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Die
Erfindung betrifft eine Magnetkardiographievorrichtung zur Erstellung
von Belastungs-Magnetkardiogrammen.
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Zum
Hintergrund der Erfindung ist festzuhalten, dass bei der Magnetkardiographie
kontaktlos die magnetische Aktivität des Herzens registriert wird. Das
vom menschlichen Herzen generierte Magnetfeld ist dabei extrem schwach.
Seine Quantifizierung ist erst mit der Entwicklung der hochempfindlichen SQUID-Sensoren
möglich
geworden. Diese werden durch flüssiges
Helium auf eine Temperatur von 4,2 Kelvin gekühlt und dadurch in superleitenden
Zustand versetzt.
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Aufgrund
des engen Zusammenhangs von magnetischer und elektrischer Aktivität des Herzens ist
ein Magnetkardiogramm dem Elektrokardiogramm (EKG) sehr ähnlich,
es liefert jedoch zusätzliche
Informationen.
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In
medizinischer Sicht ist neben dem morphologischen auch der funktionelle
Aspekt der koronaren Herzerkrankung von zentraler Bedeutung für die Prognoseabschätzung und
die weitere Therapieplanung. Dabei sind nicht-invasive bildgebende
Verfahren zunehmend in der Lage, neben der kontraktilen Funktion
weitere Funktionsparameter zu erfassen. Besonders wichtig ist es,
mögliche
Ischämien des
Herzmuskels diagnostizieren zu können,
da dieses Organ über
keine Möglichkeiten
verfügt,
Sauerstoff zu speichern, so dass es auf eine ständige Sauerstoffzufuhr angewiesen
ist.
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Unter
körperlicher
Belastung erhöht
sich die Pumparbeit des Herzens, wobei je nach Aktivitätsgrad erheblich
mehr Sauerstoff verbraucht wird. Daher muss in dieser Situation
auch mehr Sauerstoff antransportiert werden. Dies regelt der Organismus durch
einen erheblichen Anstieg der Herzdurchblutung in solchen Situationen.
Ein Patient mit hochgradigen Einengungen der Arterien, die den Herzmuskel versorgen,
kann diese Durchblutungssteigerung in vielen Fällen jedoch nicht leisten.
Daher tritt bei Patienten mit koronarer Herzkrankheit unter größerer körperlicher
Belastung ein Sauerstoffmangel im Herzmuskel auf, da der Sauerstoffverbrauch
der Muskelzellen größer ist
als der zur Verfügung
stehende Sauerstoff. Dies führt
dann zu einer Abnahme des Aktionspotentials der Herzmuskelzellen.
Dieser Effekt könnte
durch magnetkardiographische Messungen nachgewiesen werden. Bisher übliche Belastungs-EKG-Geräte auf der
Basis eines Ergometers können
für die
Magnetkardiographie allerdings nicht benutzt werden, da in der Umgebung
der supraleitfähigen
Meßsonden
keine magnetischen Störfelder auftreten
dürfen.
Dies wird verständlich,
wenn man berücksichtigt,
dass die zu messenden Magnetfelder, die während eines Herzzyklus erzeugt
werden, etwa 1 Million mal kleiner sind, als z.B. das Magnetfeld
der Erde.
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Ausgehend
von der geschilderten Problematik liegt der Erfindung die Aufgabe
zu Grunde, eine Magnetkardiographievorrichtung anzugeben, mit deren
Hilfe solche Belastungs-Magnetkardiogramme erstellt werden können.
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Diese
Aufgabe wird durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 angegebenen
Merkmale gelöst.
Demnach ist eine magnetische Abschirmkammer vorgesehen, in der die
Untersuchung grundsätzlich
durchgeführt
wird. Dabei ist in der Abschirmkammer eine aus nicht-magnetischen
Komponenten bestehende Belastungseinheit für den Patienten vorgesehen,
die auf Grund der nicht-magnetischen Ausführung die Aufzeichnung des
Magnetkardiogramms nicht stört.
