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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verarbeitung und Visualisierung von Daten hinsichtlich einer räumlich thorakalen Dimension der Lunge, wobei die Daten von einem zur Erzeugung von Daten für eine Bildgebung geeigneten Medizingerät, – insbesondere von einem Elektro-Impedanz-Tomographie-Gerät –, gewonnen wurden. Die räumlich thorakale Dimension der Lunge entspricht einer Position und Ausdehnung der Lunge eines Patienten innerhalb des Thorax des Patienten. 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.
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So beschreibt die
US 6,236,886 einen elektrischen Impedanz-Tomographen mit einer Anordnung mehrerer Elektroden, Stromeinspeisung an mindestens zwei Elektroden und ein Verfahren mit einem Algorithmus zur Bildrekonstruktion zur Ermittlung der Verteilung von Leitfähigkeiten eines Körpers, wie Knochen, Haut und Blutgefäße in einer prinzipiellen Ausgestaltung mit Komponenten zur Signalerfassung (Elektroden), Signalverarbeitung (Verstärker, A/D-Wandler), Stromeinspeisung (Generator, Spannungs-Strom-Wandler, Strombegrenzung) und Komponenten zu Steuerung (μC).
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In der
US 5,807,251 wird ausgeführt, dass es bei der klinischen Anwendung der EIT bekannt ist, einen Satz von Elektroden bereitzustellen, welche unter einem bestimmten Abstand voneinander beispielsweise um den Brustkorb eines Patienten in elektrischem Kontakt mit der Haut angeordnet werden. Für ein elektrisches Strom- oder Spannungs-Eingangssignal wird jeweils abwechselnd zwischen verschiedenen oder allen der möglichen Paare von Elektroden zueinander benachbart angeordneter Elektroden anzulegen. Während das Eingangssignal an eines der Paare zueinander benachbart angeordneter Elektroden angelegt wird, werden die Ströme oder Spannungen zwischen jedem zueinander benachbarten Paar der übrigen Elektroden gemessen und die erhaltenen Messdaten auf bekannte Weise verarbeitet, um eine Darstellung der Verteilung des spezifischen elektrischen Widerstands über einen Querschnitt des Patienten, um den der Elektrodenring angeordnet ist, zu erhalten und auf einem Bildschirm anzuzeigen. Neben Vorrichtungen zur elektrischen Impedanztomographie (EIT) sind im Bereich des Gesundheitswesens weitere zur Bildgebung geeignete Medizingeräte, wie beispielsweise verschiedenste radiologische Geräte, wie Röntgengeräte (X-Ray), Computer-Tomographen (CT), Nuclear-Magnet-Resonanzgeräte (NMR), Kernspin- oder Magnet-Resonanz-Tomographen (MRT, MRI), sowie auch sonografische Geräte zur Bildgebung, die eine Bildgebung und eine Bereitstellung von Signalen oder Daten ermöglichen, wie auch Geräte zur sogenannten Bio-Impedanzmessung oder Impedanz-Plethysmographie in Verwendung. So ist aus der
US 4,075,482 A ein auf Gamma-Strahlung basierendes Röntgen-Tomographie-System bekannt. Die
US 4,806,867 A zeigt ein Magnet-Resonanz-Bildgebungssystem. In der
US 4,149,081 A ist ein Gerät zur verbesserten Bild-Rekonstruktion von Computer Tomogrammen beschrieben. Aus der
US 6,944,330 B2 ist ein Computer-unterstütztes System zur Lungendiagnose bekannt, welches es ermöglicht anatomische Strukturen volumetrischer medizinische Bilder zu identifizieren. Aus der
US 8,170,640 BB ist ein Sonographiegerät bekannt, das zu einer Untersuchung der Lunge und zu einer Diagnostik hinsichtlich besonderer Lungenkrankheiten, insbesondere einer Lungenembolie geeignet ist. In der
US 7,717,849 B2 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Anzeigevorrichtung in einem Ultraschall-Gerätbeschrieben, wobei ausgewählte Elemente einer dimensionalen Darstellung in eine andere dimensionale Darstellung übertragen werden. Die Elektro-Impedanztomographie (EIT) hat im, Unterschied zu mit Röntgen- oder Gammastrahlung arbeitenden Bildgebenden Verfahren den Vorteil, dass keine für den Patienten nachteilige Strahlungsbelastung auftritt. Im Unterschied zu sonografischen Verfahren kann mit dem EIT eine 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 und damit eine kontinuierliche sonografische Untersuchung über einen längeren Zeitraum erschwert. 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.
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Mit Hilfe der Elektro-Impedanz-Tomographie (EIT) ist es möglich, sogenannte EIT-Bilddaten für ein zweidimensionales Bild der Lunge in der Ebene der horizontalen Anbringung der EIT-Elektroden durch den Thorax eines Patienten zu erzeugen. Bedingt durch die Lage der EIT-Elektroden um den Brustkorb herum können daher keine Frontalansichten oder Seitenansichten generiert werden, sondern es werden Bilder in der horizontalen Ebene, der sogenannten Transversal-Ebene in der durch die um den Brustkorb herum angebrachten EIT-Elektroden erzeugt. Durch eine Anbringung von weiteren EIT-Elektroden in verschiedenen horizontalen Lagen um den Brustkorb können weitere Bilddaten für ein nahezu dreidimensionales Bild der Lunge erzeugt werden und weitere Ansichten in der Körperebene, wie Frontalansicht oder Sagittalansicht nachträglich rechnerisch aufbereitet werden.
