DE102016011161A1

DE102016011161A1 - Vorrichtung zur Verarbeitung und Visualisierung von Daten eines Elektro-lmpedanz-Tomographie-Gerätes zu einer Ermittlung und Visualisierung von regionalen Eigenschaften der Ventilation der Lunge

Info

Publication number: DE102016011161A1
Application number: DE102016011161.5A
Authority: DE
Inventors: Yvo Gärber
Original assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Current assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Priority date: 2016-09-16
Filing date: 2016-09-16
Publication date: 2018-03-22
Also published as: CN107822632A; JP2018043011A; JP6742970B2; US10602954B2; CN107822632B; US20180078168A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10) zur Verarbeitung und Visualisierung von EIT-Daten (3) von wenigstens einem Bereich der Lunge zu einer Ermittlung und Visualisierung von regionalen Eigenschaften der Lunge eines Lebewesens, wobei die EIT-Daten (3) von einem Elektro-Impedanz-Tomographie-Gerät (30) gewonnen wurden. Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine Visualisierung von regionalen Eigenschaften der Lunge oder Bereichen der Lunge hinsichtlich einer Überdehnung oder Kollabierung.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verarbeitung und Visualisierung von Daten eines Elektro-Impedanz-Tomographie-Gerätes zu einer Ermittlung und Visualisierung von regionalen Eigenschaften der Ventilation der Lunge eines Lebewesens.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht eine besondere Form einer Darstellung von Lungenbereichen, deren Eigenschaften hinsichtlich einer Dehnbarkeit der Lunge bei der Ventilation gegenüber einer Vergleichsgröße verschieden sind.
Als Lungenbereiche mit zugeordneten Eigenschaften sind einerseits Bereiche mit gegebenen Überdehnungen einzelner Lungenbereiche oder Lungenbläschen (Alveolen) wie auch Bereiche der Lunge zu nennen, in denen die Lungenbläschen in sich zusammengefallen sind, also Kollabierungen einzelner Lungenbereiche oder Lungenbläschen (Alveolen) gegeben sind.
Vorrichtungen zur Elektro-Impedanz-Tomographie sind aus dem Stand der Technik bekannt und 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 wie Knochen, Haut, Körperflüssigkeiten und Organe, insbesondere der Lunge auf, die zu einer Beobachtung der Patientensituation dienlich sind.
So beschreibt die US 6,236,886 einen elektrischen Impedanz-Tomographen mit einer Anordnung mehrerer Elektroden, einer Stromeinspeisung an mindestens zwei Elektroden, einer Signalerfassung an den anderen Elektroden und ein Verfahren mit einem Algorithmus zur Bildrekonstruktion zur Ermittlung der Verteilung von Leitfähigkeiten eines Körpers wie Knochen, Haut und Blutgefäßen in einer prinzipiellen Ausgestaltung mit Komponenten zur Signalerfassung (Elektroden), Signalverarbeitung (Verstärker, A/D-Wandler), Stromeinspeisung (Generator, Spannungs-Strom-Wandler, Strombegrenzung) und Komponenten zur Steuerung.
In der US 5,807,251 wird ausgeführt, dass es bei der klinischen Anwendung der EIT bekannt ist, einen Satz von Elektroden als Elektrodenring bereitzustellen, welcher in einem bestimmten Abstand voneinander beispielsweise um den Brustkorb eines Patienten in elektrischem Kontakt mit der Haut angeordnet wird. Ein elektrisches Strom- oder Spannungs-Eingangssignal wird jeweils abwechselnd zwischen verschiedenen oder allen der möglichen Paare von Elektroden zueinander benachbart angeordneter Elektroden angelegt. 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 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.
Die Elektro-Impedanztomographie (EIT) hat im Unterschied zu anderen bildgebenden radiologischen Verfahren (Röntgengeräte, radiologische Computer-Tomographen) den Vorteil, dass keine für den Patienten nachteilige Strahlungsbelastung 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.
Insbesondere ist es mit Hilfe der EIT möglich, bildlich in einem sogenannten „Tidalbild” in der transversalen Körperebene eine Darstellung der Lunge zu ermöglichen, welche Bereiche der Lunge aktuell gut belüftet sind und welche Bereiche der Lunge weniger gut belüftet sind, da die Impedanzen von gut belüfteten und weniger gut belüfteten Lungengewebe deutlich voneinander verschieden sind.
Eine Grundvoraussetzung, um regionale Verteilungen der ventilierten Luft zu analysieren, sind eine Messwerterfassung der Elektrodensignale mit einer Abtastrate, welche eine Rekonstruktion einer Bildfolge ermöglicht, um einzelne Atemzüge, insbesondere deren Inspirations- und Exspirationsphase, zeitlich aufzulösen. Damit ist es dann sowohl möglich, die regionale Verteilung der ventilierten Luft am end-inspiratorischen und am end-exspiratorischen Zustand zu analysieren, als auch das zeitliche Verhalten während der Inspiration und während Exspiration zu untersuchen, um daraus Rückschlüsse über lungenmechanische Effekte, Vorgänge und Abläufe in den unterschiedlichen Bereichen der Lunge zu gewinnen.
Lungenmechanische Vorgänge und Abläufe sind beispielsweise durch Strömungswiderstände in den Atemwegen und Bronchien, bzw. Bronchiolen und Alveolen bedingte Einstrom- oder Ausströmzeitverhalten der Luft wie auch Umverteilungen zwischen verschiedenen Lungenbereichen während der Dauer von. Inspiration, bzw. Exspiration.
Weitere lungenmechanische Effekte ergeben sich beispielsweise bei einem zu hohen wie auch bei einem zu niedrigen Beatmungsdruck, so dass Alveolen in einigen Lungenbereichen einerseits bedingt durch eine Überblähung (Overdistension, Hyperdistension, Lungenemphysem), andererseits dass Alveolen bedingt durch einen nichtausreichenden Öffnungsdruck kollabiert sind, so dass diese Alveolen nicht zum Gasaustausch von Sauerstoff und Kohlendioxid mit dem Blutkreislauf zur Verfügung stehen.
Ein Beispiel für regionale lungenmechanische Vorgänge und Abläufe ist in dem Fachartikel „Tidal recruitment assessed by electrical impedance tomography and computed tomography in a porcine model of lung injury", [Critical Care Med 2011 Vol. 40, No. 3] beschrieben. Unterschiedliche Formen der Beatmung wie druckkontrollierte Beatmung oder volumenkontrollierte Beatmung weisen zusammen mit den Einstellungen der an den Patienten anzupassenden Beatmungsparameter wie Tidalvolumen (Vt), Atemfrequenz (Respiratory Rate: RR), Inspirations- zu Exspirationsverhältnis (I:E-Ratio), inspiratorische und exspiratorische Pause, inspiratorischer Druck (Pinsp), positiver end-exspiratorischer Druck (Positive end-expiratoric pressure: PEEP) einen Unterschied darin auf, wie im zeitlichen Verlauf der Inspiration das Atemgas in unterschiedliche Bereiche der Lunge einströmt. So können Situationen gegeben sein, in denen einige Bereiche der Lunge überdehnt sein können, während zu einem nahezu gleichen Zeitpunkt in anderen Bereichen der Lunge der Öffnungsdruck für einige Alveolen zu gering ist, um diese zu öffnen und den Zustand der Kollabierung zu beenden.
