung des Kriteriums hinsichtlich der Störungssituation mit Einbeziehung von benachbarten Messkanälen sei genannt, dass das Kriterium dann für die Ermittlung der statistischen Kennzahl wirksam ist, sobald in dem EIT-Messkanal innerhalb der letzten zuvor erfassten 20 EIT-Messsignale mehr als 5 EIT-Messsignale als Störungen identifiziert worden sind und insgesamt in anderen, beispielsweise benachbarten EIT-Messkanälen innerhalb der letzten zuvor erfassten 10 EIT-Messsignale mehr als 3 Störungen identifiziert worden sind.In a further preferred embodiment of the method, the criterion relating to the interference situation is based on a frequency of disturbances within a predetermined number of EIT measurement signals. In this further embodiment of the method, the frequency of disturbances is not related to a temporally preceding time interval, but related to a predetermined number of previously recorded EIT measurement signals. In this case, the predetermined number may preferably be related to a time series of a single measurement channel. The frequency of disturbances in each of the EIT measurement channels is determined on its own. As an example for the determination of the criterion with regard to the disturbance situation, it should be mentioned that the criterion is then effective for the determination of the statistical characteristic number as soon as more than 10 EIT measurement signals as disturbances in an EIT measuring channel within the last previously recorded 20 EIT measuring signals have been identified. In a particular variant of this further embodiment, frequencies of disturbances of other measuring channels in the measuring cycle or in the measuring cycle, for example measuring channels, in which the feeding or detecting electrodes are arranged adjacent to the electrodes of the EIT measuring channel can also be included. As an example for the determination of the criterion with regard to the disturbance situation involving adjacent measuring channels, it should be mentioned that the criterion is then effective for the determination of the statistical index as soon as more than 5 in the EIT measuring channel within the last previously recorded 20 EIT measuring signals EIT measurement signals have been identified as disturbances and in total more than 3 disturbances have been identified in other, for example, adjacent EIT measurement channels within the last 10 EIT measurement signals recorded previously.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens basiert das Kriterium hinsichtlich der Störungssituation auf einer Periodizität von identifizierten gestörten EIT-Messignalen. Eine Periodizität ist beispielsweise dann gegeben, wenn in einem Zeitintervall eine Anzahl von EIT-Messignalen in der Signalamplitude über einen bestimmten Zeitraum periodisch zwischen zwei Grenzwerten schwanken, welche der eigentlichen Signalamplitude der EIT-Messsignale überlagert sind. Ein Beispiel für eine solche Situation ist eine Amplitudenmodulation von EIT-Messignalen durch eine äußere Störquelle, wobei die Frequenz der Abtastung im EIT-System zufällig mit der Störung annähernd übereinstimmend ist. Solche Veränderungen der EIT-Messsignale stellen keine impulsartigen Störungen dar und gehen in das Kriterium hinsichtlich der Störungssituation in der Form ein, dass, obwohl eine Vielzahl solcher Störungen auftritt, das Kriterium hinsichtlich der Störungssituation für die Ermittlung der statistischen Kennzahl dann nicht wirksam wird.In a further preferred embodiment of the method, the criterion with respect to the disturbance situation is based on a periodicity of identified disturbed EIT measurement signals. A periodicity is given, for example, when, in a time interval, a number of EIT measurement signals in the signal amplitude fluctuate periodically between two limit values over a specific period of time, which are superimposed on the actual signal amplitude of the EIT measurement signals. An example of such a situation is an amplitude modulation of EIT measurement signals by an external source of interference where the frequency of the sample in the EIT system coincidentally approximates to the disturbance. Such changes in the EIT measurement signals do not represent pulse-like disturbances and enter into the criterion with respect to the disturbance situation in such a way that, although a large number of such disturbances occurs, the criterion with respect to the disturbance situation does not become effective for the determination of the statistical characteristic number.