DE102016014252B4

DE102016014252B4 - Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung einer Umfangsform einer Elektrodenanordnung zur Elektro-Impedanz-Tomographie

Info

Publication number: DE102016014252B4
Application number: DE102016014252.9A
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: CH713099A2; DE102016014252A1; CN108113675B; CH713099B1; US20180146882A1; US10765339B2; CN108113675A

Abstract

Vorrichtung zur Elektro-Impedanz-Tomographie (1) zu einer Bestimmung einer elliptischen Umfangsform (20'), einer der Vorrichtung zur Elektro-Impedanz-Tomographie (1) zugeordneten und am Thorax (34) eines Patienten (35) horizontal angeordneten Elektrodenanordnung, 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) 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 Signalverläufe (76) und Vergleichsdaten (73) zu speichern und bereitzustellen,wobei zur Bestimmung der elliptischen Umfangsform (20')- 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) 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) 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 (72) aus den ausgewählten Messsignalen (56) und den für diese ausgewählten Elektroden (36, 36') ermittelten Mittelwerten (560) als ein aktueller Signalverlauf (76) bestimmt werden,- von der Berechnungs- und Steuerungseinheit (70) in Zusammenwirkung mit der Datenspeicherungseinheit (71) ein Vergleich des aktuellen Signalverlaufs (76) mit mindestens einem Mustersignalverlauf (73) aus einer Menge von Mustersignalverläufen (74, 74' 74'') durchgeführt wird, wobei die Mustersignalverläufe (74, 74' 74'') typische Signalverläufe für verschiedene elliptische Umfangsformen der Elektrodenanordnung am Thorax (34) repräsentieren,- von der Berechnungs- und Steuerungseinheit (70) auf Basis des Vergleichs eine aktuelle elliptische Umfangsform (20') der Elektrodenanordnung am Thorax (34) bestimmt wird,- von der Berechnungs- und Steuerungseinheit (70) ein Steuersignal (79) erzeugt und bereitgestellt wird, welches die aktuell bestimmte elliptische Umfangsform (20') der Elektrodenanordnung indiziert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Elektro-Impedanz-Tomographie mit einer Bestimmung einer Umfangsform 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 Bestimmung einer Umfangsform, 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.
Die US 2016 / 0 302 690 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur elektrischen Impedanztomografie (EIT) mit einem Messgürtel, an dem eine Vielzahl von in einer Reihe angeordneten Elektrodenpolstern und eine Vielzahl von parallel zu der Vielzahl von Elektrodenpolstern angeordneten Dehnungsmessstreifen angeordnet sind. Die Vorrichtung ist ausgebildet, ein tomographisches Bild zu erfassen und eine Konturform und eine Größe der Konturform auf Basis von Messdaten der Dehnungsmessstreifen abzuschätzen.
Die US 5 184 624 A beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung der äußeren Form eines Körpers eines Lebewesens. Das Verfahren umfasst eine Anbringung einer Vielzahl von Elektroden an der Oberfläche in definierten Abständen rings um den Körper herum und die Einspeisung von elektrischen Strömen zwischen Paaren von Elektroden, sowie die messtechnische Erfassung von Potentialen zwischen anderen Paaren von Elektroden. Es wird ein Verhältnis zwischen den gemessenen Potentialen zu den Abständen zwischen den Elektroden gebildet, um eine äußere Form des Körpers abzuschätzen.
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 WO 2015 / 025 113 A1 beschreibt eine Vorrichtung mit Sensoren zur Positionierung an einem Körper oder Körperteil eines Patienten, wobei die Sensoren mindestens einen Biegesensor und einen Dehnungssensor umfassen. Die Vorrichtung ist ausgebildet, eine Abschätzung der Form des Körpers oder Körperteils des Patienten durchzuführen.
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 eine vertikale Verschiebung 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 Bereichen oberhalb und unterhalb von ungefähr jeweils 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 Bestimmung einer Umfangsform einer am Körper positionierten und 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 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,ebenso wie die elliptische Umfangsform, - 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.