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Mit Hilfe der EIT-Bilddaten der Elektro-Impedanz-Tomographie (EIT) kann die regionale Verteilung der Atemluft in der Lunge eines Patienten. Für eine Beurteilung des aktuellen Zustands eines maschinell- beatmeten oder eines spontan- atmenden Patienten ist eine Verfügbarkeit einer, diesem Patienten individuell zur Verfügung stehenden thorakalen Dimension der Lunge innerhalb des individuellen Thorax dieses Patienten, von großem Vorteil
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Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, eine Vorrichtung zur Verarbeitung von tomografischen Daten anzugeben, um einen Therapieverlauf darzustellen. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung anzugeben, die eine kontinuierliche Bestimmung und Bereitstellung einer aktuellen thorakalen Dimension der Lunge eines Patienten ermöglicht.
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Diese und weitere Aufgaben werden durch die beiliegenden, unabhängigen Patentansprüche gelöst, insbesondere durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und werden in der folgenden Beschreibung unter teilweiser Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Zu Beginn werden einige der im Rahmen dieser Patentanmeldung verwendeten Begrifflichkeiten näher erläutert. 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, sowie auch Teile von einem oder mehreren Atemzyklen, z. B. mehrere Inspirationen, mehrere Exspirationen. Weitere Betrachtungszeiträume, speziell bei der maschinellen Beatmung, können Zeiträume mit bestimmten Druckniveaus, wie Plateau-Druck PIP-Druck (Positive Inspiratoric Pressure, PIP), oder PEEP-Druck (Positive End Exspiratoric Pressure, PEEP), PIP oder PEEP-Druck-Stufen, auf- oder absteigende PIP-Druck-Rampen oder PEEP-Druck-Rampe als Teil eines speziellen Beatmungsmanövers oder Zeitabschnitte sein, welche bestimmten Eigenschaften von Beatmungsformen (z. B. Bi-Level Positive Airway Pressure, BiPAP) entsprechen.
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Unter tomografischen Daten sind im Sinne der vorliegenden Erfindung folgende Signale oder Daten zu verstehen:
EIT-Rohdaten, d. h. mit einem EIT-Gerät mittels einer Gruppe von Elektroden oder mittels eines Elektrodengürtels erfasste Messsignale, wie Spannungen oder Ströme, zugeordnet zu Elektroden oder Gruppen von Elektroden oder zu Positionen von Elektroden oder Gruppen von Elektroden am Elektrodengürtel. EIT-Bilddaten, d. h. Daten oder Signale, die mit einem Rekonstruktionsalgorithmus aus den EIT-Rohdaten ermittelt wurden und lokale Impedanzen,
Impedanzunterschiede oder Impedanzveränderungen von Bereichen der Lunge eines Patienten wiedergeben,
Daten eines Medizingerätes, welches eine auf Computer Tomographie (CT) oder eine auf Röntgen-Strahlung (X-Ray) basierende Bildgebung basierende Bildgebung bereitstellt,
Daten eines Medizingerätes, welches eine auf Magnet-Resonanz-Tomographie (MRT) oder auf Kernspin-Tomographie basierende Bildgebung bereitstellt, Daten eines Medizingerätes, welches eine auf Sonographie (Ultraschall) basierende Bildgebung bereitstellt oder Daten eines Medizingerätes, welches eine auf Bioimpedanzmessung oder Plethysmographie basierende Bildgebung bereitstellt.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist zu einer Verarbeitung und Visualisierung von mittels eines zur Erzeugung von Daten für eine Bildgebung geeigneten Medizingerätes, insbesondere eines Elektro-Impedanz-Tomographie-Gerätes, gewonnenen Daten von wenigstens einem Bereich von Lunge oder Thorax
- – eine Dateneingangseinheit
- – eine Berechnungs- und Steuerungseinheit und
- – eine Datenausgabeeinheit
auf.
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Die Dateneingangseinheit ist ausgestaltet, Daten von wenigstens einem Bereich der Lunge oder des Thorax zu empfangen und bereitzustellen. Die Daten repräsentieren für eine Mehrzahl Von Lungenbereichen regionale Belüftungssituationen der Lunge von wenigstens einem Ort der Lunge über einen Betrachtungszeitraum. Die Dateneingangseinheit weist dazu vorzugsweise Schnittstellenelemente, wie beispielsweise Pegelwandler, Verstärker, A/D-Wandler, Bauteile zum Überspannungsschutz, Logikelemente und weitere Elektronik-Komponenten zum drahtgebundenen oder drahtlosen Empfang der Daten und Signale, sowie Anpassungselemente, wie Code- oder Protokoll-Konvertierungselemente zur Anpassung der Signale und Daten für die weitere Verarbeitung in der Berechnungs- und Steuerungseinheit auf.