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens basiert die Ermittlung der messkanalspezifischen Vergleichsgröße auf einem vorbestimmten maximalen oder einem vorbestimmten minimalen Schwellwert. In dieser weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden EIT-Messsignale mit Signalamplituden, welche oberhalb einer vorbestimmten maximalen Schwelle oder unterhalb eines vorbestimmten minimalen Schwellwertes liegen als Störungen identifiziert. Auf diese Weise ist es vorteilhaft und mit geringem Aufwand möglich, drastische Störungen unmittelbar zu identifizieren. Beispielsweise ist es auf diese Weise möglich, Messsignale, die in einer Größenordnung einer Spannungsversorgung eines EIT-Messsystems auftreten, mit Hilfe eines von der Größenordnung der Spannungsversorgung abgeleiteten vorbestimmten maximalen oder vorbestimmten minimalen Schwellwerts zu identifizieren.In a further preferred embodiment of the method, the determination of the measurement channel-specific comparison variable is based on a predetermined maximum or a predetermined minimum threshold value. In this further preferred embodiment of the method, EIT measurement signals having signal amplitudes which are above a predetermined maximum threshold or below a predetermined minimum threshold value are identified as interference. That's the way it is Advantageously and with little effort possible to immediately identify drastic disturbances. For example, in this way it is possible to identify measuring signals which occur in the order of magnitude of a voltage supply of an EIT measuring system with the aid of a predetermined maximum or predetermined minimum threshold value derived from the magnitude of the voltage supply.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird die Vergleichsgröße aus der statistischen Kennzahl bestimmt. In einer vorzugsweisen Variante dieser weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird die Vergleichsgröße aus der statistischen Kennzahl, vorzugsweise mit Berechnung der statistischen Kennzahl in Form eines gleitenden Mittelwertes oder einer gleitenden Standardabweichung der Zeitreihe der EIT-Messsignale bestimmt. Die Bestimmung der statistischen Kennzahl bezieht dabei zeitlich vorherige EIT-Messsignale der Zeitreihe und, falls das Kriterium hinsichtlich einer Störungssituation nicht überschritten, ein aktuelles EIT-Messsignal mit ein. Die Messkanal- spezifische Vergleichsgröße wird beispielsweise als ein Vielfaches, typischer Weise als ein Ganzzahliges Vielfaches (1, 2, 3...50) der ermittelten gleitenden Standardabweichung oder als ein Vielfaches, typischer Weise als ein Ganzzahliges Vielfaches (1, 2, 3...10) des ermittelten gleitenden Mittelwertes bestimmt.In a further embodiment of the method, the comparison variable is determined from the statistical characteristic number. In a preferred variant of this further embodiment of the method, the comparison variable is determined from the statistical code, preferably with calculation of the statistical code in the form of a moving average or a sliding standard deviation of the time series of the EIT measurement signals. The determination of the statistical index involves time-previous EIT measurement signals of the time series and, if the criterion with respect to a fault situation is not exceeded, a current EIT measurement signal. The measurement channel-specific comparison variable is described, for example, as a multiple, typically as an integer multiple (1, 2, 3... 50) of the determined sliding standard deviation or as a multiple, typically as an integer multiple (1, 2, 3. ..10) of the determined moving average.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird der Ersatzwert von einem EIT-Messsignal oder mehreren EIT-Messsignalen aus der Zeitreihe mit zeitlich vorherigen EIT-Messsignalen eines EIT-Messkanals, vorzugsweise des aktuellen EIT-Messkanals abgeleitet. Die Ableitung des Ersatzwertes kann dabei vorteilhafter Weise mit Hilfe üblicher Interpolations-, Regressions- oder Schätzungsverfahren, beispielsweise mittels linearer Regression oder mittels Spline-Approximation auf Basis der zeitlich vorherigen EIT-Messsignale des aktuellen EIT-Messkanals erfolgen. Dies gewährleistet eine spezifische Bildung von Ersatzwerten aus Signalen des gleichen EIT-Messkanal, was im Ersatzwert dann die Messsituation des spezifischen EIT-Messsignals eine Gewichtung auf einen Trend im bisherigen Signalverlauf des EIT-Messsignals des spezifischen EIT-Messkanals im Messumlauf legt.In a further embodiment of the method, the substitute value is derived from an EIT measurement signal or a plurality of EIT measurement signals from the time series with temporally preceding EIT measurement signals of an EIT measurement channel, preferably the current EIT measurement channel. The derivation of the substitute value can advantageously take place with the aid of conventional interpolation, regression or estimation methods, for example by means of linear regression or by spline approximation on the basis of the previous EIT measurement signals of the current EIT measurement channel. This ensures a specific formation of substitute values from signals of the same EIT measuring channel, which in the substitute value then sets the measuring situation of the specific EIT measuring signal to a trend in the previous signal curve of the EIT measuring signal of the specific EIT measuring channel in the measuring cycle.