Die Bedien- und Steuereinheit, mit der die Belastungseinheit beispielsweise
hinsichtlich der vom Patienten zu erbringenden Leistung regelbar
ist, ist außerhalb
der Abschirmkammer positioniert und hat daher keinerlei störenden Einflüsse auf
die Aufzeichnung der Magnetkardiogramme innerhalb der Abschirmkammer.
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Für letzteren
Zweck ist ein üblicher
Magnetkardiograph vorgesehen, dessen Magnetfeldsensoren in der Abschirmkammer
angeordnet sind. Im Hinblick auf die ungestörte Aufzeichnung des Magnetkardiogramms
ist es aber auch hier wieder notwendig, die Bedienkonsole für den Magnetkardiographen außerhalb
der Abschirmkammer zu positionieren.
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Die
Erfindung beruht also zusammenfassend auf dem grundsätzlichen
Konzept, mit Hilfe der Abschirmkammer zwei Bereiche zu schaffen,
nämlich
den für
die Aufzeichnung der Magnetkardiogramme messtechnisch empfindlichen
Bereich in der Abschirmkammer und eine externe Zone. In der Abschirmkammer
sind nur solche Elemente vorhanden, die aufgrund ihrer Materialauswahl
nicht-magnetisch und insbesondere nicht ferromagnetisch sind und
damit die Magnetfeldmessung nicht stören. Störende Teile, bei denen insbesondere
elektrischer Strom fließt,
wurden in die Außenzonen
verlagert.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ist
für die
Parallel-Aufzeichnung eines Belastungs-EKG ein außerhalb
der Abschirmkammer positioniertes EKG-Gerät
vorgesehen, dessen mit dem Patienten verbindbare EKG-Elektroden
und -Ableitungen in die Abschirmkammer reichen und ebenfalls aus
nicht magnetischen Komponenten bestehen. Damit kann – wie bei
einem Belastungs-EKG gefordert – der
Patient in definierter Weise belastet werden, beispielsweise ausgehend
von einer Ausgangsbelastung von 25 Watt eine jeweilige Steigerung
alle zwei Minuten in 25-Watt-Schritten bis zum Erreichen eines Abbruchkriteriums.
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Die
Kombination der Magnetkardiographievorrichtung mit einem Belastungs-EKG ist auch deshalb
von Bedeutung, als die Magnetkardiogramme in der Regel für eine bestimmte
Periode der Kammer-Repolarisation ermittelt werden. Insoweit ist
der genaue Aufzeichnungszeitpunkt auf der Basis des EKG zu ermitteln.
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Weitere
bevorzugte Ausführungsformen
beschäftigen
sich mit der Belastungseinheit, die auf einer hydraulisch gebremsten
Ergometereinheit bestehend aus nicht-magnetischen Materialien basiert.
Die Verwendung einer Hydraulik als Bremse hat den Vorteil, dass
die entsprechenden Komponenten in der Abschirmkammer relativ problemlos
komplett aus nicht-magnetischen Materialien hergestellt werden können, wie
beispielsweise Hydraulikfluidleitungen aus Kupfer.
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Das
gesamte Belastungssystem basiert dann vorzugsweise auf einer außerhalb
der Abschirmkammer angeordneten Fluidbremse, deren erzeugter Gegendruck
zur Belastungsregelung mittels der Steuereinheit außerhalb
der Abschirmkammer regelbar ist. Gleichzeitig kann der Gegendruck
zur Ermittlung der Patientenbelastung gemessen werden.
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Die
Ergometereinheit ist bevorzugter Weise an einer Patientenliege angeordnet,
die ebenfalls aus nicht-magnetischen Komponenten besteht.
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Für Patienten,
bei denen keine körperliche Belastung
möglich
ist, erfolgt eine Belastungssimulation, indem Pharmaka beispielsweise
zur Provokation einer Zunahme der Durchblutung oder der Pumparbeit
des Herzens verabreicht werden. Um dies bei der erfindungsgemäßen Magnetkardiographievorrichtung
zu ermöglichen,
ist ein außerhalb
der Abschirmkammer positioniertes Perfusionsgerät zur Medikamentengabe vorgesehen,
dessen zum Patienten in der Abschirmkammer führende Medikamentenleitung
aus nicht-magnetischem Material besteht.
