DE102016014251B4

DE102016014251B4 - Vorrichtung und Verfahren zur Ermittlung einer axialen Position einer Elektrodenanordnung zur Elektro-Impedanz-Tomographie

Info

Publication number: DE102016014251B4
Application number: DE102016014251.0A
Authority: DE
Inventors: Yvo Gärber
Original assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Current assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Priority date: 2016-11-30
Filing date: 2016-11-30
Publication date: 2023-02-02
Anticipated expiration: 2036-12-01
Also published as: CN108113674B; DE102016014251A1; CH713098A2; CH713098B1; US10765338B2; CN108113674A; US20180146881A1

Abstract

Vorrichtung zur Elektro-Impedanz-Tomographie (1) zu einer Ermittlung einer Situation, welche einen axialen Versatz und/ oder einen Verdrehungswinkel α einer, der Vorrichtung zur Elektro-Impedanz-Tomographie (1) zugeordneten und am Thorax (34) eines Patienten (35) horizontal angeordneten Elektrodenanordnung, indiziert, aufweisend:- eine Elektrodenanordnung mit einer Vielzahl von Elektroden (33), welche zueinander beabstandet am Körperumfang im Bereich des Thorax (34) eines Lebewesens (35) angeordnet sind,- eine Signaleinspeisungs-Einheit (51), welche ausgestaltet und dazu vorgesehen ist, in einem jedem Messumlauf eines Messzyklus ein elektrisches Einspeisesignal an jeweils zwei zyklisch und in einem Messzyklus variierend einspeisenden Elektroden (37, 37') einzuspeisen,- eine Signalerfassungs-Einheit (50), welche ausgestaltet und dazu vorgesehen ist,eine Vielzahl von Messsignalen (55) der Vielzahl von Elektroden (33) in jedem der Messumläufe des Messzyklus zu erfassen und bereitzustellen,- eine Berechnungs- und Steuerungseinheit (70), welche ausgestaltet und dazu vorgesehen ist, eine Verarbeitung der erfassten Vielzahl von Messsignalen (55) der Vielzahl von Elektroden (33) durchzuführen und ausgewählte Messsignale (56) aus der erfassten Vielzahl von Messsignalen (55) auszuwählen und eine Verarbeitung der ausgewählten Messsignale (56) durchzuführen,- eine, der Berechnungs- und Steuerungseinheit (70) zugeordnete Datenspeicherungseinheit (71), welche ausgestaltet und dazu vorgesehen ist, aus den Messsignalen (55) ausgewählte Messsignale (56) und Vergleichsdaten (73) zu speichern und bereitzustellen,wobei zur Ermittlung der Situation, welche den axialen Versatz (76) und/ oder den Verdrehungswinkel α (77) der Elektrodenanordnung am Thorax (34) indiziert,- von der Berechnungs- und Steuerungseinheit (70) in Zusammenwirkung mit der Datenspeicherungseinheit (71) aus den Messsignalen (55) eines jeden Messumlaufs des Messzyklus diejenigen der Messsignale (55) als ausgewählte Messsignale (56) ausgewählt und gespeichert werden, welche an denjenigen, den zwei einspeisenden Elektroden (37, 37') am Thorax (34) gegenüberliegend angeordneten Elektrodenpaaren erfasst wurden,- von der Berechnungs- und Steuerungseinheit (70) in Zusammenwirkung mit der Datenspeicherungseinheit (71) in jedem Messzyklus jeweils Mittelwerte (560) der jeweils ausgewählten Messsignale (56) der jeweils den zwei einspeisenden Elektroden (37, 37') am Thorax (34) gegenüberliegend angeordneten Elektrodenpaare der jeweils ausgewählten Elektroden (36, 36') in jedem Messumlauf bestimmt und gespeichert werden,- von der Berechnungs- und Steuerungseinheit (70) in Zusammenwirkung mit der Datenspeicherungseinheit (71) für jedes Elektrodenpaar der ausgewählten Elektroden (36, 36') jeweils Verhältnismaße (W) (72) aus den ausgewählten Messsignalen (56) und den für diese ausgewählten Elektroden (36, 36') ermittelten Mittelwerten (560) als ein Signalverlauf (W1... W16) (60) bestimmt werden,- von der Berechnungs- und Steuerungseinheit (70) in Zusammenwirkung mit der Datenspeicherungseinheit (71) ein Vergleich des Signalverlauf (W1... W16) (60) mit einem Vergleichssignalverlauf (W_0) (73) durchgeführt wird, wobei der Vergleichssignalverlauf (W_0) (73) einen Signalverlauf repräsentiert, welcher sich bei einer korrekten Positionierung der Elektroden (33) ohne einen axialen Versatz (76) oder einen Verdrehungswinkel α (77) der Elektrodenanordnung am Thorax (34) ergibt,- von der Berechnungs- und Steuerungseinheit (70) auf Basis des Vergleichs der axiale Versatz (76) und/ oder der Verdrehungswinkel α (77) der Elektrodenanordnung am Thorax (34) bestimmt wird,- von der Berechnungs- und Steuerungseinheit (70) ein Steuersignal (79) erzeugt und bereitgestellt wird, welches den axialen Versatz (76) und/ oder den Verdrehungswinkel α (77) der Elektrodenanordnung am Thorax 34 indiziert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Elektro-Impedanz-Tomographie mit einer Ermittlung einer axialen Position einer, der Elektro-Impedanz-Tomographie-Vorrichtung zugeordneten Elektrodenanordnung.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung zur Elektro-Impedanz-Tomographie mit einer Ermittlung einer axialen Position einer, der Elektro-Impedanz-Tomographie-Vorrichtung zugeordneten Elektrodenanordnung.
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.
So beschreibt die US 6 236 886 B1 einen elektrischen Impedanz-Tomographen mit einer Anordnung mehrerer Elektroden, Stromeinspeisung an mindestens zwei Elektroden, 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 Blutgefäße 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 A wird ausgeführt, dass es bei der klinischen Anwendung der EIT bekannt ist, einen Satz von Elektroden bereitzustellen, welche in 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.
In der US 2013 / 0 096 425 A1 werden ein System und ein Verfahren zur Datenrekonstruktion in der Tomographie beschrieben. Das Verfahren umfasst die Auswahl eines Modellbereichs für einen EIT-Datensatz, die Bestimmung eines minimal anisotropen Fehlers in dem Modellbereich und die Korrektur des Modellbereichs. Das Verfahren führt auch eine Isotropisierung unter Verwendung des bestimmten minimal anisotropen Fehlers durch, um eine Grenzform und isotrope Leitfähigkeit für den EIT-Datensatz wiederherzustellen.
Die DE 10 2011 106 405 A1 zeigt ein EIT-Gerät mit einer Vielzahl von Elektroden, die auf einem Körper angeordnet werden können, um mit einem Rekonstruktionsalgorithmus die Impedanzverteilung des Körpers zu rekonstruieren. Eine Steuereinheit ist durch eingerichtet, aus den Messsignalen (U1,..., UM) aller Messkanäle fortlaufend mindestens je eine Eigenschaft (e1,..., eM) zu ermitteln, die Messsignale der Messkanäle anhand der Eigenschaften zu korrigieren oder den Rekonstruktionsalgorithmus anhand der Eigenschaften anzupassen.
US 2006 / 0 084 855 A1 zeigt einen Elektrodengürtel, welcher zu einer Durchführung von elektrodiagnostischen Verfahren am menschlichen Körper vorgesehen ist. Der Elektrodengürtel umfasst einen Gürtel, der zumindest teilweise aus einem elastischen Material besteht und den Körper einer Testperson umgibt. Eine Vielzahl von Elektroden ist mechanisch mit dem Gürtel verbunden und steht in flächigem Kontakt mit dem Körper der Versuchsperson. Mindestens ein Kontakt führt von den Elektroden durch den Gürtel und ist mit einem Anschlusselement verbunden, das mit je einer Leitung eines mehradrigen Kabels verbunden ist. Ein solcher Elektrodengürtel bietet deutliche Vorteile in der Handhabung bei gleichzeitig erhöhter Sicherheit vor Bewegungsartefakten.
Die Elektro-Impedanz Tomographie (EIT) hat, im Unterschied zu anderen bildgebenden radiologischen Verfahren (Röntgengeräte, radiologische Computer-Tomographen), den Vorteil, dass eine für den Patienten nachteilige Strahlungsbelastung nicht 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. Zusätzlich entfällt die Notwendigkeit der Verwendung eines Kontaktgels, das vor jeder Untersuchung aufgetragen werden muss. Die Elektro-Impedanz Tomographie (EIT) bietet damit den Vorteil, eine kontinuierliche Überwachung der Lunge zu ermöglichen, um einen Therapieverlauf eines maschinellbeatmeten oder spontan-atmenden Patienten zu beobachten und zu dokumentieren.
Mittels einer Elektrodenanordnung um den Brustkorb eines Patienten mit einem EIT-Gerät, wie sie beispielsweise aus der US 5 807 251 A bekannt ist, wird eine Impedanzmessung am Brustkorb vorgenommen und aus den Impedanzen ein Abbild der Lunge des Patienten mittels einer Umrechnung auf die Geometrie des Brustkorbs erzeugt.
Mit einer Anzahl von insgesamt beispielsweise 16 um den Brustkorb eines Patienten angebrachten Elektroden kann eine EIT-Vorrichtung in einem Umlauf von Stromeinspeisungen an jeweils zwei Elektroden und Aufnahme von Spannungs-Messwerten (EIT-Messsignalen) an den übrigen Elektroden ein Abbild der Lunge von 32 x 32 Bildpunkten erzeugen. Dabei wird an den 16 Elektroden eine Anzahl von 208 Impedanz-Messwerten an den Elektroden erfasst. Aus diesen 208 Impedanz-Messwerten ergibt sich dann mit der EIT-Bild-Rekonstruktion eine Menge von 1024 Bildpunkten.
Die Elektroden sind zur Durchführung der Elektro-Impedanz Tomographie (EIT) in einer horizontalen Anordnung rund um den Thorax eines Lebewesens herum und einen Bereich der Lunge des Lebewesens umfassend angeordnet. Das ergibt eine Lage in der Ebene der Elektrodenanordnung, welche als eine thorakal- axiale Position der Elektrodenanordnung am Umfang der Transversalebene des Körpers bezeichnet werden kann.
Bei Verwendung eines Elektrodengürtels als Elektrodenanordnung, in oder an welchem die Elektroden an festen Positionen mit definiertem Abstand zueinander angeordnet und gehalten sind, sind die Möglichkeiten für Abweichungen in der vertikalen Position zwischen benachbarten Elektroden zueinander am Brustkorb vergleichsweise gering. Damit spielt bei der Positionierung des Elektrodengürtels am Brustkorb ein vertikaler Versatz bei der Bildrekonstruktion, bei welcher ein horizontales Schnittbild durch den Brustkorb, als sogenannte dorsale Ansicht, ermittelt wird, eine vergleichsweise geringe Rolle. Das horizontale Schnittbild wird dabei nur um wenige Grad geneigt abgebildet. Zudem ergeben sich bei der elektrischen Einspeisung an den Elektroden nicht nur elektrische Felder in der Schnittebene selbst, sondern auch in Bereiche oberhalb und unterhalb von ungefähr 5 bis 10 Zentimetern der Schnittebene, welche in jedem Fall dann mit in die Impedanzmessungen einfließen. Daher ist im Tidalbild die nur in geringem Maß mögliche Neigung des Elektrodengürtels als Effekt so gut wie nicht wahrnehmbar. Außerdem kann eine vergleichsweise reproduzierbare und repräsentative horizontale Lage des Elektroden Gürtels in der Anwendung durch eine Orientierung an den Rippenbögen erreicht werden, so dass mögliche Fehler bei der horizontalen Anbringung des Elektrodengürtels am Brustkorb eher selten vorkommen.
Im Unterschied dazu ist die horizontale Position der Elektroden dahingehend von Bedeutung, dass für der Erzeugung der dorsalen Ansicht die physiologisch erwartete, von der idealen runden Kreis-bzw. Zylinderform abweichende, nahezu elliptische Geometrie des Brustkorbs dahingehend von Bedeutung ist, dass für eine Einbeziehung der elliptischen Form in die Bildrekonstruktion Informationen darüber erforderlich sind, an welcher Position, also vorn (Brustbein), seitlich (Rippenbögen) oder hinten (Wirbelsäule) welche Elektrode am Brustkorb angebracht ist. Verschiedene Arten von Lebewesen, welchen gemein ist, dass bei ihnen ein Gasaustausch mit Hilfe einer Lungenatmung geschieht, weisen jeweils für sich typische Umfangsformen in der die Lunge umgebenden Körperstruktur (Muskulatur, Skelett, Organe, Körpergewebe, Haut) auf. Eine Abweichung der Form des Brustkorbs von einer idealen kreisrunden Form ist beispielsweise bei menschlichen Lebewesen dahingehend prinzipiell gegeben, dass die typische Umfangsform im Regelfall eher elliptisch als kreisrund ausgeprägt ist. Bei anderen Lebewesen, wie Pferden, Hunden, Schweinen Nagetieren oder Vögeln ergeben sich je nach Tierart andere typische Ausprägungen der Umfangsformen. Insofern ist der Gedanke der vorliegenden Erfindung mit der Vorrichtung zur Elektro-Impedanz-Tomographie mit einer Ermittlung einer Position einer, der Elektro-Impedanz-Tomographie-Vorrichtung zugeordneten Elektrodenanordnung nicht nur für die Anwendung der Elektro-Impedanz-Tomographie bei menschlichen Lebewesen, sondern auch auf eine weite Artenvielfalt der Tierwelt übertragbar. Bei menschlichen Lebewesen weist insbesondere der Bereich der bei der Elektro-Impedanz Tomographie (EIT) zum Einsatz kommenden Elektrodenebene, also der Ebene im horizontalen Schnitt durch den Thorax ungefähr im Bereich des dritten, vierten, fünften Rippenbogens, wie auch des fünften, sechsten, siebten Brustwirbels eine im Wesentlichen elliptische Umfangsform (Ellipsoid) im Bereich des Oberkörpers und des Brustkorbs auf. Neben der geometrischen Form mit einem anatomisch vorgegebenen elliptischen Ausgestaltungsbereich, gibt es weitere charakteristische Merkmale, welche Einfluss auf die mittels EIT gemessene Impedanz, Impedanzunterschiede und die Impedanzverteilung hat und sich bei der Bildrekonstruktion zur Darstellung der Belüftung der Lunge in einer Transversalansicht auswirken, bzw. bei der mathematisch- algorithmisch angewendeten Art und Weise der Bildrekonstruktion eine Berücksichtigung finden. So sind neben der Lunge, mit im Rhythmus des Herzschlags durchbluteten und im Rhythmus des Atemzyklus belüfteten Bereichen, dem Herzen, mit im Wesentlichen im Rhythmus des Herzschlags, jedoch gleichsam dauerhaft gleichartig durchbluteten Bereichen, in dieser Elektrodenebene zudem Elemente des Skeletts, im vorderseitigen Bereich des Oberkörpers das Brustbein und im rückseitigen Bereich die Wirbelsäule angeordnet, deren Impedanzen beide unbeeinflusst von Durchblutung und Atemzyklus sind. Sowohl das Brustbein, als auch insbesondere die Wirbelsäule weisen vielmehr eine von diesen und übrigen Bereichen (Herz, Haut, Lunge, Gewebe) in der Elektrodenebene abweichende und im Wesentlichen konstante Impedanz auf.