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird der Ersatzwert von EIT-Messignalen aus den Zeitreihen mit zeitlich vorherigen EIT-Messignalen mehrerer EIT-Messkanäle abgeleitet. Die Ableitung des Ersatzwertes bezieht dabei auch mit zeitlich vorherige EIT-Messsignale anderer Messkanäle und/oder aktuelle EIT-Messsignale anderer Messkanäle, beispielsweise von EIT-Messkanälen, bei denen die einspeisenden oder erfassenden Elektroden benachbart zu den Elektroden des EIT-Messkanals angeordnet sind, sowie vorzugsweise auch EIT-Messsignale des aktuellen EIT-Messkanals mit ein. Dies gewährleistet eine Einbeziehung von Signalen anderer EIT-Messkanäle im Messumlauf oder im Messzyklus in den Ersatzwert, was insbesondere in Messsituationen hilfreich sein kann, wenn nur das EIT-Messsignal des aktuellen EIT-Messsignals gestört ist. Dazu können beispielsweise die EIT-Messsignale mehrerer benachbarter EIT-Messkanäle, vorzugsweise unter Verwendung einer Medianermittlung, Mittelwertberechnung oder Verwendung anderer geeigneter Verfahren zur Ausgleichsrechnung (Interpolation, Regression) oder Schätzungsverfahren zur Bildung des Ersatzwertes herangezogen werden.In a further embodiment of the method, the substitute value of EIT measurement signals is derived from the time series with temporally preceding EIT measurement signals of a plurality of EIT measurement channels. The derivation of the substitute value also relates to temporally previous EIT measurement signals of other measurement channels and / or current EIT measurement signals of other measurement channels, for example of EIT measurement channels, in which the feeding or detecting electrodes are arranged adjacent to the electrodes of the EIT measurement channel, as well as preferably also EIT measuring signals of the current EIT measuring channel with a. This ensures inclusion of signals of other EIT measurement channels in the measurement cycle or in the measurement cycle into the substitute value, which can be helpful in particular in measurement situations when only the EIT measurement signal of the current EIT measurement signal is disturbed. For this purpose, for example, the EIT measurement signals of a plurality of adjacent EIT measurement channels, preferably using a median determination, averaging or use of other suitable methods for compensation calculation (interpolation, regression) or estimation methods for forming the substitute value can be used.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird als Ersatzwert ein Wert mit einem vorgegebenen Wert verwendet. Ein solcher vorgegebener Wert ist vorzugsweise ein Wert, der einem zeitlich vorherigen EIT-Messsignal des aktuellen EIT-Messsignals des gleichen EIT-Messkanals entspricht oder ein Wert mit einem fest vorgegebenen numerischen Wert. Ein Beispiel für einen fest vorgegebenen numerischen Wert ist ein Wert mit numerischem Betrag von Null.In a further embodiment of the method, a value with a predetermined value is used as substitute value. Such a predetermined value is preferably a value corresponding to a time-prior EIT measurement signal of the current EIT measurement signal of the same EIT measurement channel or a value having a fixed predetermined numerical value. An example of a fixed numeric value is a numeric value of zero.
In einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform des Verfahrens wird in einem oder mehreren der EIT-Messkanäle eine Anzahl der identifizierten gestörten Messsignale erfasst wird und aus der Anzahl gestörter Messsignale eine Kennung ermittelt wird, die einen Grad einer Störungsbeeinflussung repräsentiert. Mit dieser Kennung ist es auf vorteilhafte Weise möglich, eine Information darüber an den Anwender zu geben, ob und inwieweit einzelne oder mehrere EIT-Messkanäle, einzelne oder mehrere Messumläufe oder Messzyklen durch Störungen beeinflusst sind. Daneben kann eine Information darüber an den Anwender gegeben werden, ob im aktuellen Messbetrieb das Verfahren zur Entfernung impulsartiger Störsignale, insbesondere Herzschrittmacherimpulse, aus Messsignalen eines für eine Bildgebung der Lunge geeigneten Elektro-Impedanz-Tomographie-Gerätes aktiv ist und eine Ersetzung von identifizierten gestörten Messsignalen stattfindet oder, ob der Grad der Störungsbeeinflussung derart ist, dass das Verfahren in der aktuellen Signalsituation und Störungssituation nicht mehr in der Lage ist, gestörte Messsignale zu entfernen.In a further preferred embodiment of the method, a number of the identified disturbed measuring signals is detected in one or more of the EIT measuring channels and an identifier is determined from the number of disturbed measuring signals, which represents a degree of disturbance influencing. With this identifier, it is advantageously possible to provide information to the user as to whether and to what extent one or more EIT measurement channels, single or multiple measurement cycles or measurement cycles are influenced by disturbances. In addition, information can be given to the user as to whether the method for removing pulse-like interference signals, in particular pacemaker pulses, from measurement signals of an electromagnetic impedance tomography device suitable for imaging of the lung is active in the current measurement mode and a replacement of identified disturbed measurement signals takes place or whether the degree of interference is such that the method in the current signal situation and disturbance situation is no longer able to remove disturbed measurement signals.