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Die Berechnungs- und Steuerungseinheit ist ausgestaltet,
aus den Daten für eine erste Ventilationssituation einen ersten Bilddatensatz zu ermitteln, der eine erste charakteristische Außenkontur der Lunge repräsentiert und ein Ausgabesignal zu erstellen und bereitzustellen, das die erste charakteristische Außenkontur der Lunge repräsentiert. Die Berechnungs- und Steuerungseinheit ist weiterhin ausgestaltet, aus den Daten für mindestens eine weitere Ventilationssituation mindestens einen weiteren Bilddatensatz zu ermitteln, der eine weitere charakteristische Außenkontur der Lunge repräsentiert. Die Berechnungs- und Steuerungseinheit ist weiterhin ausgestaltet, den ersten Bilddatensatz mit dem mindestens einen weiteren Bilddatensatz anhand eines Vergleichskriteriums zu vergleichen und in Abhängigkeit des Vergleichs das Ausgabesignal auf Basis des ersten Bilddatensatzes oder auf Basis des zweiten Bilddatensatzes zu erstellen und bereitzustellen. Die Berechnungs- und Steuerungseinheit weist Elemente zur Datenverarbeitung, Berechnung und Ablaufsteuerung, wie Mikrocontroller (μC), Mikroprozessoren (μP), Signalprozessoren (DSP), Logikbausteine (FPGA, PLD), Speicherbausteine (ROM, RAM, SD-RAM) und Kombinationsvarianten davon beispielsweise in Form eines „Embedded System” auf, welche gemeinsam miteinander ausgestaltet und aneinander angepasst und durch Programmierung ausgestaltet sind, die notwendigen Schritte zur Verarbeitung und Visualisierung von mittels eines zur Erzeugung von Daten für eine Bildgebung geeigneten Medizingerätes gewonnenen Daten, hinsichtlich einer räumlich thorakalen Dimension der Lunge innerhalb des Thorax eines Patienten im Betrachtungszeitraum auszuführen. Die Bilddatensätze enthalten Konturinformationen über die räumlich thorakale Dimension der Lunge im Thorax. Die räumlich thorakale Dimension der Lunge im Thorax wird einerseits durch die Lage der Lunge zu den senkrechten Körperachsen (Sagittale Körperebene und Frontale Körperebene) und der waagerechten Körperachse (Transversale Körperebene) bestimmt, andererseits durch den Abstand der Lunge zu Rippen, Brustbein (retrosternal) und Wirbelsäule (prävertebral). Der Umfang des Thorax bestimmt damit wesentlich die maximale thorakale Dimension, welche die Lunge im Brustkorb einnehmen kann. Die thorakale Dimension der Lunge umfasst dabei Gestalt, Form, Ausdehnung, Umfang oder auch zu den Körperachsen projizierte Flächen, wie sie in der medizinischen Bildgebung zur Darstellung üblich sind. Für die Elektro-Impedanz-Tomographie (EIT) findet Prinzip bedingt dabei insbesondere die Transversalansicht Verwendung. In dieser Transversalansicht der Elektro-Impedanz-Tomographie (EIT) ergibt sich als räumlich thorakale Dimension insbesondere die Außenkontur der Lunge des Patienten als Projektion in der waagerechten Ebene in der horizontalen Lage der um den Brustkorb des Patienten angebrachten EIT-Elektroden. Erfindungswesentlich ist somit, dass Konturinformationen aus den bereitgestellten tomografischen Daten als Bilddatensätze zu einer Ausgabe und Anzeige der räumlich thorakalen Dimension der Lunge, insbesondere der charakteristischen Außenkontur gewonnen werden. Die Bilddatensätze werden fortlaufend zu verschiedenen Zeitpunkten aus den tomografischen Daten ermittelt, um eine jeweilig aktuelle Außenkontur zu ermitteln und bereitzustellen. Dabei wird anhand eines spezifischen, vorzugsweise vom Anwender wähl- oder einstellbaren Vergleichskriteriums die jeweilig ermittelte aktuelle Außenkontur mit der zur Anzeige gebrachten charakteristischen Außenkontur verglichen. Schließlich wird in Abhängigkeit des Vergleichsergebnisses die bisherige Außenkontur als charakteristische Außenkontur weiter ausgegeben und/oder die Anzeige unverändert belassen oder durch die Ausgabe und/oder Darstellung der zuletzt erfassten Außenkontur ersetzt. Die jeweils zuletzt zur Ausgabe und/oder Anzeige gebrachte Außenkontur der Lunge wird im Folgenden als charakteristische Außenkontur der Lunge verwendet und bezeichnet. Als spezifisches Vergleichskriterium werden bevorzugt die Umfangsgröße der Lunge und/oder die Größe der in der Körperebene projizierten Lungenfläche und/oder spezielle Formen von Außenkonturen der Lunge verwendet.