Mittels der sogenannten Exzentrizität lässt sich eine Ellipse als eine geschlossene ovale Form als Abweichung zu einer kreisrunden Form als dimensionslose Zahl beschreiben.
Die Exzentrizität beschreibt dabei das Verhältnis der beiden senkrecht zueinander stehenden Halbachsen. Im Falle eines Kreis sind beide Halbachsen von identischer Länge, eine Ellipse ist durch eine kürzere Halbachse und eine, - im Vergleich zur kürzeren Halbachse,- längere Halbachse von unterschiedlichen Längen definiert. Es ergeben sich bedingt durch die elliptische Form und je nach deren Exzentrizität unterschiedliche Abstände zwischen einspeisenden Elektroden und gegenüberliegend messenden Elektroden, abhängig davon, ob entlang der Frontalebene des menschlichen Körpers die Einspeisung am vorderseitigen Bereich mit Messung am rückseitigen Bereich, bzw. Einspeisung am rückseitigen Bereich mit Messung am vorderseitigen Bereiche erfolgt oder, ob entlang der Querachse des menschlichen Körpers die Einspeisung an der linken Körperseite mit Messung an der rechten Körperseite, bzw. die Einspeisung an der rechten Körperseite mit Messung an der linken Körperseite erfolgt. Die beiden Konstellationen von Einspeisungen/ Messungen jeweils gegenüberliegend an linker/ rechter Körperseite stellen bei der elliptischen Umfangsform des menschlichen Körpers Einspeisungen/ Messungen an der längeren Halbachse dar und die beiden Konstellationen von Einspeisungen/ Messungen jeweils gegenüberliegend an Körpervorderseite/ Körperrückseite stellen bei der elliptischen Umfangsform des menschlichen Körpers Einspeisungen/ Messungen an der kürzeren Halbachse dar. Lediglich bei einem kreisrunden Umfang, wie beispielsweise bei einem Schwein, wirken sich die Form und die daraus resultierenden Unterschiede in den Abständen zwischen einspeisenden und gegenüberliegend messenden Elektroden nicht aus. In diesem Fall bewirken jedoch zumindest die Elemente des Skeletts oder der Organe noch Unterschiede in den Impedanzen zwischen einspeisenden Elektroden und gegenüberliegend messenden Elektroden.
Ein praxisnahes Beispiel soll den Einfluss verdeutlichen, wie sich eine axiale Verdrehung eines in horizontaler Position angebrachten Elektrodengürtels auswirkt.
Ein seitlicher, bzw. axialer Versatz des Elektrodengürtels mit einer Anzahl von 16 Elektroden in der horizontalen Ausrichtung um den Brustkorb um einen Abstand einer Elektrode ergibt bei einem Patienten mit einem durchschnittlichen Durchmesser des Brustkorbs von 0,80 m eines Menschen einen Unterschied von der vorgegebenen und erwarteten Ausrichtung von ungefähr 0,05 m, entsprechend einem Verdrehungswinkel von 22,5°. Bei einer Anzahl von 32 Elektroden reduziert sich der Unterschied entsprechend auf ungefähr 0,025 m, entsprechend einem Verdrehungswinkel von 12,25°.
In der WO 2015 / 048 917 A1 ist ein System zur elektrischen Impedanztomographie gezeigt. Das EIT-System ist geeignet, elektrische Eigenschaften einer Lunge eines Patienten als Impedanzen zu erfassen. Dazu werden mittels Spannungs-oder Stromeinspeisung zwischen zwei oder mehr Elektroden und einer Signalerfassung an einer Elektrodenanordnung Impedanzwerte bzw. Impedanzänderungen der Lunge erfasst und mittels Datenverarbeitung weiter verarbeitet. Die Datenverarbeitung umfasst einen Rekonstruktionsalgorithmus mit einem Datenprozessor, um die elektrischen Eigenschaften aus den Impedanzen zu ermitteln und zu rekonstruieren. Bei der Rekonstruktion der elektrischen Eigenschaften aus den erfassten Messdaten wird ein anatomisches Modell aus einer Vielzahl von anatomischen Modellen auf Basis biometrischer Daten des Patienten ausgewählt und die Rekonstruktion der EIT-Bilddaten auf Basis des anatomischen Modells bzw. der biometrischen Daten angepasst. Diese Anpassung erfordert, dass vom Anwender biometrische Daten in das System eingegeben werden. Unter biometrischen Daten sind dabei Alter, Geschlecht, Größe wie auch ein Brustkorbumfang des Patienten einzugeben. Das bedeutet, dass vor Beginn der Messung mit dem Elektroimpedanz-Tomographiesystem Randbedingungen durch den Anwender einzugeben sind, um ein geeignetes Rekonstruktionsmodell, welches auf einem gewählten anatomischen Modell basiert, auswählen und anwenden zu können.
Für den Betrieb von Elektroimpedanz-Tomographiesystemen ist es in vielen Anwendungssituationen nicht unbedingt vorteilhaft, vor Beginn der Anwendung eine Vielzahl von Patientendaten messen oder erfassen und eingeben zu müssen. Insbesondere das Erfordernis von Daten, welche sich auf die Eigenschaften des Körpers wie Thorax-Umfang, Größe und Gewicht beziehen, setzt voraus, dass die in dem Gerät hinterlegten anatomischen Modelle auch für eine Vielzahl von Patienten anwendbar sind.
Daneben wird durch die WO 2015 / 048 917 A1 das Problem, wie der Elektrodengürtel am Körper angelegt bzw. positioniert ist, nicht adressiert. Auch durch eine Eingabe von biometrischen Daten des Patienten ist es nicht möglich, eine horizontale Lage des Gürtels, wie auch insbesondere nicht eine axiale Verdrehung oder Verschiebung um die senkrechte Körperachse (longitudinale bzw. sagittale oder frontale Körperebene) zu bestimmen. Damit verbleibt die korrekte Positionierung des Elektrodengürtels, trotz der Anwendung anatomischer Modelle und Berücksichtigung biometrischer Daten in der Verantwortung des Anwenders.
Die vorliegende Erfindung hat sich in Kenntnis der zuvor beschriebenen Nachteile des bekannten Standes der Technik zur Aufgabe gestellt, eine, zu einer Bildgebung der Lunge geeignete Vorrichtung zur Elektro-Impedanz-Tomographie (EIT) mit einer, der Elektro-Impedanz-Tomographie-Vorrichtung zugeordneten Elektrodenanordnung anzugeben, die es ermöglicht, einen axialen Versatz der Elektrodenanordnung oder eine axiale Verdrehung α der Elektrodenanordnung zu bestimmen.
Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine, zu einer Bildgebung der Lunge geeignete Vorrichtung zur Elektro-Impedanz-Tomographie (EIT) mit einer, der Elektro-Impedanz-Tomographie-Vorrichtung zugeordneten Elektrodenanordnung anzugeben, die es ermöglicht, den seitlichen Versatz einzelner Elektroden der Elektrodenanordnung oder die axiale Verdrehung α der Elektrodenanordnung bei einer Ermittlung und Bildgebung eines Tidalbildes der Lunge zu berücksichtigen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zu einem Betrieb einer zu einer Bildgebung der Lunge geeigneten Vorrichtung zur Elektro-Impedanz-Tomographie (EIT) anzugeben, welches eine Ermittlung eines axialen Versatzes der Elektrodenanordnung oder eine axiale Verdrehung α der Elektrodenanordnung ermöglicht.
Diese und weitere Aufgaben werden durch die beiliegenden, unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und werden in der folgenden Beschreibung unter teilweiser Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.
Des Weiteren kann das Verfahren auch als Computerprogramm oder Computerprogrammprodukt bereitgestellt werden, so dass sich der Schutzumfang der vorliegenden Anmeldung ebenfalls auf das Computerprogrammprodukt und das Computerprogramm erstrecken.
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.
Unter EIT-Messsignalen sind im Sinne der vorliegenden Erfindung folgende 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 Messumlauf wird im Sinne der vorliegenden Erfindung eine SignalEinspeisung 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.
Unter einem Messzyklus wird im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Abfolge von Einspeisungen an mehreren Einspeise-Elektrodenpaaren mit jeweils einem zugehörigen Messumlauf an den übrigen Elektroden verstanden. Ein solcher Messzyklus wird dabei typischer Weise bei einer Verarbeitung von EIT-Daten als ein sogenannter „Frame“ oder „Time-Frame“ bezeichnet.
Bei einem EIT-System mit einer Anzahl von 16 Elektroden mit Verwendung eines benachbarten Datenerfassungsmodus ergibt sich in einem Messzyklus, d.h. in einem „Time-Frame“ eine Anzahl von 208 Messsignalen.
Ein Messumlauf als ein Teil des Messzyklus wird dementsprechend typischer Weise als ein „Partial-Frame“ bei der Verarbeitung von EIT-Daten bezeichnet. Bei einem EIT-System mit einer Anzahl von 16 Elektroden mit Verwendung eines benachbarten Datenerfassungsmodus ergibt sich in einem Messumlauf, d.h. in einem „Partial-Frame“ eine Anzahl von 13 Messsignalen.
Die Verwendung des benachbarten Datenerfassungsmodus besagt, dass in einem Messumlauf die bei Einspeisung an zwei benachbart positionierten Elektroden als Einspeise-Elektrodenpaar 13 Messsignale von jeweils zwei benachbart positionierten Elektroden als Mess-Elektrodenpaar erfasst werden und in einem Messzyklus mit Rotation des Einspeise-Elektrodenpaares sich mit den 16 Messzyklen für jedes Mess-Elektrodenpaar dann 16 Messsignale ergeben.
Unter einem EIT- Messkanal wird im Sinne der vorliegenden Erfindung eine eindeutige Zuordnung oder Konstellation von jeweils zwei signaleinspeisenden Elektroden und von den zwei signaleinspeisenden Elektroden verschiedenen zwei signalerfassenden Elektroden aus einer Vielzahl von Elektroden verstanden. Die Vielzahl von Elektroden wird als Bestandteil der Vorrichtung zur Elektro-Impedanz-Tomographie durch eine Elektrodenanordnung, beispielsweise ausgeführt als ein um den Thorax eines Patienten angebrachter Elektrodengürtel mit einer bestimmten Anzahl von Elektroden ausgeführt. Beispielhafte Anzahlen von Elektroden im Elektrodengürtel sind 16, 32 oder 64 Elektroden. Es ergibt sich eine Vielzahl von EIT-Messkanälen, welche unterschiedliche Zuordnungen oder Konstellationen von einerseits einspeisenden und andererseits davon verschiedenen messenden Elektroden umfassen. Die EIT-Messkanäle werden vorzugsweise in Form einer Index-basierten Weise adressiert und die auf den EIT-Messkanälen erfassten Daten werden vorzugsweise in Form von indizierten Vektoren, indizierten Datenfeldern oder indizierten Matrizen adressiert, gespeichert und zur weiteren Verarbeitung (Vektor-Operationen, Matrix-Operationen) bereitgehalten. Bei einem EIT-System mit einer Anzahl von 16 Elektroden mit Verwendung eines benachbarten Datenerfassungsmodus ergeben sich 208 EIT-Messkanäle, wobei ein Messkanal jeweils als eine eindeutige Zuordnung eines Einspeise-Elektrodenpaares und eines Mess-Elektrodenpaares definiert ist. im benachbarten Datenerfassungsmodus werden jeweils zwei benachbarte Elektroden der Vielzahl von Elektroden zur Einspeisung genutzt und benachbarte zwei der übrigen Elektroden aus der Vielzahl von Elektroden zur Signalerfassung genutzt.
Gemäß eines ersten Aspektes der Erfindung wird eine erfindungsgemäße Vorrichtung bereitgestellt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Elektro-Impedanz-Tomographie zu einer Ermittlung einer Situation, welche einen axialen Versatz und/ oder einen Verdrehungswinkel α einer, der Vorrichtung zur Elektro-Impedanz-Tomographie zugeordneten und am Thorax eines Patienten horizontal angeordneten Elektrodenanordnung, indiziert, weist