Die beschriebenen Ausführungsformen stellen jeweils für sich, als auch in Kombination miteinander besondere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Entfernung impulsartiger Störsignale, insbesondere Herzschrittmacherimpulse, aus EIT-Messignalen eines für eine Bildgebung der Lunge geeigneten Elektro-Impedanz-Tomographie-Gerätes dar. Dabei sind auch sämtliche und mögliche durch Kombination oder Kombinationen mehrerer Ausführungsformen ergebende weitere Ausführungsformen und deren Vorteile gleichwohl vom Erfindungsgedanken mit erfasst, wenn auch nicht sämtliche Kombinationsmöglichkeiten von Ausführungsformen dazu im Detail jeweils ausgeführt sind. Die vorstehend beschriebenen, erfindungsgemäßen 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, erfindungsgemäßen Verfahrens veranlasst wird, wenn das Computerprogramm auf dem Computer bzw. auf einem Prozessor des Computers oder einem sogenannten „Embedded System” als Teil eines Medizingerätes ausgeführt wird. Dabei kann das Computerprogramm auch auf einem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert sein. In einer alternativen Ausgestaltung kann ein Speichermedium vorgesehen sein, welches zur Speicherung des vorstehend beschriebenen, computer-implementierten Verfahrens bestimmt ist und von einem Computer lesbar ist. Es liegt im Rahmen der vorliegenden Erfindung, dass nicht alle Schritte des Verfahrens zwangsläufig auf ein und derselben Computerinstanz ausgeführt werden müssen, sondern sie können auch auf unterschiedlichen Computerinstanzen ausgeführt werden. 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 verkaufsfähigen Einheit, wie z. B. auf einem vorzugsweise in der Nähe des Patienten angeordneten EIT-Messsystem, andere Teile auf einer anderen verkaufsfähigen Einheit, wie z. B. auf einem Daten-Auswertungssystem oder auf einer Anzeige- und Visualisierungseinheit, sozusagen als verteiltes System, ausgeführt werden können. Vorstehend wurde die Lösung der Aufgabe in Bezug auf das, als ersten Aspekt der Erfindung, beanspruchte Verfahren beschrieben. Daneben ergibt sich als weiterer Aspekt eine erfindungsgemäße Vorrichtung, welche ausgestaltet ist, das erfindungsgemäße Verfahren im Sinne mindestens einer der beschriebenen Ausführungsformen auszuführen.The described embodiments constitute in each case, as well as in combination with each other, special embodiments of the method according to the invention for removing pulse-like interference signals, in particular pacemaker pulses, from EIT measurement signals of an electro-impedance tomography device suitable for imaging the lung and possible resulting from combination or combinations of several embodiments Nevertheless, further embodiments and their advantages are included in the concept of the invention, although not all possible combinations of embodiments of this are detailed in each case. The above-described embodiments of the method according to the invention can also be embodied in the form of a computer-implemented method as a computer program product with a computer, wherein the computer is made to carry out the method according to the invention described above when the computer program is stored on the computer or on a processor of the computer or a so-called embedded system as part of a medical device. In this case, the computer program can also be stored on a machine-readable storage medium. In an alternative embodiment, a storage medium may be provided, which is intended for storing the above-described computer-implemented method and is readable by a computer. It is within the scope of the present invention that not all steps of the method necessarily have to be performed on one and the same computer instance, but they can also be executed on different computer instances. The sequence of the method steps can also be varied if necessary. Furthermore, it is possible that individual sections of the method described above in a separate, for example, self-sellable unit such. On a preferably in the vicinity of the patient arranged EIT measuring system, other parts on another salable unit, such. B. on a data evaluation system or on a display and visualization unit, so to speak, as a distributed system, can be executed. In the foregoing, the solution of the problem has been described in relation to the method claimed as the first aspect of the invention. In addition, a device according to the invention which is designed to carry out the method according to the invention in the sense of at least one of the described embodiments results as a further aspect.
Für das Verfahren erwähnte Merkmale, beschriebene Vorteile oder alternative Ausführungsformen sind ebenso auch auf die anderen beanspruchten Gegenstände zu übertragen und umgekehrt. Die entsprechenden funktionalen Merkmale des Verfahrens werden dabei durch entsprechende gegenständliche Module einer Vorrichtung, insbesondere durch Hardware-Bausteine (μC, μP, DSP, FPGA, ASIC, GAL, Logik-Bausteine), ausgebildet, die beispielsweise in Form eines Prozessors (μP), mehrerer Prozessoren oder in Form von Instruktionen in einem Speicherbereich implementiert sein können, die durch den Prozessor verarbeitet werden.Features, advantages, or alternative embodiments mentioned for the method are also to be applied to the other claimed subject matter, and vice versa. The corresponding functional features of the method are formed by corresponding physical modules of a device, in particular by hardware components (.mu.C, .mu.P, DSP, FPGA, ASIC, GAL, logic components), which are for example in the form of a processor (.mu.P), multiple processors or in the form of instructions in a memory area that are processed by the processor.