Die möglichen Auswirkungen auf den Gasaustausch sind in dem Fachartikel „Tidal recruitment assessed by electrical impedance tomography and computed tomography in a porcine model of lung injury", [Critical Care Med 2011 Vol. 40, No. 3] beschrieben, dass die Art und Weise der Beatmung damit Verzögerungen im Gasaustausch von Lungenbereichen induziert, welche durch das sogenannte „Tidal recruitment” bedingt sind. Mit „Tidal recruitment” wird ein Zustand von Lungenbereichen beschrieben, wobei sich einzelne oder mehrere kollabierte Lungenbläschen im Vergleich zu den übrigen Bereichen der Lunge erst bei zunehmenden Druck während der Inspiration verzögert öffnen und sich während der Exspiration bei nachlassendem Beatmungsdruck, wiederum im Vergleich zu den übrigen Bereichen der Lunge, vorzeitig wieder schließen, d. h. kollabieren.
Die Einstellungen des Beatmungsdrucks und des Beatmungsdruckverlaufs haben dabei einen Einfluss darauf, wie und wann welche Bereiche der Lunge von „Tidal recruitment” betroffen sind. Für diese einzelnen oder mehreren kollabierten Lungenbläschen ergibt sich im Vergleich zu den übrigen Bereichen der Lunge also sowohl eine verkürzte Inspirationsdauer, als auch eine verkürzte Exspirationsdauer.
Für eine Einstellung der Beatmungsparameter und fortlaufende Kontrolle der Beatmungsparameter ist eine Visualisierung überdehnter und kollabierter Bereiche der Alveolen (Lungenbläschen) von Vorteil. Hinsichtlich der Beatmungsparameter im Hinblick von Überdehnung und Kollabierung wird in dem Fachartikel „Bedside estimation of recruitable alveolar collapse and hyperdistension by electrical impedance tomography", [Intensive Care Med. 2009] beschrieben, wie Bereiche der Lunge mittels einer zeitgleichen Anwendung von Elektro-Impedanz-Tomographie (EIT) und radiologischer Computer-Tomographie (CT) identifiziert werden können, in denen Zustände von Überdehnung (Hyperdistension) und/oder Kollabierung (collapse) gegeben sind. Dazu wird unter Einbeziehung von Werten des Beatmungsdrucks mittels gezielter Manöver mit stufenweiser Absenkung des positiven end-exspiratorischen Beatmungsdrucks (PEEP-trial) zu bestimmten Zeitpunkten, jeweils am Ende von Ein- und Ausatemphase, ein Abbild der bestmöglichen oder maximalen Compliance, d. h. der Dehnbarkeit einzelner Lungenbereiche ermittelt. Die Compliance ist im klinischen und medizinischen Umfeld als der Quotient aus Volumenänderung zu Druckänderung definiert. Die Maßeinheit ist l/kPa, in der Medizin wird häufig noch die Einheit ml/cm H₂O verwendet. Als Äquivalent für die Volumenänderung werden bei der elektro-impedanz-tomographischen Ermittlung von Überdehnung und Kollabierung die mittels EIT erfassten Impedanzen oder Impedanzänderungen herangezogen.
Die EP 1 292 224 B2 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Darstellung von Daten, welche mittels der elektrischen Impedanztomographie gewonnen wurden. Es sind verschiedene spezielle Modi zur Auswertung beschrieben, anhand derer eine Analyse des Zustandes einer Lunge eines Patienten vorgesehen ist. So ist ein Relativmodus vorgesehen, der regionale Veränderungen einer zweidimensionalen Verteilung der Ventilation für einen zurückliegenden Zeitraum verarbeitet, ein Phasenverschiebungsmodus dient einer Verarbeitung einer Dynamik der Ventilation. Es ist weiterhin ein Perfusionsmodus vorgesehen, der eine zweidimensionale Verteilung der Lungenperfusion erstellt. Weitere in dieser EP 1 292 224 B2 beschriebene Modi sind Absolutmodus, Zeitkonstantmodus und ein regionaler Spirometriemodus. Die verschiedenen Modi dienen zur Unterscheidung verschiedener Lungenzustände.
Allen in dieser EP 1 292 224 B2 beschriebenen Modi ist gemeinsam, dass keine Modi und keine Kombination von Modi bereitgestellt werden, welche eine gemeinsame Darstellung von regional verschiedenen Zuständen der Lunge, wie Überdehnung oder Kollaps, ermöglicht oder ermöglichen.
Die vorliegende Erfindung hat sich in Kenntnis der zuvor beschriebenen Nachteile des bekannten Standes der Technik die Aufgabe gestellt, eine Vorrichtung anzugeben, die es ermöglicht, aus EIT-Daten regionale und verschiedene Eigenschaften der Lunge zu bestimmen und diese verschiedenen und regionalen Eigenschaften in einer gemeinsamen Darstellung zusammenzuführen.
Diese und weitere Aufgaben werden durch den beiliegenden, unabhängigen Patentanspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und werden in der folgenden Beschreibung unter teilweiser Bezugnahme auf die 1 näher erläutert.
Zu Beginn werden einige der im Rahmen dieser Patentanmeldung verwendeten Begrifflichkeiten näher erläutert.
Als ein 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. 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 Expiratoric Pressure, PEEP), PIP oder PEEP-Druck-Stufen, auf- oder absteigende PIP-Druck-Rampen oder PEEP-Druck-Rampen als Teil eines speziellen Beatmungsmanövers oder Zeitabschnitte sein, welche bestimmten Eigenschaften von Beatmungsformen (z. B. Bi-Level Positive Airway Pressure, BiPAP) entsprechen.
Unter EIT-Messsignalen sind im Sinne der vorliegenden Erfindung 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.
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. Ein solcher Messzyklus wird dabei typischer Weise bei einer Verarbeitung von EIT-Daten als ein sogenannter „Frame” oder „Time-Frame” bezeichnet. Ein Messzyklus setzt sich aus einer Vielzahl von Messumläufen zusammen. 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-Messsignalen vorgenommen werden: Ein Messumlauf als ein Teil des Messzyklus wird dementsprechend typischer Weise als ein „Partial-Frame” bei der Verarbeitung von EIT-Daten bezeichnet.
Unter einem Steuersignal wird im Sinne der vorliegenden Erfindung ein einzelnes Steuersignal, ein Steuersignal als Teil einer Menge von Steuersignalen, wie auch eine Vielzahl oder eine Menge von Steuersignalen verstanden.
Unter einem Ausgabesignal wird im Sinne der vorliegenden Erfindung ein einzelnes Ausgabesignal, ein Ausgabesignal als Teil einer Menge von Ausgabesignalen, wie auch eine Vielzahl oder eine Menge von Ausgabesignalen verstanden.