- eine Elektrodenanordnung
- eine Signaleinspeisungs- Einheit
- eine Signalerfassungs- Einheit
- eine Berechnungs- und Steuerungseinheit

Die Elektrodenanordnung weist eine Vielzahl von Elektroden auf, welche zueinander beabstandet am Körperumfang im Bereich des Thorax eines Lebewesens angeordnet sind. Die Elektrodenanordnung ist an oder um den Thorax eines Patienten horizontal angeordnet. Mindestens zwei der Elektroden der Elektrodenanordnung sind zu einer Einspeisung eines Wechselstromes oder einer Wechselspannung ausgebildet, mindestens zwei der übrigen Elektroden der Elektrodenanordnung sind zu einer Erfassung von Messsignalen ausgebildet.
Die Signaleinspeisungs- Einheit ist ausgestaltet und dazu vorgesehen, in einem jedem Messumlauf eines Messzyklus ein elektrisches Einspeisesignal an jeweils zwei zyklisch und in einem Messzyklus variierend einspeisenden Elektroden einzuspeisen. Vorzugsweise erfolgt eine Einspeisung eines Wechselstromes an den einspeisenden Elektroden.
Die Signalerfassungs- Einheit ist ausgestaltet und dazu vorgesehen, eine Vielzahl von Messsignalen der Vielzahl von Elektroden in jedem der Messumläufe des Messzyklus zu erfassen und der Berechnungs- und Steuerungseinheit, wie auch einer Datenspeicherungseinheit als EIT- Messkanäle zu einer weiteren Verarbeitung bereitzustellen. Bei der vorzugsweisen Einspeisung des Wechselstromes an den einspeisenden Elektroden ergeben sich Spannungssignale als Messsignale jeweils an Elektrodenpaaren an der Vielzahl von Elektroden.
Die Berechnungs- und Steuerungseinheit ist zu einer Durchführung einer Verarbeitung der erfassten Vielzahl von Messsignalen der Vielzahl von Elektroden in jedem der Messumläufe des Messzyklus ausgebildet und vorgesehen. Die Berechnungs- und Steuerungseinheit ist weiterhin zu einer Auswahl von ausgewählten Messsignalen als ausgewählte EIT- Messkanäle aus der erfassten Vielzahl von Messsignalen (EIT-Messkanäle) und zu einer Durchführung einer Verarbeitung der ausgewählten Messsignale ausgestaltet und vorgesehen. Der Berechnungs- und Steuerungseinheit ist die Datenspeicherungseinheit zugeordnet, welche ausgestaltet und dazu vorgesehen ist, EIT-Messkanäle, Messsignale, aus den Messsignalen ausgewählte Messsignale und Vergleichsdaten zu speichern und zu einer weiteren Verarbeitung, Adressierung, vorzugsweise organisiert in Vektoren, Datenfeldern (Matrizen) bereitzustellen. Die Berechnungs- und Steuerungseinheit ist ferner zu einer Koordination der Datenspeicherungseinheit, der Signaleinspeisungs- Einheit und der Signalerfassungs- Einheit ausgebildet. Diese Koordination geschieht derart, dass über die Vielzahl n von Elektroden (E₁ ...E_n) innerhalb jedes Messumlaufs die Paare der Signal- erfassenden Elektroden von der Berechnungs- und Steuerungseinheit rotiert wird und in jedem Messzyklus das Paar der Signal- einspeisenden Elektroden um den Thorax rotiert wird, so dass sich bei einer Anzahl von n Elektroden in einem Messumlauf (Partial- Frame) für jedes Einspeisepaar eine Anzahl von n-3 Messsignalen ergibt und sich insgesamt in einem Messzyklus (Time- Frame) eine Anzahl von n* (n-3) Messsignalen ergibt. Die Berechnungs- und Steuerungseinheit ist vorzugsweise und beispielsweise als eine zentrale Recheneinheit (CPU, µP) oder Anordnung einzelner oder mehrerer Microcontroller (µC) ausgebildet.
Die Berechnungs- und Steuerungseinheit ist erfindungsgemäß ausgebildet, mit Hilfe von ausgewählten Messsignalen, welche von einer Auswahl von, den zwei einspeisenden Elektroden gegenüberliegenden Elektroden gewonnen werden, eine Situation, welche einen axialen Versatz und/ oder einen Verdrehungswinkel α der Elektrodenanordnung am Thorax indiziert, zu ermitteln und ein Steuersignal, welches die Situation des axialen Versatzes und/ oder des Verdrehungswinkels α der Elektrodenanordnung am Thorax indiziert, zu ermitteln und bereitzustellen.
Diese von, jeweils den jeweils zwei einspeisenden Elektroden gegenüberliegenden Elektroden gewonnenen ausgewählten Messsignale stellen damit sogenannte gegenüberliegende EIT- Messkanäle dar, auf denen die Ermittlung des axialen Versatzes und/ oder des Verdrehungswinkels α der Elektrodenanordnung am Thorax basiert.
Die Ermittlung der Situation, welche den axialen Versatzes und/ oder den Verdrehungswinkel α der Elektrodenanordnung am Thorax indiziert, erfolgt dadurch, dass