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Beispiele und Muster für spezielle Formen von Außenkonturen der Lunge lassen sich beispielsweise auf Basis von typischen Umfangsformen oder typischen Flächenformen von Lungenabbildungen der tomografischen Bildgebung der Lunge herleiten. Für die kontinuierliche Bestimmung und Bereitstellung einer aktuellen räumlich thorakalen Dimension der Lunge eines Patienten, sowie deren Visualisierung und deren Anwend- und Auswertbarkeit für den Therapieerfolg ist es entscheidend, dass die dargestellte räumlich thorakale Dimension der Lunge des Patienten in Bezug zum aktuellen Gesundheitszustand des Patienten ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung gibt dem Anwender die Möglichkeit, die aktuellen tomografischen Daten in einen Kontext zu der charakteristischen Außenkontur der Lunge des Patienten zu setzen. Wird vorzugsweise und beispielsweise von der Berechnungs- und Steuerungseinheit eine maximale Außenkontur als charakteristische Außenkontur, der Lunge des Patienten mittels eines Vergleiches von Umfang oder Fläche der Lunge verwendet, so ist der Anwender damit in die Lage versetzt, die aktuellen tomografischen Daten oder Bilddaten in Bezug zu einer Situation der Lunge mit maximaler Belüftung zu setzen. Dies ermöglicht es dem Anwender beispielsweise, falls die aktuelle belüftete Kontur der Lunge klein gegenüber der zuvor ermittelten maximalen Außenkontur ist, dies als Indiz zu nehmen, dass für diesen Patienten die Beatmung noch optimiert werden kann. Eine solche Optimierung kann dann zeitnah beispielsweise durch eine Veränderung oder Anpassung von Beatmungsparametern geschehen, beispielsweise Beatmungsfrequenz (Respiratory Rate), Inspiration- zu-Exspirations-Verhältnis (I:E-Ratio), Inspiratorische und Exspiratorische Pausenzeiten, Beatmungsdrücke (PEEP-Druck, PIP-Druck) oder auch durch Änderung der Dosierung bestimmter Medikamente. Zudem ergibt die kontinuierliche Bestimmung und Bereitstellung der aktuellen räumlich thorakalen Dimension (maximale Außenkontur) der Lunge des Patienten auch die Möglichkeit, dass eine durch die Gesundung oder durch die Veränderung von Beatmungsparametern weitere und beispielsweise größere und damit verbesserte neue maximale Außenkontur als neue gültige charakteristische Außenkontur gewählt wird und somit den Bezugspunkt gleichsam kontinuierlich und automatisch neu setzt, auf den der Anwender die weiter folgenden tomografischen Daten und Bilddaten dann einordnen kann.
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Die Berechnungs- und Steuerungseinheit ist zur Verarbeitung der tomografischen Daten und zur Durchführung des Vergleichs der Außenkonturen dazu ausgebildet, aus einer Gruppe von mathematischen Verfahren zur Signal- und Datenanalyse, wie
- – mathematischen Modellfunktionen zur Datentrennung,
wie Hauptkomponenten-Analyse (Principal Component Analysis; PCA), Unabhängigkeitsanalyse (Independent Component Analysis; ICA),
- – mathematischen Methoden zur Bildverarbeitung, wie Pixel-Mapping,
- – mathematischen Methoden zum Datenvergleich, wie Korrelationsfunktionen,
- – statistischen Methoden zum Datenvergleich, wie Berechnungen, Analysen und Sortierungen von Datenmengen basierend auf Verteilungsfunktionen, Häufigkeitsverteilungen, Standardabweichung, Streuung, Mittelwert oder Median,
- – Transformationen, wie DFT, FFT, Z-, LaPlace-, Wavelet-Transformation ein Verfahren geeignet auszuwählen und anzuwenden, um aus den tomografischen Daten die charakteristische Außenkontur als räumlich thorakale Dimension der Lunge zu ermitteln.
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Die Datenausgabeeinheit ist ausgestaltet, die charakteristische Außenkontur der Lunge unter Verwendung des Ausgabesignals auszugeben, bereitzustellen oder darzustellen. Die Datenausgabeeinheit ist zur Erzeugung, Bereitstellung oder Darstellung des Ausgabesignals ausgebildet. Das Ausgabesignal ist vorzugsweise als ein Videosignal (z. B. Video Out, Component Video, S-Video, HDMI, VGA, DVI, RGB) dazu ausgestaltet, auf einer mit der Ausgabeeinheit drahtlos oder drahtgebunden (WLAN, Bluetooth, WiFi) verbundenen Anzeigeeinheit oder auf der Datenausgabeeinheit selbst, eine grafische, numerische oder bildliche Darstellung einer räumlich thorakalen Dimension der Lunge innerhalb des Thorax eines Patienten im Betrachtungszeitraum zu ermöglichen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform beruht das Vergleichskriterium auf einem Unterschied in der Größe im Umfang oder in der Größe im Flächeninhalt der ersten charakteristischen Außenkontur der Lunge und der weiteren charakteristischen Außenkontur der Lunge.