Unter einem Tidalbild einer Lunge wird im Sinne der vorliegenden Erfindung ein Bild verstanden, was zu einem bestimmten Zeitpunkt örtlich aufgelöst einer Darstellung einer Verteilung von lokalen Impedanzen in einer transversalen Ansicht der Lunge entspricht. Die Impedanzen werden im Messzyklus fortlaufend ermittelt. Die lokalen Impedanzen repräsentieren den Grad der Befüllung lokaler Lungenareale mit Luft im Rhythmus von Ein- und Ausatmung. Die Darstellung des Tidalbildes erfolgt in üblicher Darstellungsweise in einer horizontalen Schnittebene durch den Thorax eines Lebewesens in einer sogenannten dorsalen Ansicht.
Mehrere Tidalbillder der Lunge in zeitlicher Folge, beispielsweise als eine Bildabfolge oder Film (Video), repräsentieren die Veränderungen der Impedanzen und damit zeitliche Veränderungen der Belüftung einzelner lokaler Lungenbereiche.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist zu einer Verarbeitung und Visualisierung von mittels eines zur Erzeugung von Daten für eine Bildgebung geeigneten Elektro-Impedanz-Tomographie-Gerätes gewonnenen EIT-Daten von wenigstens einem Bereich von Lunge oder Thorax

– eine Dateneingangseinheit
– eine Berechnungs- und Steuerungseinheit und
– eine Ausgabeeinheit

Die Dateneingangseinheit ist ausgestaltet, EIT-Daten von wenigstens einem Bereich der Lunge oder des Thorax zu empfangen und bereitzustellen. Die EIT-Daten repräsentieren für eine Mehrzahl von Lungenbereichen regionale Belüftungssituationen der Lunge von wenigstens einem Ort der Lunge über einen Betrachtungszeitraum. Ein typischer Betrachtungszeitraum ist ein EIT-Erfassungszeitraum, welcher eine Vielzahl von Messzyklen (Time Frames, Partial Frames) mit EIT-Daten umfasst.
Die Dateneingangseinheit ist weiterhin ausgestaltet, Druckmesswerte aus einem Beatmungsverlauf, welche beispielsweise von einem Anästhesie- oder Beatmungsgerät bereitgestellt werden, zu empfangen und bereitzustellen.
Die Dateneingangseinheit ist weiterhin ausgestaltet, Daten, welche beispielsweise von einem medizinischen Messgerät, medizinischen Diagnosegerät, beispielsweise einem physiologischen Monitor, medizinischen Therapie- oder Behandlungsgerät, wie vorzugsweise einem Anästhesie- oder Beatmungsgerät bereitgestellt werden, zu empfangen und bereitzustellen.
Die Dateneingangseinheit ist in optionaler Weise vorzugsweise weiterhin ausgestaltet, Daten einer Beatmungssteuerung, welche von einem medizinischen Therapie- oder Behandlungsgerät, vorzugsweise einem Anästhesie- oder Beatmungsgerät bereitgestellt werden, zu empfangen und bereitzustellen.
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.
Die Berechnungs- und Steuerungseinheit ist ausgestaltet,

– aus den EIT-Daten lokale Impedanzen und lokale Impedanzänderungen wenigstens eines Bereiches der Lunge zu bestimmen.
– aus den lokalen impedanzwerten und lokalen Impedanzänderungen unter Berücksichtigung bereitgestellter Daten, welche einen Druckverlauf eines Beatmungsdrucks in dem Betrachtungszeitraum indizieren, einen Datensatz mit regionalen Eigenschaften der Lunge zu ermitteln, welche ein Maß für eine Dehnbarkeit (Compliance) der Lunge indizieren,
– den Datensatz mit den ermittelten regionalen Eigenschaften der Lunge anhand eines ersten Vergleichskriteriums dahingehend auszuwerten, ob diese Eigenschaften eine Überdehnung regionaler Bereiche der Lunge indizieren,
– ein zweites Steuersignal zu erzeugen und bereitzustellen, das die lokalen Bereiche der Lunge repräsentiert, deren regionale Eigenschaften regionale Überdehnungen indizieren,
– den Datensatz mit den ermittelten regionalen Eigenschaften anhand eines zweiten Vergleichskriteriums dahingehend auszuwerten, ob diese Eigenschaften eine Kollabierung regionaler Bereiche der Lunge indizieren,
– ein drittes Steuersignal zu erzeugen und bereitzustellen, das die lokalen Bereiche der Lunge repräsentiert, deren regionale Eigenschaften regionale Kollabierungen indizieren.

Die Bestimmung der regionalen Eigenschaften der Lunge erfolgt mittels der Berechnungs- und Steuerungseinheit in der Art, dass aus EIT-Daten, welche von einem EIT-Gerät bereitgestellt werden, Impedanzen oder Impedanzänderungen wenigstens eines Bereiches der Lunge bestimmt werden. Üblicherweise sind die EIT-Daten als Spannungsmesswerte oder Strommesswerte bereitgestellt. Es ist im Sinne der vorliegenden Erfindung mit umfasst, dass die Berechnungs- und Steuerungseinheit als Teil eines EIT-Gerätes ausgebildet sein kann.
Weiterhin werden von der Berechnungs- und Steuerungseinheit die Daten, welche einen Druckverlauf eines Beatmungsdrucks in dem Betrachtungszeitraum indizieren, berücksichtigt.
Erfindungsgemäß erfolgt die Ermittlung der regionalen Eigenschaften der Lunge in Bezug zu den Vergleichskriterien, welche auf den Betrachtungszeitraum bezogen sind und „bestmögliche Dehnbarkeiten” (best compliance) der Lungenbereiche jeweils in einzelnen Bereichen der Lunge indizieren.
Vorzugsweise werden als Daten, welche den Druckverlauf des Beatmungsdrucks in dem Betrachtungszeitraum indizieren, mehrere Exspirationsphasen als Betrachtungszeitraum mit voneinander verschiedenen Werten eines positiven end-exspiratorischen Drucks (PEEP) als Stufen eines Manövers mit Veränderungen des Beatmungsdrucks verwendet. Zu diesen Werten stehen damit jeweils aus EIT-Daten ermittelte und den voneinander verschiedenen Werten des positiven end-exspiratorischen Drucks (PEEP) entsprechende lokale Impedanzen und lokale Impedanzänderungen zur Verfügung, um für lokale Bereiche der Lunge jeweils das Maß für die Dehnbarkeit (compliance) zu ermitteln.
Ein vorteilhaft geeignetes Manöver zur Erzeugung voneinander verschiedener Stufen des positiven end-exspiratorischen Drucks (PEEP) ist der sogenannte PEEP-trial, bei welchem, beginnend von einem Startwert, der Beatmungsdruck, d. h. das Druckniveau des positiven end-exspiratorischen Drucks (PEEP), auf das der Beatmungsdruck jeweils am Ende der Exspiration absinkt, in Stufen erhöht (inkrementieller PEEP-trial) oder abgesenkt (dekrementieller PEEP-trial) wird.