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Um
eine Patientenüberwachung
von außerhalb
der Abschirmkammer zu ermöglichen,
ist in der Abschirmkammer vorzugsweise eine Überwachungskamera in einem
magnetisch geschirmten Gehäuse
vorgesehen.
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Um
die Abschirmung möglichst
wenig durch die zwischen den externen und internen Komponenten verlaufenden
Verbindungsleitungen zu beeinträchtigen,
können
eine oder mehrere gemeinsame Durchführungen dafür beispielsweise in der Wand der
Abschirmkammer vorgesehen sein.
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Weitere
Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel der Magnetkardiographievorrichtung
anhand der beigefügten
Zeichnungen näher
erläutert
wird. Es zeigen
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1 ein
höchst
schematisches Schaubild einer Magnetkardiographievorrichtung, und
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2 ein
Kurvendiagramm des frequenzabhängigen
magnetischen Umgebungsrauschens in einem ungeschirmten bzw. magnetisch
abgeschirmten System.
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Die
Magnetkardiographievorrichtung weist als zentralen Bestandteil eine
Abschirmkammer 1 auf, deren Innenraum 2 damit
von allen externen elektromagnetischen Störeinflüssen abgeschirmt ist.
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Im
Innenraum 2 ist eine Patientenliege 3 angeordnet,
die komplett aus nicht-ferromagnetischen Werkstoffen,
wie beispielsweise Aluminium und geeigneten Kunststoffen besteht.
In der grundsätzlich bekannten
räumlichen
Zuordnung zur Patientenliege ist ein als Ganzes mit 4 bezeichneter
Magnetkardiograph mit seiner Magnetfeldsensoreinheit 5 positioniert.
Letztere weist Flüssighelium-gekühlte, supraleitende
SQUID-Sensoren auf, wie sie bei derzeitigen Standardgeräten eingesetzt
werden. Die magnetische Sensoreinheit 5 steht über geeignete
Versorgungs- und Signalleitungen, die in der beigefügten Zeichnung
als Kabelstrang 6 angedeutet sind, mit der eigentlichen
Bedienkonsole 7 außerhalb
der Abschirmkammer 1 in Verbindung. Die elektromagnetischen
Störeinflüsse aufgrund
der in der Bedienkonsole 7 verwendeten Materialien und
der darin fließenden
elektrischen Ströme
beeinflussen die Messung innerhalb der Abschirmkammer 1 damit
nicht.
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Um
ein Belastungs-Magnetkardiogramm aufnehmen zu können, ist eine Ergometereinheit 8 in Längsrichtung
verschiebbar am Fußende
der Patientenliege 3 angeordnet. Diese Ergometereinheit 8 ist im
Wesentlichen durch eine Tretkur bel 9 mit Fußpedalen 10 realisiert,
die in einer Gehäusetrommel 11 drehbar
aufgehängt
sind. In der Gehäusetrommel 11 sind Öldruckleitungen 12 als
Hydraulikfluidleitungen vorgesehen, die aus der Abschirmkammer 1 nach außen geführt und
dort mit einer Fluidbremse 13 hydraulisch gekoppelt sind.
Die Fluidbremse 13 weist eine in der Öldruckleitung 12 angeordnete
Drossel mit einstellbarem Düsendurchmesser
auf, sodass sich der an der Tretkurbel 9 zu überwindende
Tretwiderstand über
die Öldruckleitung 12 von
außerhalb der
Abschirmkammer 1 einstellen lässt. Hierzu ist der Fluidbremse 12 eine
Steuereinheit 14 zugeordnet, über die sich die Belastung
durch Einstellung von Tretwiderstand und Trittfrequenz entsprechend
den in der Belastungs-Elektrokardiographie
vorgesehenen Belastungsschritten steuern lässt. Um eine definierte Druckeinstellung
zu gewährleisten,
ist der Gegendruck, wie er von der Fluidbremse 13 erzeugt wird,
durch die Steuer- und Bedieneinheit 14 messbar.
