DE102011018505A1

DE102011018505A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Elektroimpedanztomographie

Info

Publication number: DE102011018505A1
Application number: DE102011018505A
Authority: DE
Inventors: Dr. Li Lianhua; Thomas Gallus
Original assignee: Draeger Medical GmbH
Current assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Priority date: 2011-04-23
Filing date: 2011-04-23
Publication date: 2012-10-25
Anticipated expiration: 2031-04-24
Also published as: US20120271193A1; GB2490196A; US9042957B2; GB2490196B; DE102011018505B4; BR102012009371A2; BR102012009371B1; CN102755163A; GB201203920D0; JP5575177B2; CN102755163B; JP2012228514A

Abstract

Eine Vorrichtung zur Elektroimpedanztomographie mit einem Elektrodengürtel (2), welcher Elektroden (E1...E16) aufweist, wobei mindestens zwei Gruppen (5, 6) aus nebeneinander liegenden Elektroden gebildet sind und die Elektroden einer Gruppe (6, 7) mit mindestens einem, mehradrigen Zuleitungskabel (7, 8) kontaktiert sind, soll hinsichtlich eines verminderten Störpegels bei der Datenerfassung verbessert werden. Zur Lösung der Aufgabe ist vorgesehen, dass mindestens eine Elektrode (E9) von zwei benachbart liegenden Elektroden (E8, E9) von zwei unterschiedlichen Gruppen (5, 6) eine zusätzliche Elektrodenzuleitung (15) aufweist, die über das Zuleitungskabel (7) der benachbarten Gruppe (5) geführt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Elektroimpedanztomographie und ein Verfahren zur Ermittlung von Messsignalen mit einer Vorrichtung zur Elektroimpedanztomographie.
Die Elektroimpedanztomographie (EIT) findet zunehmende Verbreitung in der medizinischen Anwendung. Typische EIT-Geräte verwenden 8, 16 oder 32 Elektroden zur Datenerfassung, wobei durch zwei Elektroden Strom eingespeist wird und zwischen den verbleibenden Elektroden die resultierende Spannung gemessen wird. Durch Kombination von verschiedenen Einspeisungen und Messungen gelingt es einen Signalvektor zu erzeugen, aus dem mittels eines geeigneten Algorithmus die Impedanzverteilung bzw. bei der funktionellen EIT (fEIT) die relative Änderung der Impedanzverteilung gegenüber einen Referenzwert in der Elektrodenebene bestimmt werden kann. Letzteres wird bei der zustandsabhängigen funktionellen Elektroimpedanz des Thorax verwendet, bei der N Elektroden ringförmig um den Thorax angebracht werden, um aus dem Vergleich der Signalvektoren bei verschiedenen Lungenzuständen, z. B. end-inspiratorisch und end-exspiratorisch, ein Schnittbild der ventilationsbedingten relativen Impedanzänderung zu rekonstruieren, die ein Maß für die regionale Verteilung der Ventilation der Lunge ist. Die Thorax-fEIT eignet sich gut zum regional aufgelösten Lungenmonitoring der Ventilation insbesondere auf Intensivstationen in Krankenhäusern.
Eine Vorrichtung zur Elektroimpedanztomographie geht beispielhaft aus der US 5 919 142 A hervor.
Eine häufig verwendete Datenerfassungsstrategie ist die sogenannte benachbarte Datenerfassung, bei der durch zwei benachbarte Elektroden Strom eingespeist wird und die Spannungen zwischen den verbleibenden Elektroden benachbart gemessen werden, wobei stromführende Elektroden wegen des unbekannten Spannungsabfalls über den stromführenden Elektroden ausgespart werden. Für eine Stromeinspeisungsposition ergeben sich somit dreizehn Spannungswerte. Für die Stromeinspeisung über ein nachfolgendes Elektrodenpaar ergeben sich erneut dreizehn Spannungen, so dass insgesamt 16·13 = 208 Spannungsmesswerte vorhanden sind, aus welchen mit einer Rekonstruktionsvorschrift, die für diese Form der Datenerfassung gültig ist, die Impedanzverteilung, beziehungsweise die relative Änderung der Impedanzverteilung bei Verwendung von 208 Referenzspannungen, bestimmt werden kann.
Zur Befestigung der Elektroden am Körper eines Probanden werden üblicherweise Elektrodengürtel verwendet, die aus einer Stützstruktur bestehen, an der die Elektroden befestigt sind und in Position gehalten werden. Ein derartiger Elektrodengürtel ist aus der gattungsbildenden Schrift EP 1 649 805 B1 bekannt. Die Elektroden stehen in flächigem Kontakt zum Körper des Probanden und besitzen ein Kontaktmittel, an das jeweils eine Elektrodenzuleitung als Ader eines mehradrigen Zuleitungskabels angeschlossen ist. Der Einfluss von Störungen wird durch eine Schirmung jeder Elektrodenzuleitung reduziert.
Der Elektrodengürtel ist in zwei Gruppen von jeweils acht Elektroden unterteilt, die jeweils mit einem separaten, mehradrigen Zuleitungskabel kontaktiert werden. Das mehradrige Zuleitungskabel besitzt zwei Stränge, mit denen jeweils vier Elektroden kontaktiert werden.
Durch die Stromeinspeisung an benachbarten Elektroden können Magnetfelder entstehen, die die Spannungsmessungen beeinträchtigen. Dieses magnetische Übersprechen ist gering, solange die betroffenen Elektrodenzuleitungen innerhalb eines einzigen mehradrigen Zuleitungskabels verlaufen. Befindet sich ein mehradriges Zuleitungskabel jeweils an der rechten – und linken Seite des Elektrodengürtels, dann ist das magnetische Übersprechen gering, solange die Elektrodenzuleitungen für die Stromeinspeisung und die Spannungsmessung ausschließlich im rechten- oder linken Zuleitungskabel verlaufen. Das maximale Übersprechen tritt auf, wenn die Elektrodenzuleitungen für die Elektrodenpaare zur Stromeinspeisung und Spannungsmessung Elektrodenpaare in unterschiedlichen Zuleitungskabeln verlaufen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der genannten Art hinsichtlich des auftretenden Störpegels bei der Datenerfassung am Elektrodengürtel zu verbessern und ein Verfahren zur Ermittlung von Messwerten mit einer Vorrichtung zur Elektroimpedanztomographie anzugeben.