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In einer weiter bevorzugten Ausführungsform wird eine maximale Außenkontur der Lunge innerhalb des Thorax als die charakteristische Außenkontur der Lunge basierend auf dem Umfang und/oder dem Flächeninhalt der charakteristischen Außenkontur der Lunge bestimmt.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die charakteristische Außenkontur der Lunge bezogen auf ein vorbestimmtes Zeitintervall oder einen Betrachtungszeitraum ermittelt.
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In einer besonderen Ausgestaltungsvariante werden bei der Ermittlung der charakteristischen Außenkontur Randbedingungen der EIT-Erfassung mit einbezogen. Als eine Randbedingungen der EIT-Erfassung kann eine Information über den Durchmesser eines Elektrodengürtels, welcher zur Gewinnung EIT-Daten verwendet wurde einbezogen werden, um die Plausibilität der charakteristischen Außenkontur im Hinblick auf den Umfang des Brustkorbs des Patienten sicherzustellen.
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In einer besonderen Ausgestaltungsvariante werden bei der Ermittlung der charakteristischen Außenkontur anatomische Randbedingungen mit einbezogen, um die Plausibilität der ermittelten charakteristischen Außenkontur zu überprüfen. Anatomische Randbedingungen können dabei beispielsweise von Informationen über Alter, Größe, Gewicht und Geschlecht des Patienten abgeleitet werden. So lässt sich beispielsweise aus Geschlecht, Größe und Gewicht der Umfang des Brustkorbs des Patienten in vielen Fällen annähernd abschätzen.
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In einer weiteren Ausführungsform wird bei der Bestimmung der charakteristischen Außenkontur eine Anzahl der vorhergehender maximalen Außenkonturen der Lunge innerhalb eines vorbestimmten Zeitintervall oder eines Betrachtungszeitraums mit einbezogen.
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In einer weiteren Ausführungsform wird die charakteristische Außenkontur mittels einer Filterung der Daten oder der Bilddatensätze über ein vorbestimmtes Zeitintervall oder einen Betrachtungszeitraum vorgenommen, um eine Verbesserung der Konturform der charakteristischen Außenkontur zu erzielen. Als Filterungen finden beispiels- und vorzugsweise verschiedenste Arten der Signalglättung, wie Frequenzfilterung, Mittelung oder Medianfilterung Verwendung.
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In einer besonderen Ausgestaltungsvariante wird bei der Ermittlung der charakteristischen Kontur ein Vergleich mit einer vorbestimmten, anatomisch typischen, gespeicherten Vergleichsform vorgenommen wird. Die anatomisch typische Vergleichsform ist vorzugsweise in Form einer transversalen Lungendarstellung hinterlegt und kann dabei vorzugsweise mittels eines Elektro-Impedanz-Tomographie-Gerät gewonnen worden sein, aber auch mit Hilfe anderer zur medizinischen Bildgebung geeigneter Geräte (CT, MRT, Sonographie, Röntgen, Plethysmographie). Dies ermöglicht, mögliche Defektstellen in der Kontur oder im Verlauf der Kontur auszugleichen und somit eine geschlossene charakteristische Außenkontur zu erhalten und die Konturform zu verbessern.
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In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Daten des zur Bildgebung geeigneten Medizingerätes als Daten eines Elektro-Impedanz-Tomographie-Gerät bereitgestellt. Die Daten repräsentieren jeweils lokale Impedanzwerte der Lunge oder des Thorax zu unterschiedlichen Ventilationssituationen der Lunge.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Dateneingangseinheit, die Berechnungs- und Steuerungseinheit oder die Datenausgabeeinheit als Bestandteile des Elektro-Impedanz-Tomographie-Gerät ausgeführt oder die Dateneingangseinheit, die Berechnungs- und Steuerungseinheit oder die Datenausgabeeinheit sind mit dem Elektro-Impedanz-Tomographie-Gerät zu einem Medizintechnischen System kombiniert ausgebildet.
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In einer weiter bevorzugten Ausführungsform werden die Daten des zur Bildgebung geeigneten Medizingerätes als Daten einer Elektro-Impedanz-Tomographie-Messeinrichtungeines Computer-Tomographiegerätes (CT), eines Kernspin-Tomographie- oder Magnet-Resonanz-Tomographie (MRT) Gerätes, eines Bioimpedanzmessgerätes, Impedanz-Plethysmographiegerätes oder eines sonographischen Medizingerätes bereitgestellt.
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Die beschriebenen Ausführungsformen stellen jeweils für sich als auch in Kombination miteinander besondere Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verarbeitung und Visualisierung von mittels eines zur Erzeugung von Daten für eine Bildgebung geeigneten Medizingerätes gewonnenen Daten hinsichtlich einer räumlich thorakalen Dimension der Lunge innerhalb des Thorax eines Patienten dar. Dabei sind sich durch Kombination oder Kombinationen mehrerer Ausführungsformen ergebende Vorteile und weitere Ausführungsformen gleichwohl vom Erfindungsgedanken mit erfasst, wenn auch nicht sämtliche Kombinationsmöglichkeiten von Ausführungsformen dazu im Detail jeweils ausgeführt sind.