- von der Berechnungs- und Steuerungseinheit in Zusammenwirkung mit der Datenspeicherungseinheit aus den Messsignalen eines jeden Messumlaufs des Messzyklus als ausgewählte Messsignale ausgewählt und gespeichert werden, welche an denjenigen, den zwei einspeisenden Elektroden am Thorax gegenüberliegend angeordneten Elektrodenpaaren erfasst wurden,
- von der Berechnungs- und Steuerungseinheit in Zusammenwirkung mit der Datenspeicherungseinheit in jedem Messzyklus jeweils Mittelwerte der jeweils ausgewählten Messsignale der jeweils den zwei einspeisenden Elektroden am Thorax gegenüberliegend angeordneten Elektrodenpaare der jeweils ausgewählten Elektroden in jedem Messumlauf bestimmt und gespeichert werden,
- von der Berechnungs- und Steuerungseinheit in Zusammenwirkung mit der Datenspeicherungseinheit für jedes Elektrodenpaar der ausgewählten Elektroden jeweils Verhältnismaße (W) aus den ausgewählten Messsignalen und den für diese ausgewählten Elektroden ermittelten Mittelwerten als ein Signalverlauf (W1... W16) bestimmt werden,
- von der Berechnungs- und Steuerungseinheit in Zusammenwirkung mit der Datenspeicherungseinheit ein Vergleich des Signalverlaufs (W1... W16) mit einem Vergleichssignalverlauf (W_0) durchgeführt wird, wobei der Vergleichssignalverlauf (W_0) einen Signalverlauf repräsentiert, welcher sich bei einer korrekten Positionierung der Elektroden ohne einen axialen Versatz oder einen Verdrehungswinkel α der Elektrodenanordnung am Thorax ergibt,
- von der Berechnungs- und Steuerungseinheit auf Basis des Vergleichs der axiale Versatz und/ oder der Verdrehungswinkel α der Elektrodenanordnung am Thorax ermittelt wird,
- von der Berechnungs- und Steuerungseinheit ein Steuersignal erzeugt und bereitgestellt wird, welches den axialen Versatz und/ oder den Verdrehungswinkel α der Elektrodenanordnung am Thorax indiziert.

Die Ermittlung der Mittelwerte auf Basis der Anzahl der ausgewählten Messsignale der, den einspeisenden Elektroden gegenüberliegenden Elektroden in einem mehrere Messumlauf kann dabei als arithmetische, geometrische oder quadratische Mittelwertbildung erfolgen, wie auch als ein nichtlineare Mittelung, beispielsweise als eine Median- Filterung in Form eines „1 aus 3- Filters“ oder „1 aus 5- Filters“ erfolgen.
Der Vergleichssignalverlauf (W_0) repräsentiert einen Signalverlauf, welcher sich bei einer korrekten Positionierung der Elektroden ohne axialen Versatz oder einen Verdrehungswinkel α der Elektrodenanordnung am Thorax ergibt. Dieser Vergleichssignalverlauf (W_0) kann sowohl auf Basis von Messversuchen an Probanden mit verschiedenen Positionierungen der Elektroden am Thorax, wie auch auf Basis von theoretischen Überlegungen und/oder Simulationsrechnungen gewonnen werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung zur Elektro-Impedanz-Tomographie ist die Berechnungs- und Steuerungseinheit,- neben der Koordination der Signaleinspeisungs- Einheit, der Signalerfassungs- Einheit, der Datenspeicherungseinheit,- zu einer Koordination mit einer in oder an der Vorrichtung zur Elektro-Impedanz-Tomographie angeordneten oder der Vorrichtung zur Elektro-Impedanz-Tomographie zugeordneten Ausgabeeinheit ausgebildet.
Die Ausgabeeinheit ist für eine grafische, bildliche, visuelle oder numerische Ausgabe von Daten und/ oder Informationen der Berechnungs- und Steuerungseinheit, wie von, aus den erfassten Messsignalen von der Berechnungs- und Steuerungseinheit ermittelten Impedanzen, Impedanzänderungen oder Impedanzverteilungen im Bereich des Thorax mittels des von der Berechnungs- und Steuerungseinheit erzeugten bereitgestellten Steuersignals ausgestaltet und vorgesehen. Die Ausgabeeinheit kann beispielsweise als eine Anzeigeeinrichtung (Bildschirm, Monitor, Datensichtgerät) oder auch als eine Grafik- Schnittstelle (HDMI, VGA, PAL) ausgestaltet sein, um andere Arten von Datensichtgeräten (Smart- Phones, Tablet- PCs, Laptop- PCs) ortsnah (LON, LAN, WLAN, Feldbus, Profi- BUS, CAN, POWERLINK) oder Orts fern (Profi-NET, LAN), direkt (USB, RS232) oder indirekt (Netzwerk, ETHERNET, Intranet, Internet), drahtlos (WLAN, Bluetooth) oder drahtgebunden (LAN) ausgebildet sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung zur Elektro-Impedanz-Tomographie werden von der Berechnungs- und Steuerungseinheit in Zusammenwirkung mit der Signaleinspeisungs- Einheit jeweils in jedem Messumlauf des Messzyklus den zwei einspeisenden Elektroden gegenüberliegende zwei direkt benachbarte Elektroden als jeweilige Elektrodenpaare zur Erfassung der ausgewählten Messsignale gewählt. Eine solche Art der Durchführung der Elektro-Impedanz-Tomographie wird als ein sogenannter „benachbarter Datenerfassungsmodus“ bezeichnet. Dabei wird in regelmäßiger Weise ein Gesamtbild der Impedanzverteilung am gesamten Thorax gewonnen, da Messsignale sämtlicher Elektroden nacheinander im Messumlauf aller Messzyklen den jeweiligen Anteil an Information zum Gesamtbild beitragen. Ein Springen mit einem Überspringen oder Auslassen einzelner Elektroden in der Signaleinspeisung oder in der Signalerfassung findet im sogenannten „benachbarten Datenerfassungsmodus“ nur in Situationen statt, in denen einzelne Elektroden als fehlerhaft (Fault- Electrode) identifiziert wurden. Weiterhin findet in dem in einem solchen sogenannten „benachbarten Datenerfassungsmodus“ die Variation der Signaleinspeisung derart statt, dass in einem Messzyklus jede der zwei einspeisenden Elektroden höchstens zweimal an der Einspeisung im Messzyklus beteiligt ist und in einem Messumlauf jede der ausgewählten Elektroden höchstens zweimal bei der Erfassung der ausgewählten Messsignale berücksichtigt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung zur Elektro-Impedanz-Tomographie wendet die Berechnungs- und Steuerungseinheit bei der Bestimmung der Verhältnismaße (W) aus den ausgewählten Messsignalen und den für diese ausgewählten Elektroden ermittelten Mittelwerten eine Skalierung an. Die angewendete Skalierung bewirkt eine Verstärkung oder Hervorhebung eines Signalunterschiedes zwischen den ausgewählten Messsignalen und den ermittelten Mittelwerten.
Eine praxistaugliche Möglichkeit bei der Verarbeitung der Messsignale durch die Berechnungs- uns Steuerungseinheit um den Signalunterschied bei der Bestimmung der Verhältnismaße (W), d.h. des Quotienten aus den ausgewählten Messsignalen und den für diese ausgewählten Elektroden ermittelten Mittelwerten mittels Skalierung hervorzuheben oder zu verstärken ist die Einbeziehung einer mathematischen Funktion auf das Verhältnismaß (W), wie beispielsweise des Logarithmus (Ig, In, log₂).
In einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung zur Elektro-Impedanz-Tomographie wendet die Berechnungs- und Steuerungseinheit bei der Bestimmung der Verhältnismaße (W) eine logarithmische Skalierung, vorzugsweise in einer einen Signalunterschied verstärkenden Weise, vorzugsweise
in logarithmischer Skalierung zur Basis 10 $(W = l g (\frac{U_{56 x}}{{\bar{U}}_{56}})),$