Die Umfangsform des Brustkorbs (Thorax) am Ort der Anbringung der Elektroden findet sich direkt in der Umfangsform der am Brustkorb positionierten und, - die Elektroden haltenden-, Elektrodenanordnung wieder, da die Elektrodenanordnung typischer weise als ein weitgehend flexibler und beweglicher, zumeist elastischer Elektrodengürtel ausgebildet ist, so dass die Elektrodenanordnung der Umfangsform am Ort der Positionierung folgt. Eine Abweichung der Umfangsform des Brustkorbs, bzw. der Elektrodenanordnung von einer typischen oder mittleren elliptischen Form wirkt sich bei der Anwendung der Elektro-Impedanz Tomographie (EIT) aus, da für die Bildrekonstruktion mittels des Rekonstruktionsalgorithmus die Umfangsform mit der mittleren elliptischen Form im Rekonstruktionsalgorithmus mit einbezogen ist. Das bedeutet, dass die mittlere elliptische Umfangsform des Thorax, welche sich die unterschiedlichen Längen der beiden Halbachsen ergibt und, wie zuvor erläutert, mittels der Exzentrizität definierbar ist, als eine vorbestimmte Größe in den Rekonstruktionsalgorithmus eingeht. Im realen Anwendungsfall, d.h. der Anbringung der Elektrodenanordnung um den Thorax herum, ergeben sich je nach Patient jeweils mehr oder weniger Abweichungen der realen Umfangsform von der mittleren elliptischen Umfangsform am jeweiligen Patienten der horizontalen Ebene der Elektrodenanordnung wie auch oberhalb und unterhalb der Elektrodenanordnung. Diese Abweichungen von der mittleren elliptischen Umfangsform in, wie auch oberhalb und unterhalb der Elektrodenanordnung haben einen Einfluss auf das Ergebnis der Bildrekonstruktion, da der Rekonstruktionsalgorithmus ohne eine Anpassung des Rekonstruktionsalgorithmus an die Abweichungen der realen Umfangsform von der mittleren elliptischen Umfangsform eine bildliche Darstellung einer Belüftung von Lungenbereichen in einer dorsalen Ansicht des Thorax bestimmt und bereitstellt, in welcher beispielsweise Abweichungen in der Form der Flächendarstellung von Lunge und Thorax gegeben sind. Eine Möglichkeit einer Berücksichtigung von Abweichungen von der mittleren elliptischen Umfangsform in der Elektrodenebene kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass durch das klinische Personal die realen Längen der beiden Halbachsen der Ellipse und der Thoraxumfang des Patienten in der Elektrodenebene vermessen werden und mittels einer manuellen Eingabe dem Gerät zur Elektro-Impedanz Tomographie (EIT) zur Verfügung gestellt werden. Im Gerät zur Elektro-Impedanz Tomographie (EIT) kann dann eine reale elliptische Umfangsform bestimmt werden, welche dann eine Anpassung des Rekonstruktionsalgorithmus zu einer Bestimmung einer, um die Umfangsform, bzw. um die Abweichung der Umfangsform gegenüber der mittleren elliptischen Umfangsform, korrigierten bildlichen Darstellung der Belüftung von Lungenbereichen ermöglicht. Für die Anwendung in der klinischen Routine sind sowohl individuelle Vermessungen des Thorax, wie auch die daraus folgenden manuellen Eingaben am Gerät mit Aufwand an Zeit und mit Möglichkeiten von Fehlern (Fehlmessungen, Eingabefehler) durch das klinische Personal verbunden, beides ist in der täglichen klinischen Routine unvorteilhaft und nachteilig.
In der WO 2015/ 048 917 A1 ist ein System zur elektrischen Impedanz-Tomographie 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.
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, eine Abweichung einer Umfangsform einer am Körper positionierten Elektrodenanordnung von einer mittleren Umfangsform zu ermitteln.
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, die Abweichung von der mittleren Umfangsform 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 Bestimmung einer Abweichung einer Umfangsform einer am Körper positionierten Elektrodenanordnung von einer mittleren Umfangsform 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 Bestimmung einer elliptischen Umfangsform einer, der Vorrichtung zur Elektro-Impedanz-Tomographie zugeordneten und an einem Körper positionierten Elektrodenanordnung, 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 Signalverläufe und Vergleichsdaten, wie Vergleichskurvenverläufe, Mustersignalverläufe, Vergleichsschwellenwerte 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 ausgewählter Messsignale, welche von einer Auswahl von, den zwei einspeisenden Elektroden gegenüberliegenden Elektroden gewonnen werden, eine aktuelle elliptische Umfangsform der Elektrodenanordnung am Thorax zu ermitteln und ein Steuersignal, welches die elliptische Umfangsform der Elektrodenanordnung 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 Bestimmung der aktuellen elliptischen Umfangsform der Elektrodenanordnung am Thorax basiert.
