DE10104451A1

DE10104451A1 - Einrichtung zur Durchführung einer physiologisch gesteuerten Messung an einem Lebewesen

Info

Publication number: DE10104451A1
Application number: DE10104451A
Authority: DE
Inventors: Martin Harder; Gerhard Seng
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2001-02-01
Filing date: 2001-02-01
Publication date: 2002-08-29
Anticipated expiration: 2021-02-02
Also published as: CN1386474A; DE10104451B4; US6689059B2; CN1243507C; JP4382323B2; US20020103422A1; KR20020064202A; JP2002263076A

Abstract

Eine Einrichtung zur Durchführung einer physiologisch gesteuerten Messung an einem Lebewesen umfaßt Signalerfassungsmittel zur Erfassung eines physiologischen Signals (22) des Lebewesens, Anzeigemittel (20) zur graphischen Anzeige eines zeitlichen Verlaufs des physiologischen Signals (22) und Zeiteinstellmittel zur Einstellung mindestens eines für die Steuerung des zeitlichen Ablaufs der Messusng zu verwendenden Relativzeitpunkts, bezogen auf den zeitlichen Verlauf des physiologischen Signals (22). Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass die Anzeigemittel (20) dazu eingerichtet sind, auch den mindestens einen Relativzeitpunkt in zeitlicher Relation zu dem physiologischen Signal (22) graphisch anzuzeigen, insbesondere durch Einblendung mindestens eines Zeitbalkens (26, 28, 30). Auf diese Weise ist eine bessere visuelle Überwachung der eingestellten Relativzeitpunkte möglich.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Durchführung ei ner physiologisch gesteuerten Messung an einem Lebewesen.

Bei einer Reihe von Untersuchungen an Lebewesen sind sinn volle und aussagekräftige Messungen nur zu bestimmten Zeit punkten oder während bestimmter Phasen innerhalb eines phy siologischen Zyklus möglich. Bei computertomographischen Un tersuchungen innerer Organe beispielsweise, die sich im Rhythmus des Herzschlags oder der Atmung bewegen, ist es leicht vorstellbar, dass nur Schichtprojektionen, die während vergleichbarer Phasen der Organbewegung gewonnen wurden, sinnvoll zu einem interpretationsfähigen Tomographiebild zu sammengestellt werden können. Deshalb werden solche Messungen zeitlich nach Maßgabe eines geeignet gewählten physiologi schen Signals gesteuert. Dabei werden anhand des physiologi schen Signals ein oder mehrere Relativzeitpunkte definiert, die zur Zeitsteuerung der Messung herangezogen werden.

Zur Festlegung dieser Relativzeitpunkte gibt es sogenannte getriggerte Verfahren. Bei diesen Verfahren wird ein Trigger impuls in dem physiologischen Signal als Referenzzeitpunkt verwendet. Die Relativzeitpunkte werden dann in zeitlichem Bezug zu diesem Triggerimpuls definiert. Ihre Definition er folgt beispielsweise durch Angabe einer Wartezeit (Delay Time) nach jedem Triggerimpuls und durch Festlegung der Länge eines nach Verstreichen der Wartezeit beginnenden eigentli chen Meßzeitfensters (Scan Acquisition Window), innerhalb dessen die Meßdaten aufgenommen werden sollen. Die Parameter "Delay Time" und "User Acquisition Window" werden in der Re gel vom Benutzer über eine Tastatur in numerischer Form eingegeben. Das Scan Acquisition Window ergibt sich aus mehreren anderen Parametern, die der Benutzer einstellen kann, etwa durch eine Anzahl von Teilmessungen, die pro Meßzeitfenster durchgeführt werden sollen, wobei sich die Länge des Meßzeit fensters dann aus einer Multiplikation dieser Anzahl der Teilmessungen mit der für jede Teilmessung aufzuwendenden, ggf. ebenfalls einstellbaren Zeitdauer (Repetitionszeit) er gibt.

Des weiteren gibt es sogenannte Gating-Verfahren. Bei diesen wird ein die Messung steuerndes Zeitfenster (Gate) üblicher weise über Amplitudenschwellenwerte des physiologischen Si gnals definiert. Durchläuft das physiologische Signal einen solchen Schwellenwert, so wird dies als Ein- oder Ausschalt zeitpunkt des Zeitfensters betrachtet. Bei einem atemgesteu erten Meßverfahren kann beispielsweise ein geeigneter Pro zentwert der Atembewegung als Schwelle gewählt werden.

