DE202004002930U1

DE202004002930U1 - Vorrichtung zur übersichtlichen und ortsauflösenden Darstellung der Lungenventilation

Info

Publication number: DE202004002930U1
Application number: DE202004002930U
Authority: DE
Original assignee: Rueter Dirk Dr-Ing
Current assignee: RUETER, DIRK, DR. ING., DE
Priority date: 2004-02-23
Filing date: 2004-02-23
Publication date: 2004-05-13
Anticipated expiration: 2014-02-24

Abstract

Vorrichtung zur kontinuierlichen Überwachung und vorteilhaften Darstellung der lokalen Lungenventilation, dadurch gekennzeichnet, dass mit mehreren auf einem elastischen Brustgürtel 2-1 in Reihen und Spalten angeordneten Schallwandlereinrichtungen 2-2 zum Aussenden bzw. Empfangen senkrecht durch die Körperoberfläche eines von Lungenbereichen des Patienten transmittierbaren Schallsignals 3-6, einer zentralen Schallwandlereinrichtung 3-3 zur zentralen Aufnahme des über das Herz 3-5 geleiteten Schallsignals und in einer Signalverarbeitungseinrichtung 2-4 die lokalen Ventilationstätigkeiten der Lunge so visuell dargestellt wird, dass die lokale Befüllung bzw. Erkrankung der Lunge in mehreren horizontalen Thoraxquerschnitten und diese Querschnitte (5) jeweils in mehrere Segmente 5-1 unterteilt farbig veränderlich oder in Helligkeitsstufen und im Rhythmus der Atmung dynamisiert zur visuellen Anzeige gebracht wird.