Die Bestimmung der elliptischen Umfangsform der Elektrodenanordnung am Thorax erfolgt dadurch, dass

- 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 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 aktueller Signalverlauf (W1... W16) bestimmt werden,
- von der Berechnungs- und Steuerungseinheit in Zusammenwirkung mit der Datenspeicherungseinheit ein Vergleich des aktuell bestimmten Signalverlaufs (W1... W16) mit mindestens einem Mustersignalverlauf (W_0) aus einer Menge von Mustersignalverläufen durchgeführt wird, wobei die Mustersignalverläufe typische Signalverläufe für verschiedene elliptische Umfangsformen der Elektrodenanordnung am Thorax repräsentieren,
- von der Berechnungs- und Steuerungseinheit auf Basis des Vergleichs die aktuelle elliptische Umfangsform der Elektrodenanordnung am Thorax bestimmt wird,
- von der Berechnungs- und Steuerungseinheit ein Steuersignal erzeugt und bereitgestellt wird, welches die aktuell bestimmte elliptische Umfangsform der Elektrodenanordnung 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 mindestens eine Mustersignalverlauf (W_0), wie auch die Menge der Mustersignalverläufe, welche verschiedene typische elliptische Umfangsformen der Elektrodenanordnung am Thorax repräsentieren, können sowohl auf Basis von Messversuchen an Probanden mit in der elliptischen Form verschiedenen Thoraxumfängen, wie auch auf Basis von theoretischen Überlegungen und/oder Simulationsrechnungen zur Ausbreitung von eingespeisten Signalen bei unterschiedlichen elliptischen Thoraxformen auf Basis der zuvor erläuterten Zusammenhänge mit Anordnung und Verteilung von Skelett, Organen und Gewebe im Thoraxraum 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 ElektroImpedanz-Tomographie zugeordneten Ausgabeeinheit ausgebildet.
Diese 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) eine prägnante 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 Körperseite- rechte Körperseite) 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“ sind und somit der Vergleich mit dem Mustersignalverlauf (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 der aktuell ermittelten elliptischen Umfangsform der Elektrodenanordnung zu ermitteln und in das Steuersignal einzubeziehen und das Steuersignal für die Ausgabeeinheit bereitzustellen. Dies ermöglicht, die aktuell ermittelte elliptische Umfangsform der Elektrodenanordnung durch Anwendung von Skalierungsoperationen auf indizierten Vektoren oder indizierten Matrizen mit Impedanzwerten bei der Bildrekonstruktion aus den EIT- Messkanälen im Tidalbild zu berücksichtigen. Dabei kann einerseits die aktuell ermittelte elliptische Umfangsform der Elektrodenanordnung am Thorax eines individuellen einzelnen Patienten direkt bei der Korrektur für das Tidalbild berücksichtigt werden, andererseits kann aber auch alternativ und/ oder zusätzlich eine Abweichung der aktuell bestimmten oder tatsächlichen individuellen elliptischen Umfangsform der Elektrodenanordnung am Thorax des individuellen einzelnen Patienten von einer typischen elliptischen Umfangsform ermittelt werden. Damit ergeben sich um die ermittelte elliptische Umfangsform der Elektrodenanordnung korrigierte und verbesserte Tidalbilder mit der Anwendung der Elektro-Impedanz-Tomographie, welche in nahezu jedem Anwendungsfall auf einer realen Anordnung und Form einer elliptischen Umfangsform der Elektrodenanordnung am Thorax basieren, ohne, dass der Anwender der Vorrichtung zur Elektro-Impedanz-Tomographie weitere Informationen, wie etwa, Thoraxumfang, Größe, Gewicht, Geschlecht oder weitere individuelle Daten des zu untersuchenden Patienten bereitstellen muss, aus denen die Umfangsform des Patienten näherungsweise bestimmt werden kann.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist die Ausgabeeinheit zu einer Ausgabe und/ oder Bereitstellung der aktuell bestimmten elliptischen Umfangsform auf Basis des bereitgestellten Steuersignals ausgebildet ist. Die Ausgabe und/ oder Bereitstellung erfolgt vorzugsweise in einer numerischen Art und Weise, beispielsweise als ein skalarer Wert, welcher eine Exzentrizität der elliptischen Umfangsform der Elektrodenanordnung oder der Umfangsform des Thorax repräsentiert oder als ein Wertepaar mit jeweiligen Werten von Abmessungen der kürzeren und längeren Halbachse der aktuell bestimmten elliptischen Umfangsform.