Das zweite Steuersignal und dritte Steuersignal werden in der Ausgabeeinheit dazu verwendet, ein Ausgabesignal zu erzeugen, bereitzustellen oder auszugeben. Das Ausgabesignal repräsentiert ein Eigenschaftsbild zu einer Darstellung lokaler Bereiche der Lunge, deren regionale Eigenschaften jeweils Abweichungen von dem ersten Vergleichskriterium oder dem zweiten Vergleichskriterium aufweisen.
Das Ausgabesignal ist damit repräsentativ für das Eigenschaftsbild der jeweiligen regionalen Eigenschaften eines oder mehrerer Bereiche der Lunge, deren regionale Eigenschaften regionale Kollabierungen oder regionale Überdehnungen indizieren.
Daraus ergibt sich in vorteilhafter Weise, wenn dieses Ausgabesignal zu einer Ausgabe in einer gemeinsamen Darstellung verwendet wird, dass in der gemeinsamen Darstellung sowohl Bereiche der Lunge mit Überdehnung, wie auch Bereiche der Lunge mit Kollabierung zugleich sichtbar sind.
Das Ausgabesignal kann dabei im Sinne der vorliegenden Erfindung neben Elementen, welche die regionale Eigenschaft repräsentieren, auch Informationselemente aufweisen, die eine Hervorhebung lokaler Bereiche mit Schraffuren, mit Farben, grafischen Kodierungen auf Basis von Grautönen, Helligkeitsstufen, Farb-Transparenz- oder Sättigungsstufen oder Mustern ermöglichen und somit von der Datenausgabeeinheit bildlich, grafisch und/oder visuell zur Anzeige gebracht werden können.
Dies erhöht in vorteilhafter Weise die Auswertbarkeit der gemeinsamen Darstellung, da die lokalen Bereiche der Lunge von besonderem Interesse, nämlich die lokalen Bereiche. der Lunge, in welchen Kollabierungen oder Überdehnungen vorhanden sind, in der gemeinsamen Darstellung markant sichtbar werden. Dies hat den Vorteil, dass der Anwender eine vorbereitete Sicht auf die regionalen. Eigenschaften mit wesentlicher Relevanz für eine Einschätzung der Belüftungssituation der Lunge hinsichtlich von regionalen Eigenschaften von Überdehnung und Kollabierung in einer einzigen, gemeinsamen Darstellung zeitgleich und zugleich unmittelbar voneinander unterscheidbar erhält, ohne Veränderungen in zwei unabhängig voneinander visualisierten Darstellungen von Überdehnung und Kollabierungen visuell und kognitiv gleichzeitig erfassen zu müssen.
Dies ermöglicht der nachfolgenden Ausgabeeinheit beispielsweise, die im Wesentlichen nicht-kollabierten wie auch die nicht überdehnten Bereiche der Lunge mit einer Farbskala von Blau mit Hellblau bis hin zu Weiß als grafische Stufung für einen Grad der Belüftung darzustellen und die regionalen Eigenschaften von Kollabierungen und Überdehnungen mit unterschiedlichen Farbskalen, beispielsweise mit einer rötlichen Farbskala mit Dunkelrot bis Hellrot, für Überdehnungen und mit einer bräunlichen Farbskala von Hellbraun bis Dunkelbraun für Bereiche mit Kollabierungen als grafische Stufungen jeweils für unterschiedliche Grade von Überdehnungen oder Kollabierungen darzustellen.
Die Berechnungs- und Steuerungseinheit weist zur Durchführung der beschriebenen Aufgaben der Berechnungs- und Steuerungseinheit 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 miteinander ausgestaltet und aneinander angepasst oder durch Programmierung ausgestaltet sind, die notwendigen Schritte zur Verarbeitung und Visualisierung von mittels eines zur Erzeugung von Daten für eine Bildgebung geeigneten EIT-Gerätes gewonnenen Daten zu einer Bestimmung regionaler Eigenschaften der Lunge auszuführen und als ein Ausgabesignal zu einer Darstellung des Eigenschaftsbildes der Lunge aufzubereiten.
Die Ausgabeeinheit ist als eine Bildaufbereitungs- und Datenausgabeeinheit ausgestaltet, regionale Eigenschaften der Lunge unter Verwendung des Ausgabesignals auszugeben, bereitzustellen oder darzustellen.
Die Ausgabeeinheit 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 der regionalen Eigenschaften der Lunge zu ermöglichen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Berechnungs- und Steuerungseinheit ist ausgestaltet, aus den EIT-Daten lokale Impedanzen und lokale Impedanzänderungen wenigstens eines Bereiches der Lunge zu bestimmen und aus den bestimmten lokalen Impedanzen und lokalen Impedanzänderungen ein Tidalbild einer aktuellen Verteilung der Impedanzwerte und Impedanzänderungen in der Lunge zu ermitteln und ein erstes Steuersignal zu erzeugen und bereitzustellen, das für das ermittelte, aktuelle Tidalbild der Lunge repräsentativ ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist in oder an der Vorrichtung zur Verarbeitung und Visualisierung von EIT-Daten eine Datenausgabeeinheit mit einer Komponente zu einer grafischen Visualisierung angeordnet oder angebunden. Die Komponente zu einer grafischen Visualisierung ist unter Verwendung des Ausgabesignals zu einer Visualisierung ausgebildet.
Die Visualisierung des ermittelten Tidalbildes und/oder des Eigenschaftsbildes mittels der einer Komponente zu einer grafischen Visualisierung erfolgt dabei unter Verwendung des ersten Steuersignals und/oder des zweiten Steuersignals und/oder des dritten Steuersignals und/oder des Ausgabesignals. Vorzugsweise kann die Visualisierung mittels der Komponente zu einer grafischen Visualisierung in einer kombinierten Darstellung von Tidalbild und Eigenschaftsbild erfolgen. Eine kombinierte Darstellung mittels der Komponente zur grafischen Visualisierung kann dabei bevorzugt beispielsweise als eine horizontal oder vertikal geteilte Anzeige auf einem Bildschirm (split screen) oder als eine wahlfreie, wie auch überlappende oder überlagernde Anordnung von Anzeigefenstern auf dem Bildschirm ausgestaltet sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden von der Berechnungs- und Steuerungseinheit auf Basis der Daten, welche die Druckmesswerte des Beatmungsverlaufs indizieren, Werte im Betrachtungszeitraum ermittelt, welche positiv-end-exspiratorische Druckwerte (PEEP) indizieren.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform werden von der Berechnungs- und Steuerungseinheit auf Basis der regionalen Eigenschaften, welche die Dehnbarkeit indizieren und auf Basis der Daten, welche die Druckmesswerte des Beatmungsverlaufs indizieren und/oder aus den positiv-end-exspiratorischen Druckwerten (PEEP) für mehrere lokale Bereiche der Lunge Datensätze mit maximalen regionalen Dehnbarkeiten in dem Betrachtungszeitraum ermittelt.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform wird von der Berechnungs- und Steuerungseinheit das erste Vergleichskriterium auf Basis der Datensätze maximaler regionaler Dehnbarkeiten und der Werte, welche positiv-end-exspiratorische Druckwerte (PEEP) indizieren, in dem Betrachtungszeitraum bestimmt.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform wird von der Berechnungs- und Steuerungseinheit das zweite Vergleichskriterium auf Basis der Datensätze maximaler regionaler Dehnbarkeiten und der Werte, welche positiv-end-exspiratorische Druckwerte (PEEP) indizieren, in dem Betrachtungszeitraum bestimmt.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform wird als Betrachtungszeitraum die Dauer von mindestens zwei Atemzyklen mit jeweils Inspirations- und Exspirationsphase gewählt.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform wird als Betrachtungszeitraum die Dauer eines Manöver mit Veränderungen des Beatmungsdrucks, vorzugsweise dekrementielle oder inkrementielle PEEP-trials mit mehreren Atemzyklen mit jeweils einer Inspirations- und einer Exspirationsphasen, gewählt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden die Daten von einem Beatmungsgerät oder Anästhesiegerät bereitgestellt.