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Die vorliegende Erfindung wird nun mit Hilfe der folgenden Figuren und den zugehörigen Figurenbeschreibungen ohne Beschränkungen des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung von Funktionselementen zu einer Verarbeitung von EIT-Daten,
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In der 1 sind eine Anordnung 10 von Funktionselementen zu einer Verarbeitung von EIT-Daten 3 in einer schematischen Form dargestellt.
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Als Grundkomponenten umfasst diese Anordnung 10 eine Dateneingangseinheit 50, eine Berechnungs- und Steuerungseinheit 70 und eine Datenausgabeeinheit 90. Die Verbindungen zwischen den Elementen und Einheiten der Anordnung 10 sind in dieser Ausführungsform gemäß dieser 1 lediglich schematisch dargestellt, beispielsweise sind die wesentlichen Datenverbindungen und Daten-Eingänge und Daten-Ausgänge gezeigt, jedoch sind aus Gründen der Übersichtlichkeit keine Versorgungsleitungen und nicht alle Verbindungsleitungen zwischen den Elementen und Einheiten untereinander gezeigt. Weiterhin ist in dieser 1 eine mit der Datenausgabeeinheit 90 verbundene Anzeigeeinrichtung 99 abgebildet. Die Anzeigeeinrichtung 99 umfasst Mittel zur Darstellung 901, wie Anzeigeelemente, Bildschirme, Displays zur Darstellung von Grafiken, Kurvenverläufen, Diagrammen oder Bildern oder auch Zahlenwert-Anzeigen zur Wiedergabe numerischer Werte. Weiterhin umfasst die Anzeigeeinrichtung 99 Eingabe- und Bedienelemente 902, wie Schalter, Taster, Knöpfe, Drehknöpfe. Eine besondere Ausführungsvariante stellt ein berührungssensitives Display (Touch-Screen) mit Kombination von Eingabe- und Darstellungsfunktionalitäten dar.
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Die Dateneingangseinheit 50 liest von einem EIT-Gerät 30 EIT-Daten 3 ein. In dieser in 1 gezeigten Ausführungsform ist das EIT-Gerät 30 als eine externe Messeinrichtung mit einer, – in dieser 1 nicht mit dargestellten Elektrodenanordnung- an die Anordnung 10 angebunden. Es sind allerdings auch optionale technische Varianten der Ausführungsform nach dieser 1 möglich und, sollen vom Erfindungsgedanken mit getragen sein, wobei das EIT-Gerät 30 als ein Bestandteil der Anordnung 10 ausgebildet sein kann, wie auch, dass die Anordnung 10 als ein Teil des EIT-Gerätes 30 ausgebildet sein kann. In dieser in 1 gezeigten Ausführungsform ist die Anzeigeeinrichtung 99 als ein externes Gerät an die Anordnung 10 von Elementen angebunden, die Anordnung 10 kann aber in einer optionalen technischen Variante im Sinne der Erfindung auch mit der Anzeigeeinrichtung 99 zu einem EIT-Gesamtsystem gemeinsam ausgeführt sein. Auf eine detaillierte Darstellung dieser optionalen technischen Ausgestaltungsvarianten wurde in der 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet, die Zusammenstellung der Anordnung 10 von Funktionselementen mit dem EIT-Gerät 30 und/oder der Anzeigeeinrichtung 99 wird in der Darstellung der 1 lediglich durch eine Punkt-Strich-Linienführung kenntlich gemacht. Die Dateneingangseinheit 50 hält nach der Einlesung die Daten zur weiteren Verarbeitung entweder in unverändertem Format als EIT-Daten 3 oder in zu einer weiteren Verarbeitung angepasster Form als vorverarbeitete EIT-Bild-Daten 3' vor. Die Datenausgabeeinheit 90 ist ausgebildet, Daten oder Signale, wie beispielsweise ein Ausgabesignal 35, von der Berechnungs- und Steuerungseinheit 70 an einer Schnittstelle 91 zu einer Darstellung als Zahlen 92, Bilder 93, Diagramme 94, zeitliche Signal- oder Kurvenverläufe 95 oder Zusammenstellungen 96 von Daten auf einer Anzeigeeinrichtung 99 (Bildschirm, Monitor, Datensichtgerät) bereitzustellen. Als Bereitstellung ist im Sinne der vorliegenden Erfindung jegliche Form einer Signal- oder Daten-Bereitstellung zu Weiterleitung, Ausgabe, Darstellung, Anzeige, Ausdruck, Versendung, Weiterverarbeitung an weitere Geräte oder an Teile von Geräten zu verstehen. In dieser 1 ist die Anzeigeeinrichtung 99 als ein externes Gerät über die Schnittstelle 91 an die Datenausgabeeinheit 90 angebunden. Es ist allerdings im Sinne der vorliegenden Erfindung mit umfasst, dass die Anzeigeeinrichtung 99 als eine interne Einheit der Datenausgabeeinheit 90 oder auch der Anordnung 10 ausgeführt sein kann. Mittels der Schnittstelle 91 sind beispielsweise drahtlose oder drahtgebundene Bereitstellungen von Daten in ein Datennetzwerk 300 (LAN, WLAN, Ethernet), drahtlose oder drahtgebundene Bereitstellungen von Daten zur wechselseitigen Übermittlung von Messwerten und Steuerungsdaten (z. B. USB, RS232, RS485, FireWire, NMEA 0183, IrDA, Bluetooth, CAN, UMTS [SMS, MMS]) im Datenaustausch mit verschiedenen anderen externen Geräten 200 (Anästhesie- oder Beatmungsgeräte, physiologische Monitore, zur Überwachung des Herz-Zeit-Volumens geeignete Monitore, Personal Computer, Krankenhaus-Management-Systeme), sowie Bereitstellung von Audio-/Videodaten (z. B. Video Out, Component Video, S-Video, HDMI, VGA, DVI, RGB) in verschiedenen Datenformaten (z. B. MPEG, JPEG, etc.) zur Anbindung an die Anzeigeeinrichtung 99 oder andere Anzeigegeräte (Bildschirme, Monitor, Tablet-PC's) möglich. Die Berechnungs- und Steuerungseinheit 70 erfüllt eine Vielzahl von Aufgaben innerhalb der Anordnung 10, wie die Koordination mit der Dateneingangseinheit 50 und mit der Datenausgabeeinheit 90. Die Berechnungs- und Steuerungseinheit 70 ist vorzugsweise und beispielsweise als eine zentrale Recheneinheit (CPU, μP) oder als eine Anordnung einzelner Microcontroller (μC) ausgebildet.