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 Bestimmung einer elliptischen Umfangsform einer 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 aktueller Signalverlauf (W1... W16) bestimmt.
In einem fünften Schritt wird ein Vergleich des bestimmten aktuellen Signalverlaufs (W1... W16) mit mindestens einem Mustersignalverlauf (W_0) aus einer Menge von Mustersignalverläufen durchgeführt, wobei die Mustersignalverläufe unterschiedliche Signalverläufe für verschiedene typische elliptische Umfangsformen der Elektrodenanordnung am Thorax repräsentieren und eine aktuelle elliptische Umfangsform auf Basis des Vergleichs bestimmt.
In einem sechsten Schritt wird ein Steuersignal erzeugt und bereitgestellt, welches die bestimmte aktuelle elliptische Umfangsform 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.
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung von Funktionselementen eines Elektro-Impedanz-Tomographie-Gerätes,
2 zwei Darstellungen von unterschiedlichen Konstellationen von, an unterschiedlichen elliptischen Umfangsformen positionierten Elektrodenanordnungen,
3 Signalverläufe bei unterschiedlichen elliptischen Umfangsformen von Elektrodenanordnungen,
4 Ablaufplan zu einer Bestimmung einer elliptischen Umfangsform 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 ausgewählte Messsignale 56 und einen aktuellen Signalverlauf (W1... W16) 76 von. 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 mindestens ein Mustersignalverlauf (W_0) 73 dazu benutzt, ausgewählte Messsignale 56, bzw. einen aus den Messsignalen 56 ermittelten aktuellen Signalverlauf 76 (W1... W16) (3, 4) mittels eines Vergleichs auszuwerten. Als Ergebnis der Auswertung des Vergleichs ergibt sich ein Steuersignal 79, welches eine aktuelle elliptische Umfangsform 20' (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 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 in einem Umlauf einer Signalerfassung an einer Auswahl von mindestens zwei Elektroden 36 mittels der Signalerfassungs-Einheit 50 als ein aktueller Signalverlauf 76 von ausgewählten Messsignalen 56 erfasst.
In dieser 1 sind die mindesten zwei 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 Bestimmung von elliptischen Umfangsformen 20, 21, 22 (2) des 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 ausgewählten Messsignalen 56. Damit ist jedem Elektrodenpaar von erfassenden Elektroden 36 ein Messsignal W1, W2... W16 zugewiesen. Diese im Messzyklus gewonnenen ausgewählten Messsignale 56, jeweils gewonnen von den, den einspeisenden Elektroden 37 jeweilig gegenüberliegenden Elektroden 36, werden von der Berechnungs- und Steuerungseinheit 70 als ein aktueller Signalverlauf (W1... W16) 76 weiter verarbeitet und als ein solcher mit mindestens einem Mustersignalverlauf (W_0) 73 aus einer Menge von Mustersignalverläufen 74, 74', 74" (3) verglichen. Die Mustersignalverläufe 74, 74', 74" (3) repräsentieren dabei Signalverläufe für unterschiedliche typische elliptische Umfangsformen der Elektrodenanordnung 33 am Thorax 34. Aus dem Ergebnis des Vergleichs wird das Steuersignal 79 ermittelt. Die Details zu einer Erzeugung des Steuersignals 79 und die weitere Verarbeitung und Verwertung, bzw. Verwendung des Steuersignals 79 ergeben sich aus den Darstellungen in den 2, 3, 4 und den dazugehörigen Beschreibungen. Im Ergebnis wird dabei eine aktuelle elliptische Umfangsform 20' (4) bestimmt, es kann alternativ und/ oder zusätzlich auch eine Abweichung der aktuell bestimmten oder tatsächlichen individuellen elliptischen Umfangsform 21, 22 (2) des Thorax 34 eines einzelnen Patienten 35 von einer typischen elliptischen Umfangsform 20 ermittelt werden. Dies Ergebnis, d.h. die bestimmte aktuelle Umfangsform 20' (4), bzw. die ermittelte Abweichung von der typischen Umfangsform 20 wird mittels des Steuersignals 79 dazu genutzt, um die Visualisierung 82 in der Ausgabeeinheit 80 mittels einer Korrektur an die aktuell bestimmte oder tatsächliche individuelle elliptische Umfangsform 20' (4) anzupassen. Dies ermöglicht, dass auch für von typischen Umfangsformen abweichende elliptische Umfangsformen 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 individuelle elliptische Umfangsform am Thorax 34 eines zu untersuchenden Patienten 35 bereitgestellt.