in logarithmischer Skalierung zur Basis e $(W = l n (\frac{U_{56 x}}{{\bar{U}}_{56}}))$
oder in
logarithmischer Skalierung zur Basis 2 $(W = l o g_{2} (\frac{U_{56 x}}{{\bar{U}}_{56}}))$
an.
Auf diese Weise wird in den Signalverläufen (W1... W16) die Form des Signalverlaufs hervorgehoben, es ergeben sich dadurch prägnante Formen der Signalverläufe (W1... W16) der zu der Vielzahl Elektroden zugehörigen Verhältnismaße (W). Es ergibt sich eine sogenannte „W- Form“, welche den Unterschied in der Ausbreitung der eingespeisten Signale am Thorax dahingehend verdeutlicht, an welchem Ort der elliptischen Umfangsform (längere Halbachse / kürzere Halbachse der Ellipse) die Signaleinspeisung an der kürzeren Halbachse der elliptischen Umfangsform am Thorax, also der sogenannten Frontalachse (Brustbein- Wirbelsäule) der Ebene der Anordnung der Vielzahl der Elektroden oder an der längeren Halbachse der elliptischen Umfangsform am Thorax, also der sogenannten Querachse (linke Seiterechte Seite) der Ebene der Anordnung der Vielzahl der Elektroden jeweils stattgefunden hat.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung zur Elektro-Impedanz-Tomographie werden von der Berechnungs- und Steuerungseinheit als ausgewählte Elektroden zur Erfassung der ausgewählten Messsignale eine Anzahl drei, vier, fünf oder mehr als sechs Elektroden der den zwei einspeisenden Elektroden gegenüberliegenden Elektroden ausgewählt. Die Anzahl der von der Berechnungs- und Steuerungseinheit und den einspeisenden Elektroden gegenüberliegenden ausgewählten Elektroden zur Erfassung der ausgewählten Messsignale ist bei einer Unterschiedlichen Anzahl (8, 12, 16, 32, 64) der am Thorax angeordneten Vielzahl von Elektroden unterschiedlich zu wählen. So ist beispielsweise bei einer Anzahl von sechzehn Elektroden eine Auswahl von vier, fünf oder sechs gegenüberliegenden Elektroden zu einer wirksamen Bildung der Verhältnismaße (W) mit Hervorhebung der prägnanten „W- Form“ vorteilhaft. Für eine Anzahl von acht Elektroden kann eine Auswahl von zwei bis vier, beispielsweise drei gegenüberliegenden Elektroden zu einer Bildung der Verhältnismaße (W) vorteilhaft sein, für eine Anzahl von 32 Elektroden kann eine Auswahl von mehr als sechs, beispielsweise acht bis zwölf gegenüberliegenden Elektroden zu einer Bildung der Verhältnismaße (W) vorteilhaft sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung zur Elektro-Impedanz-Tomographie werden von der Berechnungs- und Steuerungseinheit ausgewählte Messsignale jeweils aus Mittelwerten der ausgewählten Messsignale mehrerer Messzyklen bestimmt. Die Einbeziehung mehrerer Messzyklen zur Bildung der Mittelwert ergibt Vorteile hinsichtlich der Reduzierung von Einflüssen von den Messsignalen überlagerten Störungen. Dadurch kann beispielsweise erreicht werden, dass die ermittelte prägnante „W- Form“ der Signalverläufe (W1 ...W16) ausgeprägt und weitgehend frei von Verzerrungen der „W- Form“ ist und somit der Vergleich mit der Vergleichssignalform (W_0) mit großer Eindeutigkeit des Vergleichsergebnisses möglich ist. Die Mittelwertbildung der ausgewählten Messsignale der, den einspeisenden Elektroden gegenüberliegenden Elektroden über mehrere Messzyklen kann dabei als arithmetische, geometrische oder quadratische Mittelwertbildung erfolgen, wie auch als ein nichtlineare Mittelung, beispielsweise als eine Median-Filterung in Form eines „1 aus 3- Filters“ oder „1 aus 5- Filters“ erfolgen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung zur Elektro-Impedanz-Tomographie ist die Berechnungs- und Steuerungseinheit ausgebildet, mittels eines Algorithmus zur Bildrekonstruktion Impedanzwerte und/oder Impedanzänderungen oder Impedanzverteilungen im Thorax in der Ebene der Elektroden am Thorax auf Basis der von der Signalerfassungs- Einheit bereitgestellten Vielzahl an Messwerten zu berechnen und ein Tidalbild auf Basis der berechneten Impedanzwerte und/oder Impedanzänderungen und/ oder Impedanzverteilungen im Thorax in der Ebene der Elektroden am Thorax und auf Basis des bestimmten axialen Versatzes und/ oder des Verdrehungswinkels α zu ermitteln und in das Steuersignal einzubeziehen und das Steuersignal für die Ausgabeeinheit bereitzustellen. Dies ermöglicht, den ermittelten bestimmten axialen Versatzes und/ oder den Verdrehungswinkels α durch eine Anpassung oder Verschiebung von Indizes bei der Adressierung von indizierten Vektoren, indizierten Datenfeldern oder indizierten Matrizen in den EIT- Messkanälen mit den zugehörigen Impedanzwerten bei der Bildrekonstruktion für die Erstellung des Tidalbildes aus den EIT- Messkanälen zu eliminieren.
Damit ergeben sich um den axialen Versatz und/ oder den Verdrehungswinkel α korrigierte und verbesserte Tidalbilder mit der Elektro-Impedanz-Tomographie, welche in jedem auf einer realen Anordnung der Elektroden am Thorax basieren, ohne, dass die reale Anordnung der Elektroden am Thorax durch den Anwender exakt mit einer idealen, typischen Anordnung der Elektroden am Thorax übereinstimmen muss.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist die Ausgabeeinheit zu einer Ausgabe und/ oder Bereitstellung des bestimmten axialen Versatzes und/ oder des Verdrehungswinkel α auf Basis des bereitgestellten Steuersignals ausgebildet. Die Ausgabe und/ oder Bereitstellung erfolgt vorzugsweise in einer numerischen Art und Weise, beispielsweise als ein skalarer Wert, welcher den Versatz am Umfang des Thorax oder den Verdrehungswinkel α der Elektrodenanordnung am Thorax repräsentiert.
Die Berechnungs- und Steuerungseinheit kann als eine zentrale Einheit in der Vorrichtung zur Elektro-Impedanz-Tomographie ausgestaltet sein, welche sowohl die Erfassung und Analyse der Messsignale koordiniert oder durchführt und die Ermittlung und Bereitstellung des Steuersignals wie auch die Berücksichtigung des Steuersignals bei der Ausgabe des korrigierten Tidalbildes initiiert. Es kann aber auch eine Ausgestaltung der Berechnungs- und Steuerungseinheit vorteilhat sein, in welcher anstatt einer zentralen Einheit mehrere verteilte Einheiten zur Erfassung, Analyse und Ermittlung und Bereitstellung des Steuersignals zusammenwirken, beispielsweise in einer Art des sogenannten cloud-computing. Ein möglicher Vorteil daraus kann damit erzielt werden, dass die Korrektur des Tidalbildes und dessen Bereitstellung an einem anderen Ort erfolgen kann als der Ort, an dem die Messsignale erfasst werden.
Sämtliche der zu der beschriebenen Vorrichtung erzielbaren Vorteile sind in gleicher oder ähnlicher Weise mit dem, als weiteren Aspekt der Erfindung beschriebenen Verfahren zum Betrieb einer Anordnung zur Elektro- Impedanz- Tomographie zu erzielen.
Gemäß des weiteren Aspektes der Erfindung wird in einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb einer Anordnung zur Elektro- Impedanz- Tomographie eine Ermittlung eines axialen Versatzes und/ oder eines Verdrehungswinkels α am Thorax eines Patienten angeordneten Elektrodenanordnung mit einer Vielzahl von Elektroden durchgeführt.
Dies Verfahren zum Betrieb der Anordnung zur Elektro- Impedanz- Tomographie gliedert sich in eine Schrittabfolge mit den folgenden Schritten:

In einem ersten Schritt wird in einem jedem Messumlauf eines Messzyklus ein elektrisches Einspeisesignal an jeweils zwei zyklisch und in einem Messzyklus variierend einspeisenden Elektroden eingespeist.

In einem zweiten Schritt werden in einem jedem Messumlauf eines Messzyklus jeweils an, den jeweils einspeisenden Elektroden am Thorax gegenüberliegenden ausgewählten Elektroden ausgewählte Messsignale erfasst.
In einem dritten Schritt werden Mittelwerte (U ₅₆) der jeweils ausgewählten Messsignale der jeweils den zwei einspeisenden Elektroden am Thorax gegenüberliegend angeordneten Elektrodenpaare der jeweils ausgewählten Elektroden in jedem Messumlauf bestimmt.
In einem vierten Schritt wird ein Verhältnismaß als ein logarithmisches Verhältnis aus den ausgewählten Messsignalen und den für diese ausgewählten Elektroden (ermittelten Mittelwerten (U ₅₆) als ein Signalverlauf (W1... W16) bestimmt.
In einem fünften Schritt wird ein Vergleich des bestimmten Signalverlaufs (W1... W16) mit einem Vergleichssignalverlauf (W_0) durchgeführt und ein axialer Versatz und/ oder der Verdrehungswinkel α der Elektrodenanordnung am Thorax auf Basis des Vergleichs bestimmt. Der Vergleichssignalverlauf (W_0) repräsentiert einen Signalverlauf, welcher sich bei einer korrekten Positionierung der Elektroden ohne axialen Versatz oder einen Verdrehungswinkel α der Elektrodenanordnung am Thorax ergibt.
In einem sechsten Schritt wird ein Steuersignal erzeugt und bereitgestellt, welches den axialen Versatz und/ oder den Verdrehungswinkel α der Elektrodenanordnung am Thorax indiziert.
Die beschriebenen Ausführungsformen stellen jeweils für sich als auch in Kombination miteinander besondere Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb der Anordnung zur Elektro- Impedanz-Tomographie mit der am Thorax eines Patienten angeordneten Elektrodenanordnung mit einer Vielzahl von Elektroden 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.
Die vorstehend beschriebenen, erfindungsgemäßen Ausführungsformen des Verfahrens können auch in Form eines computerimplementierten Verfahrens als Computerprogrammprodukt mit einem Computer ausgebildet sein, wobei der Computer zur Durchführung des oben beschriebenen, erfindungsgemäßen Verfahrens veranlasst wird, wenn das Computerprogramm auf dem Computer bzw. auf einem Prozessor des Computers oder einem sogenannten „Embedded System“ als Teil eines Medizingerätes, insbesondere des EIT- Gerätes ausgeführt wird. Dabei kann das Computerprogramm auch auf einem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert sein. In einer alternativen Ausgestaltung kann ein Speichermedium vorgesehen sein, welches zur Speicherung des vorstehend beschriebenen, computer-implementierten Verfahrens bestimmt ist und von einem Computer lesbar ist.
Es liegt im Rahmen der vorliegenden Erfindung, dass nicht alle Schritte des Verfahrens zwangsläufig auf ein und derselben Computerinstanz ausgeführt werden müssen, sondern sie können auch auf unterschiedlichen Computerinstanzen, beispielsweise in einer Form und mit Mitteln des sogenannten Cloud- Computing in einem Datenverbundsystem ausgeführt werden.
Auch kann die Abfolge der Verfahrensschritte gegebenenfalls variiert werden. Weiterhin ist möglich, dass einzelne Abschnitte des vorstehend beschriebenen Verfahrens in einer separaten, beispielsweise für sich selbst verkaufsfähigen Einheit (wie z.B. auf einem vorzugsweise in der Nähe des Patienten angeordneten Daten-Auswertungssystem) andere Teile auf einer anderen verkaufsfähigen Einheit (wie z.B. auf einer Anzeige- und Visualisierungseinheit, welche beispielsweise als ein Teil eines Krankenhaus-Informations-Systems vorzugsweise in einem zur Überwachung mehrerer Patientenräume eingerichteten Raum angeordnet ist), sozusagen als verteiltes System, ausgeführt werden können.
Die für das erfindungsgemäße Verfahren beschriebenen Vorteile lassen sich in gleicher oder in ähnlicher Weise mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie den beschriebenen Ausführungsformen der Vorrichtung erzielen. Weiterhin sind die beschriebenen Ausführungsformen und deren Merkmale und Vorteile des Verfahrens auf die Vorrichtung übertragbar, wie auch die beschriebenen Ausführungsformen der Vorrichtung auf das Verfahren übertragbar sind.
Die entsprechenden funktionalen Merkmale des Verfahrens werden dabei durch entsprechende gegenständliche Module einer Vorrichtung, insbesondere durch Hardware-Bausteine (CPU, µC, DSP, MP, FPGA, ASIC, GAL), ausgebildet, die beispielsweise in Form eines Prozessors, mehrere Prozessoren (µC, µP, DSP) oder in Form von Instruktionen in einem Speicherbereich implementiert sein können, die durch den Prozessor verarbeitet werden.
Die vorliegende Erfindung wird nun mit Hilfe der folgenden Figuren und den zugehörigen Figurenbeschreibungen ohne Beschränkungen des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert.
Figurenliste

1 eine schematische Darstellung von Funktionselementen eines Elektro-Impedanz-Tomographie-Gerätes,
2 zwei Darstellungen von zwei verschiedenen Positionierungen von Elektrodenanordnungen an einem elliptischen Umfang eines Thorax,
3 Signalverläufe von zwei verschiedenen Positionierungen von Elektrodenanordnungen an einem elliptischen Umfang eines Thorax,
4 Ablaufplan zur Ermittlung einer Verdrehung einer Elektrodenanordnung am Thorax.