Die für das erfindungsgemäße Verfahren beschriebenen Vorteile lassen sich in gleicher oder in ähnlicher Weise mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzielen. Weiterhin 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.The advantages described for the method according to the invention can be achieved in the same or similar manner with the device according to the invention. Furthermore, the described embodiments and their features and advantages of the method are transferable to the device, as well as the described embodiments of the device are transferable to the method.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe nach dem weiteren Aspekt der Erfindung durch ein Elektro-Impedanz-Tomographie-Gerät (EIT-Gerät), welches zu einer Entfernung impulsartiger Störsignale ausgebildet ist, gelöst. Ein solches Elektro-Impedanz-Tomographie-Gerät, welches zur Entfernung von impulsartigen Störsignalen, insbesondere Herzschrittmacherimpulsen, geeignet ist, weist neben einer Elektrodenanordnung, eine Signalerfassungseinheit, eine Signalverarbeitungseinheit und eine Einheit zur Bildrekonstruktion auf. Die Signalerfassungseinheit ist zu einer Erfassung von EIT-Messignalen der Elektrodenanordnung ausgestaltet und vorgesehen und weist beispielsweise Signalverstärkungsschaltungen (OP-Amps), Signalfilterschaltungen, beispielsweise in Form von 50 Hz-Filtern oder Brummfiltern, Analog zu Digital-Wandler (A/D-Converter), sowie weitere Schaltelemente, wie Anpassungsschaltungen, beispielsweise zu einer Impedanz-Anpassung von Messzuleitungen, auf. Die Signalverarbeitungseinheit ist zu einer Durchführung einer Verarbeitung der EIT-Messsignale ausgestaltet und vorgesehen und ist beispielsweise in Form einer Prozessoreinheit (μC, μP, DSP) mit zugehörigen Speicherelementen (RAM, ROM, EEPROM), Dateneingängen (Input) Adressbus, Datenbus, Ausgabe-Schnittstelle (Output) ausgestaltet. Daneben weist ein typisches Elektro-Impedanz-Tomographie-Gerät vorzugsweise eine Ausgabeeinheit auf. Die Ausgabeeinheit dient zu einer Anzeige, Ausgabe und/oder Darstellung von Messwerten, Zahlenwerten, berechneten Ergebnissen oder Kurven, Bildern oder anderen grafischen Darstellungen der mittels der Elektrodenanordnung gewonnenen Impedanzwerte, Impedanzverteilung und Impedanzunterschiede in der Lunge eines Lebewesens oder Patienten und den daraus bestimmten Informationen hinsichtlich einer Belüftungssituation der Lunge, sowie der örtlichen und zeitlichen Belüftung der Lunge. Daneben kann vorzugsweise eine Eingabeeinheit in dem Elektro-Impedanz-Tomographie-Gerät angeordnet und vorgesehen sein. Eine solche Eingabeeinheit dient typischerweise als ein Eingabemittel für einen Anwender, beispielsweise in Form von Tast-Elementen, Knöpfen, Schaltelementen, Drehknöpfen, um Einstellungen oder Parametrisierungen für den Betrieb des Elektro-Impedanz-Tomographie-Gerätes vorzunehmen. Die Eingabeeinheit und die Ausgabeeinheit können auch gemeinsam als Ein- und Ausgabeeinheit, beispielsweise in Form eines berührungs-empfindlichen Displays (Touch-Screen) ausgeführt sein. In dem Elektro-Impedanz-Tomographie-Gerät ist die Signalerfassungseinheit zu einer Erfassung von EIT-Messsignalen der Elektrodenanordnung ausgestaltet. Die Elektrodenanordnung weist eine Vielzahl von an einem Brustkorb eines Lebewesens anbringbarer Elektroden auf. Die Ausgabeeinheit ist zu einer Darstellung von Impedanzwerten oder von den Impedanzwerten abgeleiteten Anzeigewerten oder grafischen Darstellungen ausgebildet. Die Impedanzwerte repräsentieren die Belüftungssituation und den Verlauf der Belüftung der Lunge des Lebewesens. Die Signalverarbeitungseinheit ist zu einer Steuerung eines folgenden Ablaufs zur Signalverarbeitung ausgestaltet:
- – Sortierung der EIT-Messsignale eines EIT-Messkanals in eine Zeitreihe mit EIT-Messsignalen,
- – Ermittlung einer messkanalspezifischen Vergleichsgröße auf Basis einer statistischen Kennzahl in der Zeitreihe mit EIT-Messsignalen,
- – Identifikation eines aktuellen EIT Messsignals als ein gestörtes Messsignal durch Vergleich des EIT-Messsignals des EIT-Messkanals mit der Messkanalspezifischen Vergleichsgröße,
- – Ersetzung des als gestörtes Messsignal identifizierten EIT-Messsignals durch einen Ersatzwert,
- – Überprüfung der Zeitreihe des EIT-Messkanals, ob ein Kriterium hinsichtlich einer Störungssituation überschritten wurde,