In der 2 sind eine Elektrodenanordnung mit einer Vielzahl von Elektroden 33 an einer ersten elliptischen Umfangsform 11 und eine Elektrodenanordnung an einer zweiten elliptischen Umfangsform 13 eines Thorax 34 eines Patienten 35 (1) gezeigt. Gleiche Elemente in den 1 und 2 sind in den 1 und 2 mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Es ist in den beiden elliptischen Umfangsformen 11, 13 des Thorax 34 jeweils ein Raumkoordinatensystem 5 mit einer X-Achse 6 und einer Y-Achse 7 eingezeichnet. In der Darstellung der ersten elliptischen Umfangsform 11 sind eine elliptische Umfangsform 20 (eingezeichnet als durchgehende Linienform) und zwei weitere elliptische Umfangsformen 21, 22 (dargestellt in gestrichelter bzw. punktiert-gestrichelter Linienform) gezeigt. Die beiden weiteren elliptischen Umfangsformen 21, 22 weisen einen Unterschied zur elliptischen Umfangsform 20 dahingehend auf, dass diese drei Umfangsformen 20, 21, 22 elliptisch verschieden voneinander sind. Diese drei unterschiedlichen elliptischen Umfangsformen 20, 21, 22 haben in den beiden horizontalen Achsen (Körpervorderseite/Körperrückseite, linke/rechte Körperseite) jeweils verschiedene Ausdehnungen. Die elliptische Umfangsform 20 sei in dieser 2 beispielhaft übereinstimmend mit einer typischen elliptischen Umfangsform.
In der Elektrodenanordnung der ersten elliptischen Umfangsform 11 wird, wie zu der 1 beschrieben, an den Elektroden E1 57 und E16 58 als Einspeiseelektroden 37 ein elektrischer Strom eingespeist. Die von den Einspeiseelektroden 37 eingespeisten Signale gelangen als Ausbreitung der Einspeisung 39 im Thorax 34 zu den gegenüberliegenden Elektroden 36 (E6... E11). Die gegenüberliegenden Elektroden 36 sind in dieser 2 die Elektroden E6 - E11. In der Elektrodenanordnung an der zweiten elliptischen Umfangsform 13 ist die in der Elektrodenanordnung der ersten elliptischen Umfangsform eingezeichnete elliptische Umfangsform 22 nochmals im Detail mit einer Anordnung der einspeisenden Elektroden 37 und gegenüberliegenden signalerfassenden Elektroden 36' (E6... E11) dargestellt. Es ergibt sich eine gegenüber der Elektrodenanordnung an der ersten elliptischen Umfangsform 11 verschiedene Ausbreitung 39' der Einspeisungssignale in und durch den Thorax 34 zu den gegenüberliegenden Elektroden 36'. In dieser 2 ist als Auswahl von Elektroden 36, 36' von Elektroden 33, welche gegenüberliegend den Einspeiseelektroden 37 angeordnet sind, eine Anzahl von sechs Elektroden gewählt. Es ist aber auch im Sinne der vorliegenden Erfindung mit umfasst, dass auch andere Anzahlen von ausgewählten Elektroden, beispielsweise drei, vier, fünf oder mehr als sechs Elektroden als ausgewählte Elektroden 36, 36' fungieren können. Die Unterschiede in den Ausbreitungen 39, 39' wirken sich in den Mustersignalverläufen 74, 74', 74"( 3) und/oder im aktuellen Signalverlauf 76 (3) aus, wie in der Beschreibung zu der 3 näher erläutert und beschrieben wird.