Die Lösung der Aufgabe für die Vorrichtung ergibt sich aus den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Die Lösung der Aufgabe für das Verfahren ergibt sich aus den Merkmalen des Patentanspruchs 3.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist im Unteranspruch angegeben.
Bei einer Vorrichtung zur Elektroimpedanztomographie mit einem Elektrodengürtel, welcher Elektroden aufweist, werden Gruppen aus nebeneinander liegenden Elektroden gebildet. Elektroden, die zu einer Gruppe gehören, werden mit mindestens einem mehradrigen Zuleitungskabel kontaktiert. Die Gruppen können dabei eine gleiche Anzahl von Elektroden oder eine unterschiedliche Elektrodenanzahl aufweisen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass mindestens eine Elektrode von zwei benachbart liegenden Elektroden, die zu zwei unterschiedlichen Gruppen gehören, auch über ein Zuleitungskabel der benachbarten Gruppe kontaktiert wird.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass durch eine derartige Doppelkontaktierung einer Elektrode über zwei getrennte Zuleitungskabel das magnetische Übersprechen und damit das Störsignal bei der Datenerfassung deutlich reduziert werden kann. Die Doppelkontaktierung bezieht sich bevorzugt auf Elektroden, die im Grenzbereich von benachbarten Elektrodengruppen liegen und zwischen zwei benachbarten Elektroden unterschiedliche, mehradrige Zuleitungskabel vorhanden sind. Unter dem Begriff benachbart liegende Elektroden ist zu verstehen, dass es zwei benachbarte Elektroden sind, die Kontakt mit der Hautoberfläche haben. Sollte eine Defektelektrode vorhanden sein, bei der der Hautkontakt nicht vorhanden ist und damit eine Stromeinspeisung oder Spannungsmessung nicht möglich ist, ist die benachbarte Elektrode die der Defektelektrode folgende Elektrode mit Hautkontakt.
Das Verfahren zur Ermittlung von Messsignalen mit einer Vorrichtung zur Elektroimpedanztomographie mittels eines Elektrodengürtels, welcher mindestens zwei Gruppen aus nebeneinander liegenden Elektroden aufweist, die jeweils über mehradrige Zuleitungskabel kontaktiert sind, besteht darin, mindestens eine Elektrode von zwei benachbart liegenden Elektroden, die zu unterschiedlichen Gruppen gehören, mit einer zusätzlichen Elektrodenzuleitung zu kontaktieren, die über das Zuleitungskabel der zur Elektrode benachbart liegenden Gruppe von Elektroden verläuft. Es liegt auch im Rahmen der Erfindung beide benachbart liegende Elektroden zusätzlich über das Zuleitungskabel der jeweils benachbarten Gruppe von Elektroden zu kontaktieren.
Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in der Figur gezeigt und im Folgenden näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine Vorrichtung zur Elektroimpedanztomographie mit einem Auswertegerät und einem Elektrodengürtel,
2 einen alternativen Betriebszustand zur 1,
3 eine erfindungsgemäße Kontaktierung.
1 zeigt eine Messvorrichtung 1 zur Elektroimpedanztomographie mit einem Elektrodengürtel 2 und einem an den Elektrodengürtel 2 angeschlossenen Auswertegerät 3. Der Elektrodengürtel 2 besitzt ein Gurtschloss 4, an dem der Elektrodengürtel 2 geöffnet werden kann, und 16 Elektroden E1 bis E16, die in gleichen Abständen am Elektrodengürtel 2 angeordnet sind. Die Elektroden sind in eine erste Gruppe 5 mit acht nebeneinander liegenden Elektroden E1 bis E8 und in eine zweite Gruppe 6 mit ebenfalls acht nebeneinander liegenden Elektroden E9 bis E16 unterteilt. Die erste Gruppe 5 der Elektroden E1 bis E8 ist mit einem ersten, mehradrigen Zuleitungskabel 7 kontaktiert und die zweite Gruppe 6 der Elektroden E9 bis E16 ist mit einem zweiten, mehradrigen Zuleitungskabel 8 verbunden.
1 veranschaulicht beispielhaft eine Stromeinspeisung über die Elektrodenzuleitungen 9, 10 und die Elektroden E1 und E2 und eine Spannungsmessung über die Elektrodenzuleitungen 11, 12 und die Elektroden E7 und E8. In dem gezeigten Beispiel verlaufen alle Elektrodenzuleitungen (9, 10, 11, 12) für die Stromeinspeisung und die Spannungsmessung innerhalb des ersten Zuleitungskabels 7, so das nur ein geringes Übersprechen und damit ein geringes Störsignal vorhanden ist.
2 veranschaulicht einen alternativen Betriebszustand zur 1, bei dem die Stromeinspeisung über die Elektrodenzuleitungen 9, 14 und die Elektroden E1 und E16 erfolgt und die Spannungsmessung über die Elektrodenzuleitungen 12, 13 und die Elektroden E8 und E9 vorgenommen wird. Hier verlaufen die Elektrodenzuleitungen 9, 14 für die Stromeinspeisung als auch die Elektrodenzuleitungen 12, 13 für die Spannungsmessung in unterschiedlichen Zuleitungskabeln 7, 8, so dass ein maximales Übersprechen mit einem hohen Störsignal vorhanden ist.
3 zeigt die erfindungsgemäße Kontaktierung der Elektrode E9, bei der neben der durch das zweite Zuleitungskabel 8 verlaufenden Elektrodenzuleitung 13 zusätzlich eine Kontaktierung über eine durch das erste Zuleitungskabel 7 verlaufende Elektrodenzuleitung 15 vorhanden ist. Diese Doppelkontaktierung betrifft eine von zwei benachbart liegenden Elektroden E8 und E9 oder E16 und E1 von zwei unterschiedlichen Gruppen 5, 6 von Elektroden E1 bis E8 und E9 bis E16. Alternativ zur Elektrode E9 kann die Doppelkontaktierung auch über die Elektrode E8 oder über die Elektroden E1 oder E16 vorgenommen werden, oder die Doppelkontaktierung ist bei jeder der benachbart liegenden Elektrodenpaare E1, E16; E8, E9 vorhanden, was in der 3 der besseren Übersicht wegen nicht dargestellt ist.
Bezugszeichenliste