In der 1 ist eine Anordnung zur Impedanztomographie 1 gezeigt. In der Anordnung zur Impedanztomographie ist eine Anzahl von Elektroden 33 am Thorax 34 eines Patienten 35 angeordnet. Von den Elektroden 33 werden mittels einer Datenerfassungseinheit 50 EIT-Daten 3 zu einer Berechnungs- und Steuerungseinheit 70 übertragen. Die Übertragung der EIT-Daten 3 von den Elektroden 33 erfolgt mittels Leitungsverbindungen 32. In der Berechnungs- und Steuerungseinheit 70 sind eine Prozessoreinheit 78 und ein Datenspeicher 71 angeordnet. Die Prozessoreinheit 78 verarbeitet die EIT-Daten 3, welche von der Signalerfassungs- Einheit 50 bereitgestellt werden. In dieser 1 ist dargestellt, dass die EIT-Daten 3 als Messsignale 55 zur Berechnungs- und Steuerungseinheit 70 mit der Prozessoreinheit 78 gelangen. Die Prozessoreinheit 78 ermittelt mittels geeigneter Berechnungsmethoden und Algorithmen aus den Messsignalen 55 Signalverläufe von ausgewählten Messsignalen (W1... W16) 56. Ausgewählte Messsignale 56 sind dabei diejenigen Messsignale, welche gegenüberliegend von signaleinspeisenden Elektroden 37 von ausgewählten Elektroden 36 gewonnen werden. Dies ist im Detail in der schematischen Darstellung 4 von Signaleinspeisung und Signalerfassung zu sehen. In der Berechnungs- und Steuerungseinheit 70 wird ein Vergleichssignalverlauf (W_0) 73 dazu benutzt, die Signalverläufe ausgewählter Messsignale (W1... W16) 56 mittels eines Vergleichs auszuwerten. Als Ergebnis der Auswertung des Vergleichs ergibt sich ein Steuersignal 79, welches eine Verdrehung oder einen axialen Versatz 76 (2) der Elektroden 33 oder einen Verdrehungswinkels α 77 (2) der zu einer Elektrodenanordnung zusammengefassten Elektroden 33 indiziert. Das Steuersignal 79 wird in dieser 1 einem EIT-Gerät 30 mit einer Ausgabeeinheit 80 zur Verfügung gestellt. Die Ausgabeeinheit 80 ermöglicht eine Visualisierung 82 der von der Berechnungs- und Steuerungseinheit 70 aus den Messsignalen 55 bestimmten Impedanzen bzw. der Impedanzänderungen in der horizontalen Ebene des Thorax 34 in einer sogenannten dorsalen Ansicht.
In der 1 ist oberhalb der Anordnung zur Impedanztomographie 1 eine Darstellung 2 einer Anordnung von Elektroden 33 am Thorax 34 schematisch gezeigt. Es ist ein Raumkoordinatensystem 5 mit einer X-Achse 6 und einer Y-Achse 7 dargestellt. Die Elektroden 33 sind annähernd gleichmäßig verteilt um den Thorax 34 angeordnet. Diese Darstellung 2 stellt einen horizontalen Schnitt durch den Thorax 34 in der Ebene der Anordnung der Elektroden 33, also gleichsam die Darstellungsebene der dorsalen Ansicht für die Visualisierung zur 82 dar. Die schematische Darstellung 2 zeigt eine typische elliptische Umfangsform 20, welche typisch für die Mehrzahl von menschlichen Lebewesen im Bereich der Anordnung der Elektroden 33 um den Thorax 34 ist. Die schematische Darstellung der Anordnung 2 von Elektroden 33 am Thorax 34 weist eine Anzahl von sechzehn Elektroden auf. In der schematischen Darstellung 4 von Signaleinspeisung und Signalerfassung wird an zwei Elektroden, nämlich an der Elektrode E1 57 und an der Elektrode E16 58 mittels einer Einheit zur Signaleinspeisung 51 ein Strom eingespeist. Gegenüberliegend der beiden Einspeiseelektroden E1 57, E16 58 werden an einer Auswahl von Elektroden 36 mittels der Signalerfassungs- Einheit 50 in einem Umlauf von Signalerfassung 53 Messsignale 55 als Signalverläufe ausgewählter Messsignale 56 erfasst.
In dieser 1 sind die Elektroden E6 - E11 beispielhaft als Auswahl von sechs Elektroden 36 gezeigt. Es ist aber im Sinne der vorliegenden Erfindung mit umfasst, dass auch eine andere Anzahl als die gezeigten sechs ausgewählten Elektroden 36, beispielsweise fünf, vier, drei Elektroden, welche den einspeisenden Elektroden 37 gegenüberliegend angeordnet sind, für die Auswertung zur Ermittlung der Verdrehung bzw. des axialen Versatzes 76 ( 2) oder eines Verdrehungswinkels α 77 (2) der Elektroden 33 am Thorax 34 des Patienten 35 verwendet werden können. Nach der Einspeisung an den Elektroden E1, E16, 57, 58 durch die Einheit zur Signaleinspeisung 51 wird, in dieser 1 als eine Rotation 52 gegen den Uhrzeigersinn gezeigt, die Einspeisung am nächsten Einspeisepaar, also den Elektroden E16 und E15, vorgenommen. Die Signalerfassung wird sodann ebenfalls mittels einer, - in dieser 1 gezeigten Rotation 53 gegen den Uhrzeigersinn-, an den dann den Elektroden E15 und E16 gegenüberliegenden ausgewählten Elektroden E5 - E10 vorgenommen. Die Rotationen 52, 53 von Einspeisung und Signalerfassung werden in einem Messzyklus für alle Paare benachbarter Elektroden der 16 Elektroden E1- E16 vorgenommen. Auf diese Weise ergibt sich eine Menge von Signalverläufen ausgewählter Messsignale 56 (W1... W16). Damit ist jedem Elektrodenpaar von erfassenden Elektroden 36 ein Messsignal W1, W2... W16 zugewiesen. Diese im Messzyklus gewonnenen Messsignale 56, jeweils gewonnen von den, den einspeisenden Elektroden 37 jeweilig gegenüberliegenden Elektroden 36, werden von der Berechnungs- und Steuerungseinheit 70 als Signalverläufe 60 (3) mit einem Vergleichssignalverlauf (W_0) 73 verglichen. Der Vergleichssignalverlauf (W_0) 73 repräsentiert dabei einen Signalverlauf, welcher sich bei einer korrekten Positionierung der Elektroden 33 am Thorax 34, also bei einer Positionierung der Elektroden 33 mit einer nahezu idealen symmetrischen Anordnung der sechzehn Elektroden E1... E16 mit der ersten Elektrode E1 links von einem Brustbein des Patienten 35 und mit einer Lage der weiteren Einspeiseelektrode E16 58 rechts vom Brustbein am Thorax 34. Aus dem Ergebnis des Vergleichs wird das Steuersignal 79 ermittelt. Die Details zur Ermittlung des Steuersignals 79 und die weitere Verarbeitung und Verwertung, bzw.
Verwendung des Steuersignals 79 ergeben sich aus den Darstellungen in den 2 und 3 und den dazugehörigen Beschreibungen.
Im Ergebnis wird dabei eine Verdrehung bzw. ein axialer Versatz 76 (2) bei der Positionierung der Elektroden 33 am Thorax 34 ermittelt. Diese Verdrehung bzw. der axiale Versatz 76 (2) wird mittels des Steuersignals 79 dazu genutzt, entweder die Visualisierung 82 in der Ausgabeeinheit 80 um den Verdrehungswinkel α 77 ( 2) zu korrigieren, bzw. um einem Anwender einen Hinweis zu geben, dass die Elektroden mit einem axialen Versatz 76 (2) am Thorax 34 des Patienten angeordnet sind. Die Korrektur ermöglicht, dass auch für Positionierungen der Elektroden 33 mit einem axialen Versatz 76 (2) eine qualitativ hochwertige Messung zur Elektro- Impedanz Tomographie mit dem EIT-Gerät 30 durchgeführt werden kann. Es wird damit gleichsam vor einer Durchführung weiterer Untersuchungen oder Messungen mit dem EIT-Gerät 30 eine Möglichkeit zu einer Kalibrierung auf die tatsächliche Positionierung am Thorax 34 des zu untersuchenden Patienten 35 bereitgestellt. Der Hinweis ermöglicht, dass der Anwender vor Durchführung weiterer Untersuchungen oder Messungen mit dem EIT-Gerät 30 eine Korrektur der Platzierung der Elektroden 33 am Thorax 34 des Patienten 35 vornehmen und somit erreichen kann, dass eine qualitativ hochwertige Messung zur Elektro- Impedanz Tomographie mit dem EIT-Gerät 30 durchgeführt werden kann.
In der 2 ist eine erste Positionierung 11 einer Elektrodenanordnung mit Elektroden 33 am Thorax 34 gezeigt. Gleiche Elemente in den 1 und 2 sind in den 1 und 2 mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Wie zu der 1 ausgeführt, erfolgt eine Einspeisung an Einspeiseelektroden 37. In dieser 2 werden die Elektroden E1, 57 und E16, 58 für die Einspeisung verwendet. In Übereinstimmung mit der Darstellung der schematischen Darstellung 2 der Anordnung von Elektroden am Thorax nach der 1 ist in dieser 2 ein Koordinatensystem 5 mit einer X-Achse 6 und einer Y-Achse 7 dargestellt. Die von den Einspeiseelektroden 37 eingespeisten Signale gelangen als Ausbreitung der Einspeisung 39 im Thorax 34 zu den gegenüberliegenden Elektroden 36 (E6... E11). Diese erste Positionierung 11 der Elektrodenanordnung am Thorax zeigt den idealen Anwendungsfall mit einer nahezu idealen symmetrischen Anordnung der sechzehn Elektroden mit einer Lage der ersten Elektrode E1 links von einem Brustbein des Patienten und mit einer Lage der weiteren Einspeiseelektrode E16 58 rechts vom Brustbein am Thorax 34. In der in der 2 ebenfalls gezeigten zweiten Positionierung 13 einer Elektrodenanordnung am Thorax 34 ist ein axialer Versatz bzw. eine Verdrehung um einen Verdrehungswinkel α 77 der Elektroden 33 gegeben. An der gleichen elliptischen Umfangsform wie in der ersten Positionierung 11 sind nun in der zweiten Positionierung 13 die einspeisenden Elektroden 37' nicht mehr beidseitig des Brustbeins angeordnet, sondern das einspeisende Elektrodenpaar E1 57, E16 58 ist rechtsseitig des Brustbeins mit einem axialen Versatz 76 der Elektrodenanordnung am Thorax 34 angeordnet. Bedingt durch diesen axialen Versatz bzw. diese Verdrehung um den Verdrehungswinkel α 77 sind auch die gegenüberliegend zu den Einspeiseelektroden 37' nun ausgewählten Elektroden 36' versetzt am Thorax 34 angeordnet. Damit ergibt sich in dieser zweiten Positionierung 13 der Elektrodenanordnung am Thorax 34 eine gegenüber der ersten Positionierung 11 verschiedene Ausbreitung der Einspeisung 39' am Thorax 34. Daraus ergibt sich für die Signalverläufe 60, 74, 74' (3) ausgewählter Messsignale der ersten Positionierung 11 ein Unterschied zu den Signalverläufen 60, 74, 74' (3) ausgewählter Messsignale der zweiten Positionierung 13 der Elektroden 33 am Thorax 34. Diese Unterschiede in den Signalverläufen 60, 74, 74' (3) werden in der 3 dargestellt und in der Beschreibung zu der 3 näher erläutert und beschrieben.
Die 3 zeigt eine Signaldarstellung 60 von zwei Signalverläufen 74, 74' (W1... W16; W1'... W16`) ausgewählter Messsignale 56, 56', welche auf den unterschiedlichen Positionierungen 11, 13 der Elektrodenanordnung am Thorax 34 nach der 2 resultieren. Gleiche Elemente in den 1, 2, 3 sind in den 1, 2, 3 mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Es ist ein Signalverlauf 74 von ausgewählten Messsignalen 56 gezeigt, welcher der ersten Positionierung 11 der Elektrodenanordnung 33 am Thorax 34 der 2 entspricht. Es ist ein weiterer Signalverlauf 74' von ausgewählten Messsignalen 56' gezeigt, welcher der zweiten Positionierung 13 der Elektrodenanordnung 33 am Thorax 34 nach der 2 entspricht. Es sind Messsignale von 16 Elektroden E1 57 bis E16 58 im Signalverlauf 74 bzw. 74' dargestellt. Der Unterschied der Signalverläufe 74 und 74', 75 ist als eine Verschiebung der Signalverläufe 74, 74' sichtbar. Die Signalverläufe 74, 74' sind in dieser 3 als ein gewichtetes Signalverhältnis bzw. gewichtetes Amplitudenverhältnis der Messsignale der einzelnen Elektroden (E1... E16) dargestellt. In dieser 3 wird als gewichtetes Signalverhältnis 72 ein gewichtetes logarithmisches Verhältnismaß $W = l o g_{10} (\frac{U_{56 x}}{{\bar{U}}_{56}}) 72$
aus ausgewählten Messsignalen 56, 56' zu Mittelwerten (U ₅₆) 560 der ausgewählten Messsignale 56, 56' der ausgewählten Elektroden 36 (2) für die Signalverläufe 74, 74' (W1... W16; W1'... W16`) gewählt. Der Unterschied 75 in den Signalverläufen 74 und 74' kann zur Ermittlung des axialen Versatzes bzw. der Verdrehung mit dem Verdrehungswinkel α 77 (2) herangezogen werden. Beispielhaft sei hier eine Auswertung genannt, in welcher der Signalverlauf 74, welcher sich in der ersten Positionierung 11 der Elektrodenanordnung 33 am Thorax 34, also in der vorgesehenen optimalen Anordnung der Elektroden 33 am Thorax 34 ohne wesentliche Verdrehung mit zentrierter Ausrichtung der Elektroden E1 57 und E16 58 beidseitig am Brustbein am Thorax 34 ergibt, dazu verwendet wird, dass dieser als Basis des Vergleichssignalverlaufs (W_0) 73 herangezogen wird. Wird dieser Vergleichssignalverlauf (W_0) 73 im Datenspeicher 71 (1) hinterlegt und als Basis für weitere Analysen der Signalverläufe 74' der ausgewählten Elektroden 36' verwendet, so lässt sich der axiale Versatz 76 (2) der Elektrodenanordnung am Thorax bzw. der Verdrehungswinkel α 77 (2) ermitteln und darauf basierend das Steuersignal 79 (1) ermitteln und bereitstellen. Das bereitgestellte Steuersignal 79 (1) kann von der Berechnungs- und Steuerungseinheit 70 (1) zu einer numerischen Ausgabe des Verdrehungswinkel α 77 (2) oder einer grafischen oder bildlichen Visualisierung 82 (1) des axialen Versatzes 76 (2) an die Ausgabeeinheit 80 (1) weitergegeben oder bereitgestellt werden. Das bereitgestellte Steuersignal 79 (1) kann weiterhin von der Berechnungs- und Steuerungseinheit 70 (1) zu einer Korrektur der Visualisierung 82 (1) auf Basis der Messsignale 55 (1) ermittelten Impedanzwerte, und Impedanzunterschiede und Darstellung der Impedanzverteilung in der dorsalen Ansicht (1) mittels einer Anpassung mit Berücksichtigung des Verdrehungswinkels α 77 (2) in der Rechenvorschrift zur Bildrekonstruktion bei der Ermittlung der dorsalen Ansicht (1) verwendet werden.
Die 4 zeigt einen Ablauf 100 zum Betrieb einer Anordnung zur Elektro-Impedanz- Tomographie 30 (1) mit einer Schrittabfolge 101 bis 106 zu einer Ermittlung eines axialen Versatzes 76 und/ oder eines Verdrehungswinkels 77 einer am Thorax 34 eines Patienten 35 (1) angeordneten Elektrodenanordnung mit einer Vielzahl von Elektroden 33. Gleiche Elemente in den 1, 2, 3 und 4 sind in den 1, 2, 3, 4 mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet.
Die Schrittabfolge 101 bis 106 beginnt aus einem laufenden Messbetrieb heraus oder nach einer Inbetriebnahme der Anordnung zur Elektro- Impedanz- Tomographie 30 (1), dass in einem ersten Schritt in einem jedem Messumlauf eines Messzyklus ein elektrisches Einspeisesignal an jeweils zwei zyklisch und in einem Messzyklus variierend einspeisenden Elektroden 37 eingespeist wird.
In einem zweiten Schritt 102 werden in einem jedem Messumlauf des Messzyklus an, den jeweils einspeisenden Elektroden 37 am Thorax 34 gegenüberliegenden ausgewählten Elektroden 36 ausgewählte Messsignale 56 erfasst.
In einem dritten Schritt 103 werden Mittelwerte (U ₅₆) 560 der jeweils ausgewählten Messsignale 56 der jeweils den zwei einspeisenden Elektroden 37, 37' am Thorax 34 gegenüberliegend angeordneten Elektrodenpaare der jeweils ausgewählten Elektroden 36 in jedem Messumlauf bestimmt.
In einem vierten Schritt 104 wird ein logarithmisches Verhältnismaß 72, beispielsweise $W = l o g_{10} (\frac{U_{56 x}}{{\bar{U}}_{56}}), W = l n (\frac{U_{56 x}}{{\bar{U}}_{56}})$
oder $W = l o g_{2} (\frac{U_{56 x}}{{\bar{U}}_{56}})$
aus den ausgewählten Messsignalen 56 und den für diese ausgewählten Elektroden 36 ermittelten Mittelwerten (U ₅₆) 560 als ein Signalverlauf 60 (W1... W16) bestimmt.
In einem fünften Schritt 105 wird ein Vergleich des Signalverlauf 60 (W1... W16) mit einem Vergleichssignalverlauf (W_0) 73 durchgeführt. Mittels dieses Vergleichs wird ein axialer Versatz 76 und/ oder der Verdrehungswinkel α 77 der Elektrodenanordnung am Thorax 34 (1) bestimmt. Der Vergleichssignalverlauf (W_0) 73 repräsentiert einen Signalverlauf, welcher sich bei einer korrekten Positionierung der Elektroden 33 ohne einen axialen Versatz 76 oder einen Verdrehungswinkel α 77 der Elektrodenanordnung am Thorax 34 (1) ergibt.
In einem sechsten Schritt 106 wird ein Steuersignal 79 erzeugt und bereitgestellt, welches den axialen Versatz 76 und/ oder den Verdrehungswinkel α 77 der Elektrodenanordnung am Thorax 34 (1) indiziert.
Bezugszeichenliste