Problematisch bei physiologisch gesteuerten Messungen ist, dass die Signalparameter des als Referenz verwendeten physio logischen Signals oftmals nicht konstant sind, sondern statt dessen durchaus beträchtlichen Schwankungen unterliegen kön nen. Insbesondere können die Signalparameter, etwa die Si gnalperiode oder die maximale oder die durchschnittliche Si gnalamplitude, zwischen einer Phase der Meßvorbereitung und der Phase der eigentlichen Meßdurchführung voneinander ab weichen, bedingt beispielsweise durch eine Beschleunigung des Herzschlags oder der Atmung. Hat man in der Vorbereitungs phase geeignete Werte für die oben angesprochenen Parameter Wartezeit, Länge des Meßzeitfensters, Schwellenhöhe oder der gleichen eingestellt, so kann es dann vorkommen, dass diese Parameterwerte in der anschließenden Durchführungsphase der Messung nicht mehr geeignet sind und zu wenig aussagekräf tigen Meßergebnissen führen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, dem Benutzer eine ein fache Möglichkeit an die Hand zu geben, um zuverlässig kon trollieren zu können, ob der mindestens eine zur Zeitsteue rung der Messung zu verwendende Relativzeitpunkt, sobald er einmal eingestellt wurde, im Vergleich zum aktuellen Verlauf des physiologischen Signals noch geeignet ist, um die Messung sinnvoll durchführen zu können.

Bei der Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von ei ner Einrichtung zur Durchführung einer physiologisch gesteu erten Messung an einem Lebewesen, umfassend

- Signalerfassungsmittel zur Erfassung eines physiologischen Signals des Lebewesens,
- Anzeigemittel zur graphischen Anzeige eines zeitlichen Verlaufs des physiologischen Signals und
- Zeiteinstellmittel zur Einstellung mindestens eines für die Steuerung des zeitlichen Ablaufs der Messung zu ver wendenden Relativzeitpunkts bezogen auf den zeitlichen Verlauf des physiologischen Signals.

Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass die Anzeigemittel dazu eingerichtet sind, auch den mindestens einen Relativ zeitpunkt in zeitlicher Relation zu dem physiologischen Si gnal graphisch anzuzeigen.

Durch die gleichzeitige graphische Anzeige des mindestens ei nen Relativzeitpunkts wird es dem Benutzer bei der erfin dungsgemäßen Lösung ermöglicht, laufend visuell durch Ver gleich des angezeigten Relativzeitpunkts mit dem angezeigten aktuellen Signalverlauf des physiologischen Signals zu kon trollieren, ob der jeweilige Relativzeitpunkt geeignet einge stellt ist oder angepaßt werden muß. Dies ist auf einen Blick möglich, weil der Relativzeitpunkt in zeitlicher Relation zu dem physiologischen Signal angezeigt wird, d. h. unter Zugrun delegung des gleichen Zeitmaßstabs. Es wird also nicht lediglich ein bloßer Zahlenwert für den Relativzeitpunkt einge blendet, sondern die zeitliche Lage des Relativzeitpunkts re lativ zu dem physiologischen Signal verdeutlicht.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können mittels der Zeiteinstellmittel mindestens zwei verschiedene Relativzeitpunkte einstellbar sein, wobei die Anzeigemittel dazu eingerichtet sind, ein zwischen zwei Relativzeitpunkten liegendes Zeitfenster in zeitlicher Relation zu dem physio logischen Signal graphisch anzuzeigen. Ferner können die An zeigemittel dazu eingerichtet sein, ein zwischen einem Rela tivzeitpunkt und einem Bezugszeitpunkt des physiologischen Signals liegendes Zeitfenster in zeitlicher Relation zu dem physiologischen Signal graphisch anzuzeigen. Visuell beson ders leicht erkennbar sind die Zeitfenster, wenn sie in Form eines Zeitbalkens angezeigt werden. Im Fall mehrerer gleich zeitig angezeigter Zeitfenster können dann beispielsweise verschiedene Farben für die Zeitbalken verwendet werden.