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Die Berechnungs- und Steuerungseinheit 70 umfasst weiterhin eine interne Speichereinheit 71 oder ist mit einer externen Speichereinheit 71' verbunden. Die Speichereinheiten 71, 71' sind zur Speicherung und Bereitstellung der EIT-Daten 3, 3'' als eine Menge von Datensätzen in Form von EIT-Bilddatensätzen {33}, {34} ausgestaltet. In den Speichereinheiten 71, 71' werden die von der Dateneingangseinheit 50 vorgehaltenen EIT-Daten 3 oder EIT-Bilddaten 3' als Bilddatensätze 33, 33', 33'', 33''', ... 33n gespeichert und bereitgehalten. Die Berechnungs- und Steuerungseinheit 70 umfasst eine Einheit zur Konturermittlung 72, welche ausgebildet ist, aus jedem der Bilddatensätze aus der Menge an Bilddatensätze [33, 33', 33'', 33''', ... 33n] ∊ {33} eine Menge an Konturdatensätzen [34, 34', 34'', 34'''...34n] ∊ {34} zu ermitteln und den Speichereinheiten 71, 71' zur Hinterlegung zur Verfügung zu stellen. Die Konturdatensätze 34 enthalten Informationen über die Umfangskontur und/oder die Flächenform der Lunge innerhalb des Thorax eines – in dieser 1 nicht gezeigten Patienten – insbesondere bezogen auf die transversale Ansicht der Lunge. Dabei ist es von Vorteil, bei der Erzeugung der Konturdatensätze 34 eine Reduzierung der Bilddatensätze vorzunehmen. Bei einer solchen Reduzierung können dabei beispielsweise Bilddaten, welche Informationen zum Zentrum des linken oder rechten des Lungenflügels repräsentieren mit einer geringeren Informationsdichte in den Konturdatensätzen abgelegt werden, als Bilddaten, welche Informationen im Übergangsbereich der Lunge zu umgebenden Körperbereichen (Rippen, Zwerchfell, Herzmuskel, Aorta, Intercostalmuskulatur). Dadurch wird einerseits der Bedarf an Speicherplatz in der Speichereinheit 71, 71' gemindert, zudem wird durch die Reduzierung eine Erhöhung der Verarbeitungsgeschwindigkeit der Konturdatensätze 34 bei Beibehaltung einer hohen Erfassungsrate ermöglicht. Dies ist die Voraussetzung einer Ausgabe, Bereitstellung oder Darstellung der Konturdatensätze in Echtzeit, d. h. lediglich mit einem Zeitverzug zwischen Datenerzeugung und Visualisierung in weiteren Stufen der Datenverarbeitung. Weiterhin ist in der Berechnungs- und Steuerungseinheit 70 eine Einheit zur Vergleichseinheit 73 vorgesehen, welche ausgestaltet ist, einen Vergleich von mindestens zwei Konturdatensätzen aus der Menge an Konturdatensätzen 34', 34'', 34'''...34n vorzunehmen und daraus das Ausgabesignal 35 zu ermitteln, das eine charakteristische Kontur 350 der Lunge innerhalb des Thorax als räumlich thorakale Dimension der Lunge über einen Betrachtungszeitraum wiederspiegelt. Die Vergleichseinheit 73 verwendet vorzugsweise einen Größenvergleich der in den Konturdatensätzen 34 enthaltenen Umfangskonturen und/oder Flächenformen der Lunge als Kriterium. Der Vergleich von mindestens zwei Konturdatensätzen 34, 34' durch die Vergleichseinheit 73 geschieht wie folgt:
Ist die aktuell bestimmte Kontur im Umfang oder Flächeninhalt unter Verwendung des Kriteriums größer als die zuvor bestimmte charakteristische Kontur 350, so wird die die aktuelle Kontur als aktuelle charakteristische Kontur 350 ausgewählt und das Ausgabesignal 35 auf Basis dieser neu ausgewählten charakteristischen Kontur 350 ermittelt. Eine Variante einer charakteristischen Kontur 350 ist beispielsweise eine Lungen-Außenkontur 350', welche die maximale Ausdehnung der Lunge im Thorax über einen vorhergehendes vorbestimmtes Zeitintervall oder Betrachtungszeitraum repräsentiert. In einer besonderen Ausgestaltungsvariante sind in die Ermittlung der charakteristischen Kontur 350 Randbedingungen oder Vorgabewerte mit einbezogen, um die Plausibilität der charakteristischen Kontur 350 sicherzustellen. So können beispielsweise Informationen über den Durchmesser des – in dieser 1 nicht gezeigten Elektrodengürtels – welcher zur Gewinnung EIT-Daten 3, EIT-Bilddaten 3' oder der Bilddatensätze 33, 33', 33'', 33''', ... 