1: Anordnung zur Elektro- Impedanz- Tomographie
2: Schematische Darstellung einer Anordnung von Elektroden am Thorax
3: EIT- Signale, EIT Daten
4: Schematische Darstellung von Signaleinspeisung und Signalerfassung
5: Raumkoordinatensystem
6: X- Achse
7: Y- Achse
11: Erste Positionierung einer Elektrodenanordnung am Thorax
13: Zweite Positionierung einer Elektrodenanordnung am Thorax
20: Elliptische Umfangsform
30: EIT- Gerät
32: Leitungsverbindungen, Zuleitungen der Elektroden
33: Elektroden E1 .. E16, Elektrodenanordnung
34: Thorax, Brustkorb, Brustkorbumfang
35: Patient
36: Auswahl von Elektroden, gegenüberliegend zu Einspeiseelektroden
37, 37': Einspeiseelektroden
39: Ausbreitung der Einspeisung im Thorax
50: Signalerfassungs- Einheit (DAQ)
51: Einheit zur Signaleinspeisung
52: Umlauf der Signaleinspeisungen (Messzyklus, Frame)
53: Umlauf der Signalerfassungen (Messumlauf, Partial Frame)
55: Messsignale U 1... Un
56, 56': ausgewählte Messsignale W1...W16; W1'... W16'
57: Elektrode E1
58: Elektrode E16
60: Signaldarstellung
70: Berechnungs- und Steuerungseinheit
71: Datenspeicher
72: Signalverhältnis, gewichtetes Amplitudenverhältnis, Verhältnismaß (W)
73: Vergleichssignalverlauf W_0
74, 74': Signalverlauf bei Verdrehung/ axialem Versatz der Elektrodenanordnung
75: Unterschied der Signalverläufe 74 und 74'
76: Verdrehung der Elektrodenanordnung am Thorax
77: Verdrehungswinkel α
78: Prozessoreinheit (µP, µC, CPU)
79: Steuersignal
80: Ausgabeeinheit, Bildschirm
82: Visualisierung
100: Ablauf
101 - 106: Schrittabfolge
560: Mittelwerte (U ₅₆)