In einigen Fällen kann es erwünscht sein, dass die Anzeige mittel das physiologische Signal und den mindestens einen Re lativzeitpunkt mit feststehender Zeitachse anzeigen. In ande ren Fällen kann es aber auch erwünscht sein, dass die Anzeigemittel das physiologische Signal und den mindestens einen Relativzeitpunkt mit bewegter Zeitachse anzeigen.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher er läutert. Darin stellen dar:

Fig. 1 schematisch ein Blockdiagramm der Meßeinrichtung,

Fig. 2 ein Beispiel einer während einer Meßvorbereitungsphase auf einem Bildschirm der Meßeinrichtung angezeigten Graphik und

Fig. 3 ein Beispiel einer während einer Meßdurchführungsphase auf dem Bildschirm angezeigten Graphik.

In Fig. 1 ist der Körper eines zu untersuchenden Menschen oder Tiers mit 10 bezeichnet. Eine Detektoranordnung 12 nimmt ein physiologisches Signal des Körpers 10 auf und leitet die ses an eine elektronische Meßsteuereinheit 14. Als physiolo gisches Signal kann die Detektoranordnung 12 beispielsweise elektrische Herzströme aufnehmen, wie sie für ein Elektro kardiogrammm (EKG) verwendet werden. Alternative Möglichkei ten sind die Atembewegungen des Körpers, dessen Pulsschlag, Zwerchfellbewegungen usw. Die Meßsteuereinheit 14 verwendet das physiologische Signal zur Zeitsteuerung tomographischer oder beliebiger anderer Messungen, die an dem Körper 10 mit tels einer allgemein mit 16 bezeichneten Meßanordnung 16 durchgeführt werden. Die Meßanordnung 16 kann beispielsweise eine Magneto-Resonanz-Tomographieeinrichtung oder eine Rönt gen-Computer-Tomographieeinrichtung sein. Werden solche to mographischen Untersuchungen an sich zyklisch, wenngleich nicht notwendigerweise regelmäßig bewegenden inneren Organen, wie beispielsweise Herz oder Lunge, vorgenommen, so erhält man aussagefähige Tomographiebilder nur dann, wenn die meh reren Einzelmessungen, die zur Rekonstruktion eines Tomogra phiebilds notwendig sind, während entsprechender Zyklusphasen durchgeführt werden, also beispielsweise während Herzruhe phasen. Aus diesem Grund steuert die Meßsteuereinheit 14 die Meßanordnung 16 derart, dass deren Meßaktivitäten nur während eines bestimmten Meßzeitfensters innerhalb des Zyklus des de tektierten physiologischen Signals stattfinden.

Dieses Meßzeitfenster wird von der Meßsteuereinheit 14 nicht selbst festgelegt. Vielmehr bestimmt der Anwender Länge und relative Lage des Meßzeitfensters (also Anfangs- und End zeitpunkt) innerhalb des Signalzyklus, indem er über eine an die Meßsteuereinheit 14 angeschlossene Tastatur 18 Werte für einen oder mehrere Parameter eingibt. Diese Parameter können beispielsweise sein: eine oder mehrere Amplitudenschwellen des physiologischen Signals (bei Gating-Verfahren) oder eine Wartezeit bis zum Beginn des Meßzeitfensters nach einer als Trigger verwendeten Impulsspitze des physiologischen Signals, die Anzahl während des Meßzeitfensters durchzuführender Ein zelmessungen und die pro Einzelmessung zur Verfügung zu stel lende Meßzeit (bei getriggerten Verfahren).

Das durch Eingabe der Parameterwerte festgelegte Meßzeit fenster kann sich der Anwender dann auf einem von der Meß steuereinheit 14 angesteuerten Bildschirm 20 graphisch anse hen. Auf dem Bildschirm 20 wird dabei sowohl das physiologi sche Signal als auch das Meßzeitfenster eingeblendet, letzte res so, dass seine zeitliche Lage und Ausdehnung relativ zu dem physiologischen Signal unmittelbar erkennbar sind. Vor zugsweise wird das Meßzeitfenster durch einen Balken oder eine Linie dargestellt, der bzw. die sich im gleichen Zeit maßstab wie das physiologische Signal längs desselben er streckt. Ist der Anwender mit Lage und Größe des Meßzeit fensters nicht zufrieden, kann er die Parameterwerte korri gieren, bis das eingestellte Meßzeitfenster seinen Wünschen entspricht.