In der 3 sind in einer Signaldarstellung 60 drei - aus Gründen der zeichnerischen Vereinfachung - verschiedene Mustersignalverläufe 74, 74', 74", welche für drei typische elliptische Umfangsformen von Elektrodenanordnungen am Thorax 34 ( 2) charakteristisch sind, dargestellt. Die Mustersignalverläufe 74, 74', 74" sind in dieser 3 in punktierter Linienform dargestellt. Gleiche Elemente in den 1, 2, 3 sind in den 1, 2, 3 mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Weiterhin ist ein auf ausgewählten Messwerten 56 basierender aktueller Signalverlauf 76 gezeigt, wobei die Messwerte 56 den Elektroden 33 E1 57 bis E16 58 zugehörig sind. Die Messwerte 56 sind dabei in dieser 3 mittels einer durchgezogenen Linie miteinander verbunden. Der aktuelle Signalverlauf 76 wird auch in einem in der 4 gezeigten Ablauf 100 ausgewertet.
Die Mustersignalverläufe 74, 74', 74'' und der aktuelle Signalverlauf 76 repräsentieren dabei Signalverhältnisse (W) 72 eines gewichteten logarithmischen Verhältnismaßes $W = l o g_{10} (\frac{U_{56 x}}{{\bar{U}}_{56}})$
der einzelnen Messsignale 56 von ausgewählten Elektroden 36 zu Mittelwerten (U ₅₆) der Messsignale 56 der ausgewählten Elektroden 36. Dargestellt ist der aktuelle Signalverlauf 76 auf Basis ausgewählter Messspannungen 56 von jeweils gegenüberliegend der Einspeisung 37 (1) ausgewählten Elektroden 36 (1). Der aktuelle Signalverlauf 76, wie auch die Mustersignalverläufe 74, 74', 74" weisen bildlich gesprochen einen „w-förmigen“ Verlauf auf. Je nach elliptischer Form der Elektrodenanordnung am Thoraxumfang und damit auch abhängig von der elliptischen Form des Thoraxumfangs selbst, ergibt sich eine unterschiedlich signifikante Ausprägung dieser „W- Form“. Die beschriebene „W-Form“ ist umso ausgeprägter mit ihren Minima und Maxima, je größer die Ausdehnung der Ellipse in Richtung der horizontalen Achse 6 (1) im Raumkoordinatensystem 5 (1) ist. In dieser 3 ist der Signalverlauf 74 derjenige Mustersignalverlauf welcher mit dem aktuellen Signalverlauf 76 die von den Mustersignalverläufen 74, 74', 74" größtmögliche Übereinstimmung aufweist. Daher ergibt sich in dieser 3 dieser Mustersignalverlauf 74 beispielhaft als der mindestens eine Mustersignalverlauf (W_0) 73, wie er auch in der 1 und der 4 Verwendung findet. Die zu diesem mindestens einen Mustersignalverlauf (W_0) 73 hinterlegte typische elliptische Umfangsform beschreibt dabei ein zugehöriges typisches Verhältnis der Längen der kürzeren Halbachse 7 (1) zur längeren Halbachse 6 (1) für eine Umfangsform, welche beispielweise näherungsweise mit der in der 2 gezeigten Umfangsform 20 (1, 2) übereinstimmt. Das Ergebnis dieses Vergleichs wird dabei von der der Berechnungs- und Steuerungseinheit 70 (1) zu einem Steuersignal 79 (1) weiter verarbeitet.
Das Steuersignal 79 (1) kann dabei einerseits direkt eine typische elliptische Umfangsform 20' (4) indizieren. Das Steuersignal 79 (1) kann andererseits auch indizieren, mit welchem mindestens einen Mustersignalverlauf (W_0) 73 aus der Menge der Mustersignalverläufe 74, 74', 74" der aktuelle Signalverlauf 76 die größtmögliche Übereinstimmung aufweist und in einer vorteilhaften Ausgestaltung auch zusätzlich noch Informationen enthalten, wie gut die Übereinstimmung zwischen dem aktuellen Signalverlauf 76 und dem mindestens einen Mustersignalverlauf (W_0) 73 gegeben ist. In diesem Beispiel nach der 3 weist der Mustersignalverlauf 74 die bestmögliche Übereinstimmung mit dem aktuellen Signalverlauf 76 auf. Die Ermittlung der größtmöglichen Übereinstimmung kann dabei mittels mathematischer Ausgleichsrechnung (Fit, Regressionsanalyse), beispielsweise mit Hilfe der „Methode der kleinsten Fehlerquadrate“ (least mean squares) durchgeführt werden.