Claims

Vorrichtung zur Elektro-Impedanz-Tomographie (1) zu einer Ermittlung einer Situation, welche einen axialen Versatz und/ oder einen Verdrehungswinkel α einer, der Vorrichtung zur Elektro-Impedanz-Tomographie (1) zugeordneten und am Thorax (34) eines Patienten (35) horizontal angeordneten Elektrodenanordnung, indiziert, aufweisend: - eine Elektrodenanordnung mit einer Vielzahl von Elektroden (33), welche zueinander beabstandet am Körperumfang im Bereich des Thorax (34) eines Lebewesens (35) angeordnet sind, - eine Signaleinspeisungs-Einheit (51), welche ausgestaltet und dazu vorgesehen ist, in einem jedem Messumlauf eines Messzyklus ein elektrisches Einspeisesignal an jeweils zwei zyklisch und in einem Messzyklus variierend einspeisenden Elektroden (37, 37') einzuspeisen, - eine Signalerfassungs-Einheit (50), welche ausgestaltet und dazu vorgesehen ist, eine Vielzahl von Messsignalen (55) der Vielzahl von Elektroden (33) in jedem der Messumläufe des Messzyklus zu erfassen und bereitzustellen, - eine Berechnungs- und Steuerungseinheit (70), welche ausgestaltet und dazu vorgesehen ist, eine Verarbeitung der erfassten Vielzahl von Messsignalen (55) der Vielzahl von Elektroden (33) durchzuführen und ausgewählte Messsignale (56) aus der erfassten Vielzahl von Messsignalen (55) auszuwählen und eine Verarbeitung der ausgewählten Messsignale (56) durchzuführen, - eine, der Berechnungs- und Steuerungseinheit (70) zugeordnete Datenspeicherungseinheit (71), welche ausgestaltet und dazu vorgesehen ist, aus den Messsignalen (55) ausgewählte Messsignale (56) und Vergleichsdaten (73) zu speichern und bereitzustellen, wobei zur Ermittlung der Situation, welche den axialen Versatz (76) und/ oder den Verdrehungswinkel α (77) der Elektrodenanordnung am Thorax (34) indiziert, - von der Berechnungs- und Steuerungseinheit (70) in Zusammenwirkung mit der Datenspeicherungseinheit (71) aus den Messsignalen (55) eines jeden Messumlaufs des Messzyklus diejenigen der Messsignale (55) als ausgewählte Messsignale (56) ausgewählt und gespeichert werden, welche an denjenigen, den zwei einspeisenden Elektroden (37, 37') am Thorax (34) gegenüberliegend angeordneten Elektrodenpaaren erfasst wurden, - von der Berechnungs- und Steuerungseinheit (70) in Zusammenwirkung mit der Datenspeicherungseinheit (71) in jedem Messzyklus jeweils Mittelwerte (560) der jeweils ausgewählten Messsignale (56) der jeweils den zwei einspeisenden Elektroden (37, 37') am Thorax (34) gegenüberliegend angeordneten Elektrodenpaare der jeweils ausgewählten Elektroden (36, 36') in jedem Messumlauf bestimmt und gespeichert werden, - von der Berechnungs- und Steuerungseinheit (70) in Zusammenwirkung mit der Datenspeicherungseinheit (71) für jedes Elektrodenpaar der ausgewählten Elektroden (36, 36') jeweils Verhältnismaße (W) (72) aus den ausgewählten Messsignalen (56) und den für diese ausgewählten Elektroden (36, 36') ermittelten Mittelwerten (560) als ein Signalverlauf (W1... W16) (60) bestimmt werden, - von der Berechnungs- und Steuerungseinheit (70) in Zusammenwirkung mit der Datenspeicherungseinheit (71) ein Vergleich des Signalverlauf (W1... W16) (60) mit einem Vergleichssignalverlauf (W_0) (73) durchgeführt wird, wobei der Vergleichssignalverlauf (W_0) (73) einen Signalverlauf repräsentiert, welcher sich bei einer korrekten Positionierung der Elektroden (33) ohne einen axialen Versatz (76) oder einen Verdrehungswinkel α (77) der Elektrodenanordnung am Thorax (34) ergibt, - von der Berechnungs- und Steuerungseinheit (70) auf Basis des Vergleichs der axiale Versatz (76) und/ oder der Verdrehungswinkel α (77) der Elektrodenanordnung am Thorax (34) bestimmt wird, - von der Berechnungs- und Steuerungseinheit (70) ein Steuersignal (79) erzeugt und bereitgestellt wird, welches den axialen Versatz (76) und/ oder den Verdrehungswinkel α (77) der Elektrodenanordnung am Thorax 34 indiziert.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Berechnungs- und Steuerungseinheit (70) zu einer Koordination einer Ausgabeeinheit (80) ausgebildet ist, wobei die Ausgabeeinheit (80) in oder an der Vorrichtung zur Elektro-Impedanz-Tomographie (1) angeordnet ist oder der Vorrichtung zur Elektro-Impedanz-Tomographie (1) zugeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei von der Berechnungs- und Steuerungseinheit (70) in Zusammenwirkung mit der Signaleinspeisungs-Einheit (51) jeweils in jedem Messumlauf des Messzyklus den zwei einspeisenden Elektroden (37, 37') gegenüberliegende zwei direkt benachbarte Elektroden als jeweilige Elektrodenpaare zur Erfassung der ausgewählten Messsignale (56) gewählt werden und die Variation der zwei einspeisenden Elektroden (37, 37') derart ausgeführt wird, dass in einem Messzyklus jede der zwei einspeisenden Elektroden (37, 37') höchstens zweimal an der Einspeisung im Messzyklus beteiligt ist und in einem jedem Messumlaufjede der ausgewählten Elektroden (36, 36') höchstens zweimal bei der Erfassung der ausgewählten Messsignale (56) berücksichtigt wird.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Berechnungs- und Steuerungseinheit (70) bei der Bestimmung der Verhältnismaße (W) (72) aus den ausgewählten Messsignalen (56) und den für diese ausgewählten Elektroden (36, 36') ermittelten Mittelwerten (560) eine Skalierung in einer Weise anwendet, dass ein zwischen den ausgewählten Messsignalen (56) und den ermittelten Mittelwerten (560) gegebener Signalunterschied (75, 75') hervorgehoben oder verstärkt wird.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 4, wobei die Berechnungs- und Steuerungseinheit (70) bei der Bestimmung der Verhältnismaße (W) (72) eine logarithmische Skalierung, als eine, den Signalunterschied (75, 75') hervorhebende oder verstärkende Weise, vorzugsweise in logarithmischer Skalierung zur Basis 10 $W = l g (\frac{U_{56 x}}{{\bar{U}}_{56}}),$
in logarithmischer Skalierung zur Basis e $W = l n (\frac{U_{56 x}}{{\bar{U}}_{56}})$
oder in logarithmischer Skalierung zur Basis 2 $W = l o g_{2} (\frac{U_{56 x}}{{\bar{U}}_{56}})$
anwendet.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei von der Berechnungs- und Steuerungseinheit (70) als ausgewählte Elektroden (36, 36') zur Erfassung der ausgewählten Messsignale (56, 56') eine Anzahl von drei, vier, fünf oder mehr als sechs Elektroden (33, 36, 36') der den zwei einspeisenden Elektroden (37, 37') gegenüberliegenden Elektroden (33, 36, 36') ausgewählt wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Berechnungs- und Steuerungseinheit (70) die ausgewählten Messsignale (56) jeweils aus Mittelwerten mehrerer Messzyklen bestimmt.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Berechnungs- und Steuerungseinheit (70) ausgebildet ist, mittels eines Algorithmus zur Bildrekonstruktion Impedanzwerte und/oder Impedanzänderungen oder Impedanzverteilungen im Thorax (34) in der Ebene der Elektroden am Thorax (34) auf Basis der von der Signalerfassungs- Einheit (50) bereitgestellten Vielzahl an Messwerten (55) zu berechnen und ein Tidalbild (82) auf Basis der berechneten Impedanzwerte und/oder Impedanzänderungen und/ oder Impedanzverteilungen im Thorax (34) in der Ebene der Elektroden am Thorax und auf Basis des bestimmten axialen Versatzes (76) und/ oder des Verdrehungswinkel α (77) zu bestimmen und in das Steuersignal (79) einzubeziehen und das Steuersignal (79) für die Ausgabeeinheit (80) bereitzustellen.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ausgabeeinheit (80) zu einer Ausgabe und/ oder Bereitstellung des bestimmten axialen Versatzes (76) und/ oder des Verdrehungswinkel α (77) auf Basis des bereitgestellten Steuersignals (79) ausgebildet ist.
Verfahren zum Betrieb (100) einer Anordnung zur Elektro- Impedanz-Tomographie (30) zu einer Ermittlung eines axialen Versatzes (76) und/ oder eines Verdrehungswinkels (77) einer am Thorax (34) eines Patienten (35) angeordneten Elektrodenanordnung mit einer Vielzahl von Elektroden (33), - wobei in einem ersten Schritt (101) in einem jedem Messumlauf eines Messzyklus ein elektrisches Einspeisesignal an jeweils zwei zyklisch und in einem Messzyklus variierend einspeisenden Elektroden (37, 37') eingespeist wird, in einem zweiten Schritt (102) in einem jedem Messumlauf eines Messzyklus an, den jeweils einspeisenden Elektroden (37, 37') am Thorax (34) gegenüberliegenden ausgewählten Elektroden (36, 36') ausgewählte Messsignale (56) erfasst werden, - wobei in einem dritten Schritt (103) Mittelwerte (U ₅₆) (560) der jeweils ausgewählten Messsignale (56) der jeweils den zwei einspeisenden Elektroden (37, 37') am Thorax (34) gegenüberliegend angeordneten Elektrodenpaare der jeweils ausgewählten Elektroden (36, 36') in jedem Messumlauf bestimmt werden, - wobei in einem vierten Schritt (104) ein logarithmisches Verhältnis (72) $W = l g (\frac{U_{56 x}}{{\bar{U}}_{56}}), W = l n (\frac{U_{56 x}}{{\bar{U}}_{56}})$
oder $W = l o g_{2} (\frac{U_{56 x}}{{\bar{U}}_{56}})$
aus den ausgewählten Messsignalen (56) und den für diese ausgewählten Elektroden (36, 36') ermittelten Mittelwerten (U ₅₆) (560) als ein Signalverlauf (W1... W16) (60) bestimmt wird, - wobei in einem fünften Schritt (105) ein Vergleich des bestimmten Signalverlaufs (W1... W16) 60 mit einem Vergleichssignalverlauf (W_0) (73) durchgeführt wird und ein axialer Versatz (76) und/ oder der Verdrehungswinkel α (77) der Elektrodenanordnung am Thorax 34 auf Basis des Vergleichs bestimmt wird, wobei der Vergleichssignalverlauf (W_0) (73) einen Signalverlauf repräsentiert, welcher sich bei einer korrekten Positionierung der Elektroden (33) ohne axialen Versatz (76) oder einen Verdrehungswinkel α (77) der Elektrodenanordnung am Thorax 34 ergibt, - wobei in einem sechsten Schritt (106) ein Steuersignal (79) erzeugt und bereitgestellt wird, welches den axialen Versatz (76) und/ oder den Verdrehungswinkel α (77) der Elektrodenanordnung am Thorax (34) indiziert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, wobei als ausgewählte Elektroden (36, 36') zur Erfassung der ausgewählten Messsignale (56, 56') eine Anzahl drei, vier, fünf oder mehr als sechs Elektroden (33, 36, 36') der den zwei einspeisenden Elektroden (37, 37') gegenüberliegenden Elektroden (33, 36, 36') ausgewählt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, wobei die die ausgewählten Messsignale (56) jeweils aus Mittelwerten mehrerer Messzyklen bestimmt werden.