Werden die Daten von einem Beatmungsgerät oder Anästhesiegerät bereitgestellt, können die Daten beispielsweise Daten, welche Tidalvolumen (Vt) Atemfrequenz (Respiratory Rate: RR), Inspirations- zu Exspirationsverhältnis (I:E-Ratio), inspiratorische und exspiratorische Pause, inspiratorischer Druck (Pinsp), positiver end-exspiratorischer Druck (Positive end-expiratoric Pressure: PEEP) indizieren, enthalten. Daraus können von der Berechnungs- und Steuerungseinheit Zeitpunkte und zugehörige Druckwerte im Beatmungsablauf wie Ende der Inspiration und Ende der. Exspiration sowie auch Anfang der Exspiration oder Anfang der Inspiration bestimmt werden.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung zu einer Ermittlung und Visualisierung von Eigenschaften der Lunge als Gerät oder Gerätekombination mit Funktionen zur Durchführung einer Beatmung und/oder Durchführung einer Anästhesie, Durchführung einer Impedanz-Tomographie (EIT) und Funktionen zu einer Ermittlung und Visualisierung von Eigenschaften der Lunge ausgeführt.
Die vorliegende Erfindung wird nun mit Hilfe der folgenden 1 und der zugehörigen Figurenbeschreibung ohne Beschränkungen des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert. Es zeigt:
1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Verarbeitung und Visualisierung, von Daten mit bildlicher Darstellung von regionalen Eigenschaften von Kollabierung und Überdehnung.
Die 1 zeigt eine Vorrichtung 10 zur Verarbeitung und Visualisierung von Daten. Die Vorrichtung 10 weist als wesentliche Komponenten eine Dateneingangseinheit 50, eine Berechnungs- und Steuerungseinheit, eine Bildaufbereitungs- und Ausgabeeinheit 80 sowie eine Datenausgabeeinheit 90 auf.
Von einem EIT-Gerät 30 werden EIT-Daten 3 mittels der Dateneingangseinheit 50 zur Berechnungs- und Steuerungseinheit 70 übermittelt oder geleitet. In der Berechnungs- und Steuerungseinheit 70 werden die EIT-Daten 3 weiterverarbeitet. In einer in der Berechnungs- und Steuerungseinheit 70 vorhandenen Einheit zur Impedanzberechnung 71 werden nach Eingang der EIT-Daten 3 lokale Impedanzwerte 71 der Lunge berechnet. Es werden Impedanzwerte 710 von verschiedenen lokalen Bereichen der Lunge berechnet, welche auf Basis der mit dem EIT-Gerät 30 gewonnenen EIT-Daten 3 eine Verteilung der Impedanzen in der Lunge eines Lebewesens zur, Visualisierung ermöglichen. Die Impedanzen stellen unterschiedliche Grade der Belüftung bzw. der Qualität der Belüftung von Lungenbereichen dar.
Die mit der Einheit zur Impedanzberechnung 71 gewonnenen Impedanzwerte 710 und Impedanzänderungen repräsentieren ein Tidalbild der Lunge und werden als ein erstes Steuersignal 17 einer Einheit zur Bildverarbeitung 81 in der Bildaufbereitungs- und Ausgabeeinheit 80 zur weiteren Datenverarbeitung bereitgestellt.
Von einem Beatmungsgerät 40 werden Druckwerte 20 als Mess- oder Betriebsdaten 4 des Beatmungsgeräts 40 mittels der Dateneingangseinheit 50 zu einer in der Berechnungs- und Steuerungseinheit 70 angeordneten Einheit zur Datenbereitstellung 72 übermittelt oder geleitet. In der Berechnungs- und Steuerungseinheit 70 werden die Mess- oder Betriebsdaten 4 von einer Einheit zur Datenkonsolidierung 73 aufbereitet und als bereitgestellt und von einer ersten Einheit zur Eigenschaftsermittlung 74 und einer zweiten Einheit zur Eigenschaftsermittlung 75 zusammen mit den Impedanzwerten 710 weiterverarbeitet. Alternativ können die Betriebsdaten 4, auch in Verbindung mit weiteren Daten, mittelbar durch ein Datennetzwerk 1001 z. B. durch ein Intranet im Krankenhaus der Einheit zur Datenbereitstellung 72 zugeführt werden.
Die Einheit zur Datenkonsolidierung und Datenaufbereitung 73 ist dazu ausgebildet und vorgesehen, einen Datensatz von lokalen end-exspiratorischen Impedanzwerten der Lunge in Bezug zu den Mess- oder Betriebsdaten 4, welche sich beispielsweise aus mittels eines vom Beatmungsgerät durchgeführten Manövers während eines sogenannten PEEP-trials ergebenden verschiedenen Stufen eines positiven end-exspiratorischen Drucks (PEEP) ergeben oder ergeben haben, zu ermitteln und als aufbereiteten Datensatz mit lokalen Werten 720, welche positive end-exspiratorische Druckwerte (PEEP) indizieren, bereitzustellen.
Die mathematische Vorgehensweise ergibt sich dabei für einen Bereich (Pixel) der Lunge wie folgt.
Es wird aus dem dekrementiellen PEEP-trial, also stufenweisen Absenkungen des PEEP-Niveaus von einem Startwert, ein Maß für die Dehnbarkeit der Lunge, die sogenannte „compliance”, als ein Quotient aus den lokalen Impedanzänderungen 71 und dem zugehörigen PEEP-Wert ermittelt.