1: Messvorrichtung
2: Elektrodengürtel
3: Auswertegerät
4: Gurtschloss
5: erste Gruppe von Elektroden
6: zweite Gruppe von Elektroden
7: erstes Zuleitungskabel
8: zweites Zuleitungskabel
9–15: Elektrodenzuleitung
E1–E16: Elektroden

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 5919142 A [0003]
EP 1649805 B1 [0005]

Claims

Vorrichtung zur Elektroimpedanztomographie mit einem Elektrodengürtel (2), welcher Elektroden (E1...E16) aufweist, wobei mindestens zwei Gruppen (6, 7) aus nebeneinander liegenden Elektroden gebildet sind und die Elektroden einer Gruppe (5, 6) mit mindestens einem mehradrigen Zuleitungskabel (7, 8) kontaktiert sind, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Elektrode (E9) von zwei benachbart liegenden Elektroden (E8, E9) von zwei unterschiedlichen Gruppen (5, 6) eine zusätzliche Elektrodenzuleitung (15) aufweist, die über das Zuleitungskabel (7) der benachbarten Gruppe (5) geführt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch ein Gurtschloss (4) am Elektrodengürtel (2) zwei beidseits zum Gurtschloss (4) angeordnete Gruppen (5, 6) vorhanden sind und benachbart liegende Elektroden (E1, E16; E8, E9) am Gruppenanfang beidseits des Gürtelschlosses (4) oder jeweils am Gruppenende liegen.
Verfahren zur Ermittlung von Messsignalen mit einer Vorrichtung zur Elektroimpedanztomographie mittels eines Elektrodengürtels (2), welcher mindestens zwei Gruppen (5, 6) aus nebeneinander liegenden Elektroden aufweist, die jeweils über mehradrige Zuleitungskabel (7, 8) kontaktiert sind, mit den Schritten, mindestens eine Elektrode (E9) von zwei benachbart liegenden Elektroden (E8, E9), die zu unterschiedlichen Gruppen (5, 6) gehören, mit einer zusätzlichen Elektrodenzuleitung (15) zu kontaktieren, die über das Zuleitungskabel (7) der zur Elektrode (E9) benachbart liegenden Gruppe (5) von Elektroden verläuft.