- – Einbeziehung des aktuellen EIT-Messsignals in die Ermittlung der statistischen Kennzahl aus den EIT-Messsignalen der Zeitreihe des
- EIT-Messkanals, falls in dem EIT-Messkanal das Kriterium hinsichtlich der Störungssituation nicht überschritten wurde,
- – Bereitstellung von bereinigten EIT-Messignalen, welche von impulsartigen Störsignalen, insbesondere Herzschrittmacherimpulsen, bereinigt sind,
- Sorting the EIT measurement signals of an EIT measurement channel into a time series with EIT measurement signals,
- Determination of a measurement channel-specific comparison variable on the basis of a statistical key figure in the time series with EIT measurement signals,
- Identification of a current EIT measurement signal as a disturbed measurement signal by comparison of the EIT measurement signal of the EIT measurement channel with the measurement channel-specific comparison variable,
- Replacement of the EIT measuring signal identified as a disturbed measuring signal by a substitute value,
- - Checking the time series of the EIT measuring channel as to whether a criterion with regard to a fault situation has been exceeded,
- - Inclusion of the current EIT measurement signal in the determination of the statistical key figure from the EIT measurement signals of the time series of the
- EIT measuring channel, if the criterion concerning the disturbance situation was not exceeded in the EIT measuring channel,
- Provision of adjusted EIT measurement signals which are adjusted for pulse-like interference signals, in particular pacemaker pulses,
Die Einheit zur Bildrekonstruktion ist ausgestaltet ist, die Menge von bereinigten EIT-Messsignalen mittels eines Rekonstruktionsalgorithmus in Impedanzwerte umzusetzen. Die Einheit zur Bildrekonstruktion ist typischerweise als eine Einheit zur Durchführung mathematischer Operationen, Logik-Operationen und bool'scher Algebra und zeitlicher Schrittabfolgen, beispielsweise in Form eines Prozessors oder mehrerer Prozessoren (μC, μP, DSP) ausgestaltet. Vorzugsweise ist die Einheit zur Bildrekonstruktion mit der Signalverarbeitungseinheit gemeinsam als eine zentrale Steuerung- und Berechnungseinheit ausgeführt. Die Ausgabeeinheit stellt auf Basis der Impedanzwerte zu einer Ausgabe hinsichtlich einer Ventilation der Lunge geeignete Steuersignale bereit. Die bereitgestellte Ausgabe ist, bzw. die bereitgestellten Steuersignale sind dabei von impulsartigen Störsignalen, insbesondere Herzschrittmacherimpulsen, bereinigt. Die Ausgabe der Steuersignale kann beispielsweise an einer Datenschnittstelle, beispielsweise als Video-Schnittstelle (RGB, HDMI) für eine Anbindung eines internen, in dem Elektro-Impedanz-Tomographie-Gerät angeordneten Datensichtgerätes oder eines externen, zur Darstellung geeigneten Gerätes erfolgen. Die Ausgabe ist vorzugsweise in Form einer grafischen Visualisierung in einer transversalen Ansicht der Lunge ausgebildet. Unterschiedliche Grade der Belüftung der Lunge entsprechen mittels der Bildrekonstruktion ermittelten Impedanzunterschiede verschiedener Bereiche der Lunge und werden grafisch beispielsweise durch unterschiedliche Graustufen, unterschiedliche Farbgebung, Farbsättigungsstufen, Helligkeitsstufen oder Transparenz-Stufen zu einer visuellen Unterscheidbarkeit unterschiedlicher Grade der Belüftung dargestellt.The image reconstruction unit is configured to convert the set of adjusted EIT measurement signals into impedance values by means of a reconstruction algorithm. The unit for image reconstruction is typically designed as a unit for performing mathematical operations, logic operations and Boolean algebra and time step sequences, for example in the form of one or more processors (μC, μP, DSP). Preferably, the image reconstruction unit is implemented in common with the signal processing unit as a central control and calculation unit. The output unit provides appropriate control signals based on the impedance values for output with respect to ventilation of the lung. The provided output is, or the control signals provided are thereby adjusted by pulse-like interference signals, in particular pacemaker pulses. The output of the control signals can be effected, for example, at a data interface, for example as a video interface (RGB, HDMI) for a connection of an internal data display device arranged in the electro-impedance tomography device or an external device suitable for display. The output is preferably in the form of a graphic visualization in a transverse view of the lung. Different degrees of ventilation of the lungs correspond to differences in impedance of different areas of the lung as determined by image reconstruction and are graphically represented by different gray levels, different colors, color saturation levels, brightness levels or transparency levels to visually distinguish different degrees of ventilation.