Fig. 2 zeigt eine auf dem Bildschirm 20 angezeigte Beispiel graphik im Fall einer EKG-getriggerten Messung. Als physio logisches Referenzsignal dient hierbei ein EKG-Signal 22. Dieses wird auf dem Bildschirm 20 längs einer horizontalen Zeitachse 24 angezeigt. Außer dem EKG-Signal 22 wird zusätz lich noch auf dem Bildschirm 20 eine Anordnung vorzugsweise verschiedenfarbiger horizontaler Balken 26, 28, 30 angezeigt, von denen der mittlere Balken 28 das eingestellte Meßzeit fenster für die Meßdurchführung darstellt, der linke Balken 26 eine Wartezeitdauer nach einer als Triggerimpuls verwendeten R-Spitze 32 des EKG-Signals darstellt und der rechte Balken 30 eine Restzeit bedeutet. Diese Restzeit ergibt sich aus der Differenz zwischen einer vom Anwender als zusätzli cher Parameter vorgebbaren, insgesamt verfügbaren Maximal zeitdauer ("User Acquisition Window") und der Summe aus War tezeitdauer und Meßzeitfenster.

In einer Meßvorbereitungsphase wird die angezeigte physiolo gische Signalkurve 22 zyklisch aktualisiert, z. B. nach jedem Triggerimpuls oder jeweils nach einer vorbestimmten Zeit dauer, etwa jeweils nach 3 Sekunden. Bei jeder Aktualisierung wird die Kurve 22 neu gezeichnet, wobei der Zeitpunkt des Triggerimpulses 32 (der mittleren Spitze des QRS-Komplexes im EKG-Signal) im Anzeigefenster des Bildschirms 20 an einem festen Punkt stehen bleibt. Bei Gating-Verfahren, die z. B. ein Atemsignal als physiologisches Referenzsignal verwenden, kann das Erreichen eines Schwellenwerts als fixer Punkt an genommen werden. Somit entsteht bei feststehender Zeitachse 24 ein stehendes, jedoch wiederholt aktualisiertes Bild des physiologischen Signals auf dem Bildschirm 20. Infolge der übersichtlichen Zusatzeinblendung der Balken 26, 28, 30, an hand derer der Anwender die aktuelle Einstellung der Meßpara meter erkennen kann, ist es für den Anwender besonders leicht, die bestgeeigneten Werte für diese Parameter zu fin den.

In der Beispielgraphik der Fig. 2 bezeichnen Pfeile 34 zwei aufeinanderfolgende R-Spitzen im EKG-Signal 22, die als Trig gerimpulse verwendet werden, ein Kreuz 36 bezeichnet eine er kannte Extrasystole. Zwei senkrechte Linien 38, deren linke am Zeitort des für die graphische Anzeige als Festpunkt ver wendeten Triggerimpulses 32 liegt, gibt das durchschnittliche Intervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden R-Spitzen des EKG-Signals 22 an. Ein Bereich zwischen der linken Linie 38 und einer gestrichelten Linie 40 stellt ein aufgrund einer Langzeitstatistik dem Anwender empfohlenes Gesamtzeitfenster ("System Acquisition Window") dar, innerhalb dessen die Meß vorgänge stattfinden sollten. Dieses Gesamtzeitfenster ergibt sich aus dem mittleren R-R-Intervall vermindert um die dop pelte Standardabweichung. Letztere entspricht dem Bereich zwischen der Linie 40 und der rechten Linie 38. Zur besseren Visualisierung können das Gesamtzeitfenster und der Bereich der doppelten Standardabweichung mit unterschiedlichen Farben unterlegt sein.