33 n verwendet wurde oder ein Vergleich mit einer anatomisch typischen Vergleichsform bei der Ermittlung der charakteristischen Kontur 350 oder der Lungen-Außenkontur 350' Berücksichtigung finden. Von der Vergleichseinheit 73 wird das Ausgabesignal 35 als charakteristische Kontur 350 oder Lungen-Außenkontur 350', der Datenausgabeeinheit 90 zur Verfügung gestellt. Auf den Mitteln zur Darstellung 901 der Anzeigeeinheit 90 werden die charakteristische Kontur 350 oder die Lungen-Außenkontur 350' zur Anzeige gebracht.
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Eine aktuelle Belüftungssituation der Lunge wird, basierend auf der Menge an Bilddatensätzen [33, 33', 33'', 33''', ... 33n] in dieser 1 als ein grafisches Element schematisch in einer Transversalansicht der Lunge auf der Anzeigeeinrichtung 99 als eine Flächenkontur 909 dargestellt. Die charakteristische Kontur 350 der Lunge, basierend auf der Menge an Konturdatensätzen [34, 34', 34'', 34'''...34n] ist in dieser 1 als ein weiteres grafisch dargestelltes Element schematisch in einer Transversalansicht der Lunge der Anzeigeeinrichtung 99 als eine Außenkontur 905 der Lunge gezeigt. Auf diese Weise ist auf der Anzeigeeinrichtung 99 ersichtlich, in welcher Relation die aktuelle Belüftungssituation 909 der Lunge zur Außenkontur 905 der Lunge steht. Daraus ist ableitbar, inwieweit die individuell für diesen Patienten, bzw. diese Lunge, gegebenen Möglichkeiten der Belüftung der Lunge von der aktuellen Belüftungssituation 909 ausgeschöpft werden. Die beschriebenen funktionellen Einheiten der Berechnungs- und Steuerungseinheit 70 können als einzelne Elemente der Berechnungs- und Steuerungseinheit 70 ausgebildet sein, es ist jedoch im Sinne der vorliegenden Erfindung mit umfasst, dass die Berechnungs- und Steuerungseinheit 70 in andere Teilmodule gegliedert sein kann, sowie durch Programmierung dazu ausgestaltet sein kann, die Funktionen der Speichereinheiten 71, Vergleichseinheit 72, Einheit zur Konturermittlung 73 wirkungsgleich, wie zu 1 beschrieben, in gleicher oder in abgewandelter Form der Verarbeitung bereitzustellen.
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Bezugszeichenliste
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- 3, 3'
- EIT-Daten
- 10
- Anordnung von Funktionselementen
- 30
- EIT-Gerät
- 33
- Bilddatensätze
- 34
- Konturdatensätze
- 35
- Ausgabesignal
- 50
- Dateneingangseinheit
- 70
- Berechnungs- und Steuerungseinheit
- 71, 71'
- Speichereinheit
- 72
- Einheit zur Konturermittlung
- 73
- Vergleichseinheit
- 90
- Datenausgabeeinheit
- 91
- Schnittstelle
- 92
- Zahlenwerte
- 93
- Bilder
- 94
- Diagramme
- 95
- Kurven, Kurvenverläufe, Zeitliche Signalverläufe
- 96
- Datensätze, Daten-Zusammenstellungen
- 99
- Anzeigeeinrichtung
- 200
- externe Geräte
- 300
- Datennetzwerk
- 350, 350'
- räumlich thorakale Dimension, charakteristische Kontur, Außenkontur
- 901, 902
- Darstellungsmittel, Eingabemittel
- 905
- Außenkontur
- 909
- Flächenkontur
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 6236886 [0002]
- US 5807251 [0003]
- US 4075482 A [0003]
- US 4806867 A [0003]
- US 4149081 A [0003]
- US 6944330 B2 [0003]
- US 8170640 BB [0003]
- US 7717849 B2 [0003]