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Elektro-Impedanz-Tomographie-Gerätes ist die Signalverarbeitungseinheit ausgestaltet, aus den zeitlich vorherigen EIT-Messsignalen der Zeitreihe des EIT-Messkanals und dem aktuellem EIT-Messsignal die statistische Kennzahl vorzugsweise auf Basis einer gleitenden Standardabweichung oder einem gleitenden Mittelwert oder einem Median-Wert zu ermitteln.In a preferred embodiment of the electro-impedance tomography device, the signal processing unit is configured from the time-previous EIT measurement signals of the time series of the EIT measurement channel and the current EIT measurement signal, the statistical index preferably based on a sliding standard deviation or a moving average or to determine a median value.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung zur Entfernung impulsartiger Störsignale ist die Signalverarbeitungseinheit ausgestaltet, in das Kriterium hinsichtlich der Störungssituation
- – eine Häufigkeit von Störungen von zeitlich vorherigen EIT-Messsignalen in einem vorbestimmten Zeitintervall und/oder
- – eine Häufigkeit von Störungen innerhalb einer vorbestimmten Anzahl von zeitlich vorherigen EIT-Messsignalen und/oder
- – eine Periodizität von identifizierten gestörten EIT-Messsignalen
- A frequency of disturbances of temporally previous EIT measurement signals in a predetermined time interval and / or
- A frequency of disturbances within a predetermined number of previous EIT measurement signals and / or
- A periodicity of identified disturbed EIT measurement signals
In einer bevorzugten Ausführungsform des Elektro-Impedanz-Tomographie-Gerätes ist die Signalverarbeitungseinheit ausgestaltet, in die Ermittlung der messkanalspezifischen Vergleichsgröße einen vorbestimmten maximalen oder einen vorbestimmten minimalen Schwellwert mit einzubeziehen.In a preferred embodiment of the electro-impedance tomography apparatus, the signal processing unit is configured to include in the determination of the measurement channel-specific comparison variable a predetermined maximum or a predetermined minimum threshold value.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Elektro-Impedanz-Tomographie-Gerätes ist die Signalverarbeitungseinheit ausgestaltet, die messkanalspezifische Vergleichsgröße als ein Vielfaches der statistischen Kennzahl zu bestimmen. Die messkanalspezifische Vergleichsgröße wird von der Signalverarbeitungseinheit vorzugsweise als ein Vielfaches oder ein Ganzzahliges Vielfaches (1, 2, 3...50) der ermittelten gleitenden Standardabweichung, des gleitenden Mittelwertes oder des Median-Wertes bestimmt. In a preferred embodiment of the electro-impedance tomography device, the signal processing unit is designed to determine the measurement channel-specific comparison variable as a multiple of the statistical characteristic. The measuring channel-specific comparison variable is preferably determined by the signal processing unit as a multiple or an integer multiple (1, 2, 3... 50) of the determined sliding standard deviation, the moving average or the median value.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Elektro-Impedanz-Tomographie-Gerätes ist die Signalverarbeitungseinheit ausgestaltet, den Ersatzwert von einem EIT-Messsignal oder mehreren EIT-Messignalen aus der Zeitreihe mit zeitlich vorherigen EIT-Messsignalen des EIT-Messkanals, vorzugsweise des aktuellen EIT-Messkanals und/oder zeitlich vorherigen EIT-Messsignalen mehrerer EIT-Messkanäle abzuleiten.In a preferred embodiment of the electro-impedance tomography device, the signal processing unit is configured, the substitute value of one EIT measurement signal or multiple EIT measurement signals from the time series with EIT measurement signals of the EIT measurement channel, preferably the current EIT measurement channel and EIT measurement channel or derive previous EIT measurement signals from several EIT measurement channels.