Der Startwert des PEEP-Wertes wird dabei derart gewählt, dass dieser Wert gerade eben so groß ist, dass bei diesem Wert im Mittel von einer leichten Überdehnung der Lunge ausgegangen werden kann. Es wird für jeden lokalen Bereich der Lunge eine sogenannte „best compliance” ermittelt, also ein Wert, bei dem das Verhältnis aus appliziertem Druck zur Belüftung des Lungenbereichs besonders vorteilhaft ist, d. h. dass der positive end-exspiratorische Druck (PEEP) gerade so groß gewählt ist, dass sich der Bereich der Lunge, d. h. die Alveolen maximal ausdehnen und damit eine maximale Oberfläche für einen optimalen lokalen Gasaustausch zwischen Blutkreislauf und Atemgas in dem Lungenbereich aufweisen, ohne durch einen zu hohen Druck überdehnt zu sein. Die „best compliance” wird beispielsweise dadurch bestimmt, dass im dekrementiellen Verlauf des PEEP-trials der Wert als „best compliance” bestimmt, ab welchem sich durch weitere Druckverminderung als Quotient ein weniger gutes Maß der Dehnbarkeit (compliance) berechnet. Zur Ermittlung der „compliance” und der „best compliance” sei an dieser Stelle auf den bereits zuvor erwähnten Fachartikel „Bedside estimation of recruitable alveolar collapse and hyperdistension by electrical impedance tomography", [Intensive Care Med 2009] verwiesen.
Anschließend werden für die lokalen Bereiche die lokalen zu den unterschiedlichen PEEP-Niveaus ermittelten Maße der Dehnbarkeit in Relation zu der „best compliance” gesetzt. Dies geschieht dadurch, dass die erste Einheit zur Eigenschaftsermittlung 74 in der Berechnungs- und Steuerungseinheit 70 dazu vorgesehen ist, eine erste Eigenschaft, welche Überdehnungen indiziert, anhand eines ersten Vergleichskriteriums 76 zu ermitteln. Zudem ist die zweite Einheit zur Eigenschaftsermittlung 75 in der.
Berechnungs- und Steuerungseinheit 70 dazu vorgesehen, eine zweite Eigenschaft, welche Kollabierungen indiziert, anhand eines zweiten Vergleichskriteriums 77 zu ermitteln.
Das erste und das zweite Vergleichskriterium sind von der „best compliance” abgeleitet, z. B. 10% oberhalb und 10% unterhalb der „best compliance” oder identisch mit der „best compliance”.
Wird ein solcher PEEP-trial in vorteilhafter Weise bei einer druckkontrollierten Beatmung als ein dekrementieller PEEP-trial mit mehreren PEEP-Niveaus beginnend von einem bekannten Druckniveau mit konstanten und vorgegebenen Druckunterschieden zwischen den PEEP-Niveaus durchgeführt, so vereinfacht sich die mathematische Vorgehensweise dabei derart, dass die Druckunterschiede der verschiedenen PEEP-Niveaus sich aus den Formeln zur Berechnung von Überdehnung bzw. Kollabierung eliminieren lassen. Hinsichtlich der mathematischen Zusammenhänge zur Bestimmung von „compliance”, „best compliance”, „collapse” wie auch „Hyperdistension” sei an dieser Stelle auf den bereits zuvor erwähnten Fachartikel „Bedside estimation of recruitable alveolar collapse and hyperdistension by electrical impedance tomography", [Intensive Care Med 2009] verwiesen.
Die folgenden Formeln 1, 2, 3a, 3b dienen lediglich einer vereinfachten Veranschaulichung zur Eliminierung des Druckunterschiedes ΔP mittels Verwendung der Formel 1 in Formel 2 bei der Ermittlung des Maßes (compliance) von Überdehnung und Kollabierung bei konstantem Druckunterschied ΔP, – wie es durch eine Durchführung des PEEP-trials mit konstanten Stufen ΔP der Druckveränderung ermöglicht ist –, mittels der Formel 3b.
Formel 3a zeigt den mathematischen Zwischenschritt der mathematischen Eliminierung des Druckunterschiedes ΔP. Compliance = ΔZ / ΔP Formel 1 best_compliance = best compliance – current_compliance / best compliance Formel 2
Damit ist es möglich, ohne Wissen um den jeweiligen absoluten Wert der Druckunterschiede ΔP zwischen den einzelnen PEEP-Stufen, aus den Impedanzwerten 71 die Eigenschaften lokaler Lungenbereiche aus dem PEEP-trial zu ermitteln. Es ist lediglich erforderlich, dass der Berechnungs- und Steuerungseinheit 70 Informationen bereitstehen, welche indizieren, dass die bereitgestellten EIT-Daten 3 während eines PEEP-trials gewonnen wurden. Eine Information, ob der PEEP-trial dabei dekrementiell oder inkrementiell durchgeführt wurde, ist für die Auswertung hilfreich, aber nicht zwingend erforderlich, dies gilt in vergleichbarer Weise auch für den Startwert wie auch für den Startzeitpunkt.
Insbesondere für einen bei druckkontrollierter Beatmung durchgeführten PEEP-trial kann als eine Variante für eine grobe Abschätzung, falls keine Mess- oder Betriebsdaten 4 des Beatmungsgerätes 40 zur Verfügung stehen, anstatt der Druckunterschiede ΔP zwischen den einzelnen PEEP-Stufen auch ein sogenannter „DELI-Wert” (Delta-End-expiratoric Lung Impedance) als Ersatzwert verwendet werden. Es ist dazu nur erforderlich, dass ein PEEP-trial vom Beatmungsgerät 40 durchgeführt wurde, so dass aus der Abschätzung, dass sich aus äquidistanten Druckunterschieden ΔP in den erfassten EIT-Daten 3 auch nahezu synchron dazu äquidistante Impedanzänderungen 71 als DELI-Werte ergeben.
Die erste Einheit zur Eigenschaftsermittlung 74 ermittelt anhand eines ersten Vergleichskriteriums 76 und den Impedanzwerten und Impedanzänderungen 710 unter Berücksichtigung des Datensatzes mit lokalen Werten 720, welche positive end-exspiratorische Druckwerte (PEEP) indizieren, lokale Bereiche der Lunge, welche eine Eigenschaft einer Überdehnung aufweisen und erzeugt ein zweites Steuersignal 27, welches die Eigenschaft der Überdehnung indiziert.
Das zweite Steuersignal 27 wird der Einheit zur Bildverarbeitung 81 in der Bildaufbereitungs- und Ausgabeeinheit 80 zur weiteren Datenverarbeitung bereitgestellt.
Die zweite Einheit zur Eigenschaftsermittlung 75 ermittelt anhand eines zweiten Vergleichskriteriums 77 und den Impedanzwerten und Impedanzänderungen 710 unter Berücksichtigung des Datensatzes mit lokalen Werten 720, welche positive end-exspiratorische Druckwerte (PEEP) indizieren, lokale Bereiche der Lunge, welche eine Eigenschaft einer Kollabierung aufweisen und erzeugt ein drittes Steuersignal 28, welches die Eigenschaft der Kollabierung indiziert.
Das dritte Steuersignal 28 wird der Einheit zur Bildverarbeitung 81 in der Bildaufbereitungs- und Ausgabeeinheit 80 zur weiteren Datenverarbeitung bereitgestellt.
Das erste 76 und das zweite 77 Vergleichskriterium sind Kriterien, welche von der „best compliance” abgeleitet sind, wobei das erste Vergleichskriterium 76 einen Zustand mit gegenüber der „best compliance” stärkerer Aufblähung oder Überdehnung des lokalen Lungenbereichs indiziert und wobei das zweite Vergleichskriterium 77 einen Zustand mit gegenüber der „best compliance” geringerer Füllung oder Blähung des lokalen Lungenbereichs indiziert.