Das Steuersignal 79 (1) kann für die weitere Datenverarbeitung der EIT-Daten 3 (1) bei der Anwendung der Elektro- Impedanz Tomographie durch das EIT-Gerät beispielsweise 30 (1) für die Visualisierung 82 (1) auf der Ausgabeeinheit 80 (1) verwendet werden. Eine solche Verwendung ist beispielsweise die Einbeziehung der ermittelten elliptischen Umfangsform oder der Abweichung von einer vorgegebenen typischen Umfangsform des Thorax 34 (1, 2) in den Bildrekonstruktionsalgorithmus zur Gewinnung der Bilddaten für die Visualisierung 82 (1) der Impedanzverteilung in der dorsalen Ansicht (1) auf Basis der Messsignale 55 (1).
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 einer elliptischen Umfangsform (20') 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 mittels einer Einheit zur Signaleinspeisung 51 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 am Thorax 34 gegenüberliegend angeordneten Elektrodenpaare der jeweils ausgewählten Elektroden 36 in jedem Messumlauf bestimmt.
In einem vierten Schritt 104 wird ein logarithmisches Verhältnismaß (W) 72, beispielsweise $W = l g (\frac{U_{56 x}}{{\bar{U}}_{56}}), W = l n (\frac{U_{56 x}}{{\bar{U}}_{56}})$
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 ermittelten Mittelwerten (U _S6) 560 als ein aktueller Signalverlauf 76 bestimmt.
In einem fünften Schritt 105 wird ein Vergleich des aktuellen Signalverlaufs 76 mit mindestens einem Mustersignalverlauf (W_0) 73 durchgeführt. Der mindestens eine Mustersignalverlauf (W_0) 73 repräsentiert in dieser 4 einen Mustersignalverlauf aus einer Menge von Mustersignalverläufen für typische elliptische Umfangsformen der Elektrodenanordnung am Thorax 34 (1). Mittels dieses Vergleichs wird eine aktuelle elliptische Umfangsform 20' der Elektrodenanordnung am Thorax 34 (1) bestimmt.
In einem sechsten Schritt 106 wird ein Steuersignal 79 erzeugt und bereitgestellt, welches die bestimmte aktuelle elliptische Umfangsform 20' der Elektroden 33 (1) 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: Elektrodenanordnung an einer ersten elliptischen Umfangsform
13: Elektrodenanordnung an einer zweiten elliptischen Umfangsform
20': Aktuelle elliptische Umfangsform des Thorax
20, 21, 22: elliptische Umfangsformen des Thorax
30: EIT- Gerät
32: Leitungsverbindungen, Zuleitungen der Elektroden
33: Elektroden E1 .. E16, Elektrodenanordnung
34: Thorax, Brustkorb, Brustkorbumfang
35: Patient
36, 36': Auswahl von Elektroden, gegenüberliegend zu Einspeiseelektroden
37: Einspeiseelektroden
39, 39': Ausbreitung der Einspeisung im Thorax
50: Einheit zur Signalerfassung (DAQ)
51: Einheit zur Signaleinspeisung
52: Umlauf der Signaleinspeisungen (Messzyklus, Frame)
53: Umlauf der Signalerfassungen (Messumlauf, Partial Frame)
55: Messsignale U 1... Un
56: ausgewählte Messsignale W1...W16
57: Elektrode E1
58: Elektrode E16
60: Signaldarstellung
70: Berechnungs- und Steuerungseinheit
71: Datenspeicher
72: Signalverhältnis, gewichtetes Amplitudenverhältnis, Verhältnismaß (W)
73: Mustersignalverlauf (W_0)
74, 74', 74": Mustersignalverläufe
76: aktueller Signalverlauf
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 Bestimmung einer elliptischen Umfangsform (20'), einer der Vorrichtung zur Elektro-Impedanz-Tomographie (1) zugeordneten und am Thorax (34) eines Patienten (35) horizontal angeordneten Elektrodenanordnung, 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) 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 Signalverläufe (76) und Vergleichsdaten (73) zu speichern und bereitzustellen, wobei zur Bestimmung der elliptischen Umfangsform (20') - 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) 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) 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 (72) aus den ausgewählten Messsignalen (56) und den für diese ausgewählten Elektroden (36, 36') ermittelten Mittelwerten (560) als ein aktueller Signalverlauf (76) bestimmt werden, - von der Berechnungs- und Steuerungseinheit (70) in