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Elektro-Impedanz-Tomographie-Gerätes ist die Signalverarbeitungseinheit ausgestaltet, als Ersatzwert einen vorgegebenen Wert, vorzugsweise einen Wert, der einem zeitlich vorherigen Wert des aktuellen EIT-Messsignals des gleichen EIT-Messkanals entspricht oder einen Wert mit einem fest vorgegebenen numerischen Wert, an Stelle des identifizierten gestörten EIT-Messsignals zu verwenden. Diese Ersatzwerte werden dann im Zuge der weiteren Signalverarbeitung zusammen mit den ungestörten EIT-Messsignalen von der Einheit zur Bildrekonstruktion zur Bestimmung der Impedanzwerte und anschließend von der Ausgabeeinheit für die Erzeugung der Steuersignale zur Bereitstellung und/oder Ausgabe, beispielsweise in Form einer grafischen Darstellung oder Visualisierung verwendet.In a preferred embodiment of the electro-impedance tomography device, the signal processing unit is designed as a substitute value a predetermined value, preferably a value corresponding to a time previous value of the current EIT measurement signal of the same EIT measurement channel or a value with a fixed predetermined numerical value to be used instead of the identified disturbed EIT measurement signal. These substitute values are then used in the course of further signal processing together with the undisturbed EIT measurement signals from the image reconstruction unit for determining the impedance values and then from the output unit for generating the control signals for providing and / or output, for example in the form of a graphical representation or visualization used.
Die Vorliegende Erfindung wird nun mit Hilfe der folgenden Figuren und den zugehörigen Figurenbeschreibungen ohne Beschränkungen des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert.The present invention will now be explained in more detail with the aid of the following figures and the associated description of the figures without any limitations on the general concept of the invention.
Es zeigen:Show it:
In der
Der EIT-Signalverlauf
In den Bildern
In der
Die Datenverbindungen
Zur Verdeutlichung der bei der Identifizierung von Störungen erforderlichen fortwährenden Anzahl an Vergleichen von Spannungswerten
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Anordnung von FunktionselementenArrangement of functional elements
- 22
- Diagrammdiagram
- 33
- Abszisse, Zeitachse (t)Abscissa, time axis (t)
- 44
- Ordinate, Signalachse S(t)Ordinate, signal axis S (t)
- 5, 65, 6
- EIT-Signalverläufe, MesskanäleEIT signal waveforms, measuring channels
- 7, 97, 9
- Eingekoppelte Impulsartige StörungenCoupled Pulse-like Interference
- 1010
- EIT-BildserieEIT Series
- 11, 1211, 12
-
Artefakte in der EIT-Bildserie
10 Artifacts in theEIT series 10 - 1313
- EIT-ElektrodenanordnungEIT-electrode assembly
- 1414
- Signalerfassungseinheit [DAQ]Signal acquisition unit [DAQ]
- 1515
- Signalverarbeitungseinheit [μP]Signal processing unit [μP]
- 16, 1816, 18
- Speichereinheit mit EIT-Messignalen/Spannungs-MesswertenMemory unit with EIT measuring signals / voltage measured values
- 17 17
- Datenverbindungendata connections
- 1919
- Einheit zur BildrekonstruktionUnit for image reconstruction
- 2020
- Ausgabeeinheit zur EIT-BilddarstellungOutput unit for EIT image display
- 2121
- Teilbereich im EIT-Bild/Entfernter ArtefaktPart of the EIT image / removed artifact
- 5656
- EIT-Messsignalverlauf mit StörungEIT measurement signal with fault
- 5858
- EIT-Messsignalverlauf mit entfernter StörungEIT measurement waveform with remote fault
- 57, 57'57, 57 '
- Zeitintervall mit Störung, bzw. ErsatzwertTime interval with fault or substitute value
- 561561
- Störungdisorder
- 581581
- Ersatzwertesubstitute values
- 101–105101-105
-
Bilder der EIT-Bildserie
10 Pictures of theEIT picture series 10 - 161161
-
Spannungsreihe EIT Messsignale in der Speichereinheit
16 Voltage series EIT Measurement signals in thememory unit 16 - 161tx...161tx 161 tx ... 161 tx
- Zeitreihe mit EIT-MesssignalenTime series with EIT measurement signals
- 161x0 161 x0
- Aktuelles EIT-MesssignalCurrent EIT measurement signal
- 181181
-
Spannungsreihe bereinigter EIT Messsignale in der Speichereinheit
18 Voltage series of adjusted EIT measurement signals in thememory unit 18
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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Claims (20)
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