In einer besonderen Variante kann es vorgesehen sein, dass das erste Vergleichskriterium 76 und das zweite Vergleichskriterium 77 identisch miteinander gewählt sind, beispielsweise als ein Zustand mit gegenüber der „best compliance” stärkerer Aufblähung oder als ein Zustand mit gegenüber der „best compliance” geringerer Füllung des lokalen Lungenbereiches oder identisch mit einem Zustand der „best compliance” des lokalen Lungenbereichs.
Die Einheit zu Bildverarbeitung 81 erzeugt aus dem zweiten Steuersignal 27 und dem dritten Steuersignal 28 ein Ausgabesignal 37. Dieses Ausgabesignal 37 ist repräsentativ für eine bildliche Darstellung von Informationen zu einer Belüftungssituation lokaler Bereiche der Lunge als ein Eigenschaftsbild 900 in einer dorsalen Darstellungsansicht. Eine Einbeziehung des ersten Steuersignals 17 in das Ausgabesignal 37 kann eine kombinierte Darstellung des Eigenschaftsbildes 900 mit dem ermittelten Tidalbild der Lunge, welches die aktuelle Belüftung der Lunge repräsentiert, z. B. in einer Form eines geteilten Anzeige-Bildschirmes (Split-Screen) oder als eine wahlfreie, wie auch überlappende oder überlagernde Anordnung von Anzeigefenstern auf dem Anzeige-Bildschirm, in einer optionalen und vorteilhaften Ausgestaltung ermöglichen.
In dieser 1 wird das Ausgabesignal 37 beispielhaft einer mit der Vorrichtung 10 verbundenen Datenausgabeeinheit 90 zur Verfügung gestellt. In dieser Datenausgabeeinheit 90 sind verschiedene Elemente vorhanden. So ist beispielsweise eine Komponente zur graphischen Visualisierung, z. B. ein Bildschirm oder Screen 99 vorhanden. Weiterhin sind in der Datenausgabeeinheit 90 Bedienelemente 97, 97' wie Taster 97' oder Drehknöpfe 97 angeordnet. Weiterhin ist an der Datenausgabeeinheit 90 optional eine Schnittstelle (Interface) 98 zu einem Datenaustausch mit weiteren Geräten, beispielsweise mit einem externen Datensichtgerät 1000 oder mit dem Krankenhaus-Datennetzwerk 1001, (LAN, WAN, WLAN Ethernet, WiFi), welche in dieser 1 nicht näher im Detail gezeigt sind, vorgesehen.
In der Komponente zur graphischen Visualisierung 99 wird das Eigenschaftsbild 900 zur Anzeige gebracht. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein über den Datenaustausch mittels des Datennetzwerkes 1001 an die Vorrichtung 10 angebundenes externes Datensichtgerät 1002 ein Eigenschaftsbild 900' zur Anzeige gebracht werden.
Lungenbereiche, in denen Überdehnungen identifiziert sind, sind als besonders markierte Bereiche A, 907 in der Darstellung der Lungenkontur wiedergegeben und grafisch besonders hervorgehoben. Lungenbereiche, in denen Kollabierungen identifiziert sind, sind als besonders markierte Bereiche C, 909 in der Darstellung der Lungenkontur wiedergegeben und grafisch besonders hervorgehoben. Lungenbereiche, in denen weder Kollabierungen noch Überdehnungen identifiziert sind, sind in dieser 1 als ein Bereich B, 908 dargestellt.
Vorteilhafterweise wird die Art und Weise der Markierungen A 907 und C 909 in dem Eigenschaftsbild 900 in voneinander verschiedener Weise vorgenommen, beispielsweise mittels unterschiedlicher Textur oder Schraffurmuster (wie in dieser 1 beispielhaft eingezeichnet) oder auch durch eine Variation von Farben.
Dies hat den Vorteil, dass der Anwender eine vorbereitete Sicht auf die regionalen Eigenschaften mit wesentlicher Relevanz für eine Einschätzung der Belüftungssituation erhält. Diese vorbereitete Sicht erleichtert dem Anwender die visuelle und kognitive Erfassung der Belüftungssituation.
Anstatt einer Hervorhebung mit Schraffuren, wie in der 1 gezeigt, kann eine Darstellung und Hervorhebung mit Farben, grafischen Kodierungen oder Texturen auf Basis von Grautönen, Helligkeitsstufen, Farb-Transparenz- oder Sättigungsstufen oder Mustern als Information im Ausgabesignal 37 enthalten sein und somit grafisch und visuell zur Unterscheidung der Bereiche A 907, B 908 und C 909 zur Anzeige 99 gebracht werden.
Bezugszeichenliste

3: EIT-Daten
4: Betriebsdaten des Beatmungsgerätes
10: Vorrichtung zur Verarbeitung und Visualisierung von Daten
17: erstes Steuersignal (Tidalbild)
20: Druckmesswerte
27: zweites Steuersignal (Überdehnung)
28: drittes Steuersignal (Kollabierung)
30: Elektro-Impedanz-Tomographie-Gerät
37: Ausgabesignal
40: Beatmungsgerät
50: Dateneingangseinheit
70: Berechnungs- und Steuerungseinheit
71: Einheit zur Impedanzberechnung
72: Einheit zur Datenbereitstellung
73: Einheit zur Datenkonsolidierung (Druckwerte/Impedanzwerte)
74: erste Einheit zur Eigenschaftsermittlung
75: zweite Einheit zur Eigenschaftsermittlung
76: erstes Vergleichskriterium
77: zweites Vergleichskriterium
80: Bildaufbereitungs- und Datenausgabeeinheit
81: Einheit zur Bildverarbeitung
90: Datenausgabeeinheit
97, 97': Bedienelemente
98: Schnittstelle (Interface)
99: Komponente zur grafischen Visualisierung (Bildschirm; Screen)
710: Impedanzwerte
720: Druckwerte
900, 900': Eigenschaftsbild
907: markierte Bereiche A (Überdehnungen)
908: nicht speziell markierter Bereich B
909: markierte Bereiche C (Kollabierungen)
1000: bidirektional angebundenes Gerät zur Datenverarbeitung
1001: Datennetzwerk, Intranet, Internet
1002: externes Datensichtgerät

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 6236886 [0005]
US 5807251 [0006]
EP 1292224 B2 [0016, 0016, 0017]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

„Tidal recruitment assessed by electrical impedance tomography and computed tomography in a porcine model of lung injury”, [Critical Care Med 2011 Vol. 40, No. 3] [0012]
„Tidal recruitment assessed by electrical impedance tomography and computed tomography in a porcine model of lung injury”, [Critical Care Med 2011 Vol. 40, No. 3] [0013]
„Bedside estimation of recruitable alveolar collapse and hyperdistension by electrical impedance tomography”, [Intensive Care Med. 2009] [0015]
„Bedside estimation of recruitable alveolar collapse and hyperdistension by electrical impedance tomography”, [Intensive Care Med 2009] [0071]
„Bedside estimation of recruitable alveolar collapse and hyperdistension by electrical impedance tomography”, [Intensive Care Med 2009] [0075]

Claims