Zusammenwirkung mit der Datenspeicherungseinheit (71) ein Vergleich des aktuellen Signalverlaufs (76) mit mindestens einem Mustersignalverlauf (73) aus einer Menge von Mustersignalverläufen (74, 74' 74'') durchgeführt wird, wobei die Mustersignalverläufe (74, 74' 74'') typische Signalverläufe für verschiedene elliptische Umfangsformen der Elektrodenanordnung am Thorax (34) repräsentieren, - von der Berechnungs- und Steuerungseinheit (70) auf Basis des Vergleichs eine aktuelle elliptische Umfangsform (20') der Elektrodenanordnung am Thorax (34) bestimmt wird, - von der Berechnungs- und Steuerungseinheit (70) ein Steuersignal (79) erzeugt und bereitgestellt wird, welches die aktuell bestimmte elliptische Umfangsform (20') der Elektrodenanordnung 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) gegenüberliegende zwei direkt benachbarte Elektroden als jeweilige Elektrodenpaare zur Erfassung der ausgewählten Messsignale (56) gewählt werden und die Variation der zwei einspeisenden Elektroden (37) derart ausführt, dass in einem Messzyklus jede der zwei einspeisenden Elektroden (37) höchstens zweimal an der Einspeisung im Messzyklus beteiligt ist und in einem jedem Messumlauf jede 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 (72) aus den ausgewählten Messsignalen (56) und den für diese ausgewählten Elektroden (36, 36') ermittelten Mittelwerten (560) eine Skalierung in einer, einen zwischen den ausgewählten Messsignalen (56) und den ermittelten Mittelwerten (560) gegebenen Signalunterschied in einer den Signalunterschied hervorhebenden oder verstärkenden Weise anwendet.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 4, wobei die Berechnungs- und Steuerungseinheit (70) bei der Bestimmung der Verhältnismaße (72) eine logarithmische Skalierung, als eine, den Signalunterschied 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) eine Anzahl von drei, vier, fünf oder mehr als sechs Elektroden (33, 36, 36') der den zwei einspeisenden Elektroden (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 der aktuell ermittelten elliptischen Umfangsform (20') der Elektrodenanordnung zu ermitteln und in das Steuersignal (79) einzubeziehen und das Steuersignal (79) für die Ausgabeeinheit (80) bereitzustellen.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Ausgabeeinheit (80) zu einer Ausgabe und/ oder Bereitstellung der aktuell bestimmten elliptischen Umfangsform (20') auf Basis des bereitgestellten Steuersignals (79)ausgebildet ist.
Verfahren zum Betrieb (100) einer Anordnung zur Elektro- Impedanz-Tomographie (30) zu einer Bestimmung einer elliptischen Umfangsform (20') 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) eingespeist wird, - wobei in einem zweiten Schritt (102) in einem jedem Messumlauf eines Messzyklus jeweils an, den jeweils einspeisenden Elektroden (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) 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 aktueller Signalverlauf (76) bestimmt wird, - wobei in einem fünften Schritt (105) ein Vergleich des bestimmten aktuellen Signalverlaufs 76 mit mindestens einem Mustersignalverlauf (73) aus einer Menge von Mustersignalverläufen (74, 74', 74") durchgeführt wird, wobei die Mustersignalverläufe (74, 74', 74") unterschiedliche Signalverläufe für verschiedene typische elliptische Umfangsformen der Elektrodenanordnung am Thorax (34) repräsentieren und eine aktuelle elliptische Umfangsform (20') auf Basis des Vergleichs bestimmt wird, - wobei in einem sechsten Schritt (106) ein Steuersignal (79) erzeugt und bereitgestellt wird, welches die bestimmte aktuelle elliptische Umfangsform (20') der Elektrodenanordnung am Thorax (34) indiziert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, wobei als ausgewählte Elektroden (36, 36') zur Erfassung der ausgewählten Messsignale (56) eine Anzahl drei, vier, fünf oder mehr als sechs Elektroden (33, 36, 36') der den zwei einspeisenden Elektroden (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.