Die Signalkurve 22 mit den Balken 26, 28, 30 wird nicht nur während der Meßvorbereitung sondern auch während der Durch führung der eigentlichen Messung auf dem Bildschirm 20 ange zeigt. Dabei können auf dem Bildschirm 20 getrennte Anzeige fenster für die Meßvorbereitung und die Meßdurchführung ein gerichtet werden, um gleichzeitig mit der Durchführung einer Messung bereits eine nachfolgende Messung vorbereiten zu kön nen. Fig. 3 zeigt ein Beispiel einer auf dem Bildschirm 20 für die Meßdurchführung angezeigten Graphik. Entsprechende Elemente sind dabei mit gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 2 bezeichnet. Während der Meßdurchführung wird die Signalkurve 22 vorzugsweise in durchlaufender Form gezeichnet, d. h. mit bewegter Zeitachse 24 möglichst echtzeitnah durch das Anzei gefenster (hier längs eines Pfeils 42 von rechts nach links) hindurchgeschoben. Gleichzeitig werden auch hier die Balken 26, 28, 30 in ihrer relativen Lage und Ausdehnung zur Signal kurve 22 miteingezeichnet und ebenfalls durch das Anzeige fenster durchgeschoben. Der Anwender kann so sehr leicht er kennen, ob die in der Phase der Messvorbereitung durchge führte Parametereinstellung geeignet ist oder beispielsweise aufgrund eines schnelleren Herzschlags einer Anpassung be darf.

Es kann sein, dass bereits vor Ablauf des eingestellten Meß zeitfensters (entsprechend vor Ende des Balkens 28) unerwarteterweise der nächste Triggerimpuls in Form einer R-Spitze 32 des EKG-Signals 22 auftritt. Dies ist in der rechten Hälfte der Fig. 3 veranschaulicht. Dieser Fall kann dem An wender dadurch kenntlich gemacht werden, dass ab dem Unterbrechungszeitpunkt in einer eigens hierfür reservierten Signalfarbe, beispielsweise rot, ein Balken 44 eingeblendet wird, der sich bis zum Ende der vom Anwender eingestellten Maximalzeitdauer ("User Acquisition Window") erstreckt. Der Anwender kann so auf einen Blick erkennen, wann sich der Herzrhythmus oder allgemein der Rhythmus des physiologischen Signals so stark beschleunigt, dass die Messung unterbrochen und erst nach Einstellung geänderter Parameterwerte erneut gestartet werden sollte.

Es versteht sich, dass zusätzlich zu den Balken 26, 28, 30 auch numerischen Werte für diejenigen Zeitpunkte auf dem Bildschirm 20 angezeigt werden können, die die Anfangs- oder Endzeitpunkte der Balken markieren.

Claims

1. Einrichtung zur Durchführung einer physiologisch gesteuer ten Messung an einem Lebewesen (10), umfassend
Signalerfassungsmittel (12) zur Erfassung eines physiologischen Signals (22) des Lebewesens (10),
Anzeigemittel (20) zur graphischen Anzeige eines zeitlichen Verlaufs des physiologischen Signals (22) und
Zeiteinstellmittel (18) zur Einstellung mindestens eines für die Steuerung des zeitlichen Ablaufs der Messung zu verwendenden Relativzeitpunkts bezogen auf den zeitlichen Verlauf des physiologischen Signals (22),
dadurch gekennzeichnet,
dass die Anzeigemittel (20) dazu eingerichtet sind, auch den mindestens einen Relativzeitpunkt in zeitlicher Relation zu dem physiologischen Signal (22) graphisch anzuzeigen.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Zeiteinstellmittel (18) mindestens zwei ver schiedene Relativzeitpunkte einstellbar sind und dass die An zeigemittel (20) dazu eingerichtet sind, ein zwischen zwei Relativzeitpunkten liegendes Zeitfenster (28) in zeitlicher Relation zu dem physiologischen Signal (22) graphisch anzu zeigen.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigemittel (20) dazu eingerichtet sind, ein zwi schen einem Relativzeitpunkt und einem Bezugszeitpunkt (38) des physiologischen Signals (22) liegendes Zeitfenster (26) in zeitlicher Relation zu dem physiologischen Signal (22) graphisch anzuzeigen.

4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, da durch gekennzeichnet, dass die Anzeigemittel (20) dazu eingerichtet sind, das Zeit fenster (26, 28) in Form eines Zeitbalkens anzuzeigen.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigemittel (20) dazu eingerichtet sind, das phy siologische Signal (22) und den mindestens einen Relativzeit punkt mit feststehender Zeitachse (24) anzuzeigen.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigemittel (20) dazu eingerichtet sind, das phy siologische Signal (22) und den mindestens einen Relativzeit punkt mit bewegter Zeitachse (24) anzuzeigen.