Vorrichtung (10) zur Verarbeitung und Visualisierung von EIT-Daten (3) von wenigstens einem Bereich der Lunge zu einer Ermittlung und Visualisierung von Eigenschaften der Lunge, wobei die EIT-Daten (3) mittels eines Elektro-Impedanz-Tomographie-Geräts (30) gewonnen wurden, – mit einer Dateneingangseinheit (50), – mit einer Berechnungs- und Steuerungseinheit (70) und – mit einer Ausgabeeinheit (80) und, wobei die Dateneingangseinheit (50) ausgestaltet ist, die EIT-Daten (3) von dem wenigstens einen Bereich der Lunge über einen Betrachtungszeitraum zu empfangen und bereitzustellen, wobei die Dateneingangseinheit (50) ausgestaltet ist, Daten (4), welche einen Druckverlauf (20) eines Beatmungsdrucks in dem Betrachtungszeitraum indizieren, zu empfangen und bereitzustellen, wobei die Berechnungs- und Steuerungseinheit (70) ausgestaltet ist, – lokale Impedanzwerte und Impedanzänderungen wenigstens eines Bereiches der Lunge aus den EIT-Daten (3) zu bestimmen, – aus den lokalen Impedanzen und lokalen Impedanzänderungen unter Berücksichtigung von Daten (4), welche einen Druckverlauf (20) eines Beatmungsdrucks in dem Betrachtungszeitraum indizieren, einen Datensatz mit regionalen Eigenschaften der Lunge, welche ein Maß für eine Dehnbarkeit der Lunge indizieren, zu ermitteln – den Datensatz mit den regionalen Eigenschaften der Lunge anhand eines ersten Vergleichskriteriums (76) dahingehend auszuwerten, ob diese Eigenschaften eine Überdehnung regionaler Bereiche der Lunge indizieren, – ein zweites Steuersignal (27) zu erzeugen und bereitzustellen, das die lokalen Bereiche der Lunge repräsentiert, deren regionale Eigenschaften regionale Überdehnungen indizieren, – den Datensatz mit den regionalen Eigenschaften der Lunge anhand eines zweiten Vergleichskriteriums (77) dahingehend auszuwerten, ob diese Eigenschaften eine Kollabierung regionaler Bereiche der Lunge indizieren, – ein drittes Steuersignal (28) zu erzeugen und bereitzustellen, das die lokalen Bereiche der Lunge repräsentiert, deren regionale Eigenschaften regionale Kollabierungen indizieren, wobei die Ausgabeeinheit (80) ausgestaltet ist, unter Verwendung des zweiten Steuersignals (27) und dritten Steuersignals (28) ein Ausgabesignal (37 zu erzeugen, bereitzustellen oder auszugeben, wobei das Ausgabesignal (37) ein Eigenschaftsbild (900) zu einer Darstellung lokaler Bereiche der Lunge repräsentiert, deren regionale Eigenschaften jeweils Abweichungen von dem ersten Vergleichskriterium (76) oder dem zweiten Vergleichskriterium (77) aufweisen.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die Berechnungs- und Steuerungseinheit (70) ausgestaltet ist, lokale Impedanzwerte (710) und Impedanzänderungen wenigstens eines Bereiches der Lunge aus den EIT-Daten (3) zu bestimmen und aus den lokalen Impedanzwerten (710) und lokalen Impedanzänderungen ein Tidalbild mit einer aktuellen lokalen Verteilung der Impedanzwerte (710) und Impedanzänderungen der Lunge zu ermitteln und ein erstes Steuersignal (17) zu erzeugen und bereitzustellen, das für das ermittelte Tidalbild der Lunge repräsentativ ist.
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei in oder an der Vorrichtung (10) zur Verarbeitung und Visualisierung von EIT-Daten (3) eine Datenausgabeeinheit (90) mit einer Komponente (99) zu einer grafischen Visualisierung angeordnet oder angebunden ist, welche unter Verwendung des ersten Steuersignals, (17) und/oder des zweiten Steuersignals (27) und/oder des dritten Steuersignals (28) und/oder des Ausgabesignals (37) zu einer Visualisierung des ermittelten Tidalbildes und/oder des Eigenschaftsbildes (900) ausgebildet ist.
Vorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei von der Berechnungs- und Steuerungseinheit (70) auf Basis der Daten (4), welche die Druckmesswerte des Beatmungsverlaufs indizieren, Werte (720) im Betrachtungszeitraum ermittelt werden, welche positiv end-exspiratorische Druckwerte (PEEP) indizieren.
Vorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei von der Berechnungs- und Steuerungseinheit (70) auf Basis der regionalen Eigenschaften, welche die Dehnbarkeit indizieren und auf Basis der Daten (4), welche die Druckmesswerte des Beatmungsverlaufs indizieren und/oder aus den positiv-end-exspiratorischen Druckwerten (PEEP) für mehrere lokale Bereiche der Lunge Datensätze mit maximalen regionalen Dehnbarkeiten in dem Betrachtungszeitraum ermittelt werden.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 3 und Anspruch 4, wobei von der Berechnungs- und Steuerungseinheit (70) das erste Vergleichskriterium (76) auf Basis der Datensätze maximaler regionaler Dehnbarkeiten und der Werte (720), welche positiv-end-exspiratorische Druckwerte (PEEP) indizieren, in dem Betrachtungszeitraum bestimmt wird.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 3 und Anspruch 4, wobei von der Berechnungs- und Steuerungseinheit (70) das zweite Vergleichskriterium (77) auf Basis der Datensätze maximaler regionaler Dehnbarkeiten und der Werte (720), welche positiv-end-exspiratorische Druckwerte (PEEP) indizieren, in dem Betrachtungszeitraum bestimmt wird.
Vorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei als Betrachtungszeitraum die Dauer von mindestens zwei Atemzyklen mit jeweils einer Inspirations- und einer Exspirationsdauer gewählt wird.
Vorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei als Betrachtungszeitraum die Dauer eines Manövers mit Veränderungen des Beatmungsdrucks (20), vorzugsweise eines dekrementiellen oder eines inkrementiellen PEEP-trials mit mehreren Atemzyklen, mit jeweils einer Inspirations- und einer Exspirationsphasen, gewählt wird.
Vorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Daten (4), welche einen Druckverlauf (20) eines Beatmungsdrucks in dem Betrachtungszeitraum indizieren, von einem Beatmungsgerät (40) oder Anästhesiegerät bereitgestellt werden.
Vorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Vorrichtung (10) zu einer Ermittlung und Visualisierung von Eigenschaften der Lunge als Gerät oder Gerätekombination mit Funktionen zur Durchführung einer Beatmung (40) und/oder Durchführung einer Anästhesie, Durchführung einer Impedanz-Tomographie (EIT) (30) und Funktionen (90, 900) zu einer Ermittlung und Visualisierung von Eigenschaften der Lunge ausgeführt ist.