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Alle
Teile der Ergometereinheit 8 und der Öldruckleitungen 12,
die innerhalb der Abschirmkammer 1 angeordnet sind, sind
wiederum aus nicht-ferromagnetischen
Materialien hergestellt.
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Wie
ferner aus der beigefügten
Zeichnung hervorgeht, ist zur Parallel-Aufzeichnung eines EKGs ein außerhalb
der Abschirmkammer 1 positioniertes EKG-Gerät 16 vorgesehen,
bei dem es sich um ein nach derzeitigem Stand der Technik ausgeführtes 12-Kanal-EKG-Gerät handelt,
dessen Ableitungen 17 ebenfalls in die Abschirmkammer 1 hineinreichen. Diese
Ableitungen 17 sowie die an deren Enden angeordneten Elektroden-Stecker 18 bestehen
wiederum aus nicht-ferromagnetischen Materialien, wie beispielsweise
Kupfer und geeigneten Isolations-Kunststoffen. Aufgrund der gleichzeitigen
Aufzeichnung von Elektro- und Magnetkardiogramm können die magnetkardiographischen
Messungen simultan mit einem 12-Kanal-Oberflächen-EKG unter körperlicher Belastung
durchgeführt
und ausgewertet werden.
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Für Patienten,
bei denen aufgrund ihrer Erkrankung keine körperliche Belastung möglich ist, muss – wie eingangs
erörtert – die Gabe
von Pharmaka zur Provokation einer Zunahme der Durchblutung oder
der Pumparbeit des Herzens ermöglicht werden.
Hierzu ist der gezeigten Magnetkardiographievorrichtung 4 ein übliches
Perfusionsgerät 19 beigeordnet,
das wiederum außerhalb
der Abschirmkammer 1 angesiedelt ist. Davon ausgehend führen eine
oder mehrere dünne
Schlauchleitungen 20 aus nicht-magnetischem Kunststoff
in die Abschirmkammer 1 und sind direkt bis zum Patienten
geführt.
Die Schlauchleitungen 20 können dort jeweils mit einer dem
Patienten gelegten Venenverweilkanüle verbunden werden. Durch
das Perfusionsgerät 19 kann
damit von außen
gesteuert die notwendige Dosis des jeweiligen Pharmakons – beispielsweise
Adenosin zur Perfusionszunahme oder die Kombination von Dobutamin
zur Steigerung der Inotropie verbunden mit Atropin zur Herzfrequenzsteigerung – exakt
eingestellt und an die Patientennotwendigkeiten angepasst werden,
ohne dass es zu einer Zunahme von Störfeldern in der Abschirmkammer
kommt.
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Zur Überwachung
des auf der Patientenliege 3 ruhenden Patienten (nicht
dargestellt) ist eine Überwachungskamera 21 in
der Abschirmkammer 1 montiert, welche Kamera in einem magnetisch
geschirmten Gehäuse 22 untergebracht
ist. Damit generiert diese ebenfalls keinerlei Störfelder,
die die Aufnahme des Magnetkardiogramms beeinträchtigen würden. Das Kamerabild wird über eine
aus der Abschirmkammer 1 herausgeführte Signalleitung 23 auf
einen Monitor 15 übertragen
und dort angezeigt.
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Die
gesamten Verbindungsleitungen, wie die Öldruckleitungen 12,
die Ableitungen 17, die Schlauchleitung 20 und
die Signalleitung 23 der Überwachungskamera 21 sind über entsprechende Durchführungen 24, 25 in
die Abschirmkammer 1 gelegt, beispielsweise durch die Wand.
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2 zeigt
in einem diagrammartigen Vergleich den Effekt der Abschirmkammer 1.
Die mit einer durchgezogenen Linie wiedergegebene, obere Messkurve
in 2 zeigt das frequenzabhängige magnetische Umgebungsrauschen
in einer ungeschirmten Magnetkardiographievorrichtung. In einer Abschirmkammer 1 zeigt
sich das mit einer gestrichelten Linie wiedergegebene magnetische Rauschverhalten.
Die magnetische Stärke
liegt zwei bis drei Größenordnungen
unter den Werten beim umgeschirmten System.