Description

Kurzbeschreibung
Die vorliegende Erfindung dient der vorteilhaften Auswertung und visuellen Darstellung der Lungenventilation von Beatmungspatienten in ortsauflösender Weise. Die Vorrichtung ist insbesondere für die Auswertung und dynamische Darstellung von ortsauflösenden akustischen Signalen zur Belüftungsmessung von regionalen Lungensegmenten designiert. Mit Hilfe der Vorrichtung kann Klinikpersonal quasi auf einen Blick die Beatmungs- und Lungensituation erfassen.
Hintergrund und Stand der Technik
Bei schweren Erkrankungen, nach Unfällen oder nach operativen Eingriffen – insbesondere auch im Bauchraum – ist für einen Teil der Patienten eine weitere künstliche Beatmung auf der Intensivstation vonnöten. Die Zeiträume an der künstlichen Beatmung können sich über Tage bis Wochen erstrecken.
Dabei kann es als Lungenkomplikation z. B. zu einer sogenannten Atelektase kommen, dies entspricht einem meist lokalen Kollaps der Lunge. Der betroffene Bereich der Lunge nimmt dann nicht mehr am Gasaustausch – der Atmung – teil. Neben der so verminderten und veränderten Lungenfunktion besteht bei einer lokalen Atelektase ein deutlich erhöhtes Risiko für eine dann folgende Pneumonie (Lungenentzündung). Eine Pneumonie stellt zumeist eine erhebliche Bedrohung für einen geschwächten Intensivpatienten dar.
Eine Atelektase zeichnet sich im Röntgenbild durch eine Abschattung des betroffenen Lungensegmentes aus. Entsprechend ist die materielle Zusammensetzung der Atelektase anders – nähmlich dichter – als die nicht betroffenen Lungenbereiche. In 1a und 1b sind die frontalen Röntgenaufnahmen einer intakten Lunge (1a) und einer Atelektase des rechten unteren Lungenflügels (1b) dargestellt. Zumeist ist bei postoperativen Beatmungspatienten einseitig ein unterer Lungenabschnitt (etwas seltener ein mittlerer Abschnitt) komplett betroffen.
Deshalb werden bei entsprechenden Risikopatienten an der künstlichen Beatmung täglich Röntgenaufnahmen gemacht. Die Röntgenaufnahmen stellen neben der Strahlenbelastung auch einen hohen apparativen Aufwand dar. Zudem kann so in ungünstigen Konstellationen eine Atelektase über 24 Stunden unentdeckt bleiben und dabei schon zu weiteren Komplikationen führen.
Ziel verschiedener Bemühungen ist es, eine kontinuierliche und automatische Überwachung der Lungenventilation zu erreichen. Erfolgsversprechende Ansätze wurden beispielsweise mit den Methoden der Impedanztomografie aufgezeigt, hier kann quasi kontinuierlich ein Querschnittsbild der Lunge erzeugt werden. Die Methode ist wegen des großen Aufwandes und der Komplexität noch nicht in die klinische Praxis vorgedrungen.
Die hier vorgestellte Methode basiert auf Messungen von akustischen Transmissionssignalen im unteren Ultraschallbereich. In dieser Methode wird die mehr oder weniger starke Transmission bzw. Dämpfung der lokalen Lungensegmente – je nach Befüllung – im Ultraschallbereich von ca. 10 – 50 kHz gemessen. Der Effekt ist sehr ausgeprägt und die physikalische Messmethode ist beschrieben in der deutschen Anmeldung des gleichnamigen Erfinders „Vorrichtung zur kontinuierlichen Überwachung der lokalen Lungenventilation" vom 05.02.2004.
Beschreibung der Erfindung
In dieser Erfindung werden die Ultraschallsignale auf eine neuartige und vorteilhafte Weise durch den Thorax geleitet, ausgewertet und dem Überwachungspersonal dynamisch – d.h. von Atemzug zu Atemzug – und besonders anschaulich zur Kenntnis gebracht. Insbesondere ist somit eine schnelle Übersicht über den Beatmungs- und Befüllungsvorgang der Lunge ermöglicht.
In 2 ist ein Gürtel 2-1 dargestellt, der hier beispielsweise in drei horizontalen Reihen umlaufend elektroakustische (EA) Sender 2-2 (bzw. EA-Empfänger, im nachhinein allgemein als EA-Wandler bezeichnet) enthält. Zusätzlich befindet sich ein zentraler EA-Wandler 2-3 frontal und direkt unterhalb des Brustbeines. Sämtliche Wandler liegen flach auf der Körperoberfläche auf und senden/empfangen senkrecht durch die Körperoberfläche. Die Signale werden im Auswertegerät 2-4 verarbeitet und angezeigt.
Ein vorteilhafter Schallweg zur lokalen Belüftungsmessung im Sinne dieser Anmeldung ist in 3 dargestellt. Hier gezeigt ist ein mit Computertomographie gewonnener horizontaler Querschnitt durch den Thorax. Schematisch dargestellt ist zusätzlich der Gürtel 2-1 bzw. 3-1 mit einer Reihe von flachen und horizontal umlaufenden EA-Wandlern 3-2 und dem zentraler Wandler 3-3. Die beiden dunklen sichelförmigen Bereiche 3-4 entsprechen den beiden luftgefüllten Lungenflügeln und der mittlere helle Bereich 3-5 dem Herzen.
Der mit großem Pfeil und Querlinien veranschaulichte Schallweg verläuft von einem EA-Wandler 3-2 senkrecht durch den regionalen Lungenbereich über das akustisch gut leitfähige Herz bis zum zentralen Wandler 3-3. Eine Veränderung der Lungenfüllung im Schallweg oder sogar eine Abnormität in diesem Lungenbereich verändert stark die Übertragungsdämpfung und entsprechend das Gesamtsignal.
In 4 ist dargestellt die praktisch gemessene Übertragungsintensität entsprechend 3. Beim Einatmen kommt es zu einer Signaldämpfung, nach dem Ausatmen zu einer höheren Übertragungsintensität.
Durch Anwahl der jeweiligen Wandler 3-2 kann der zu prüfende Lungenbereich individuell beschallt werden, und zwar sowohl in der Körperlängsachse entsprechend 2 als auch im umlaufenden Winkel entsprechend 3.
Durch eine automatische, schnelle und sequentielle Abfrage und Auswertung aller Wandler 3-2 lässt sich in mehreren Schnittbildern ein quasi 3-dimensionaler Beatmungszustand der Lunge ermitteln und dynamisiert von Atemzug zu Atemzug darstellen.
Eine vorteilhafte Darstellungsform auf dem Auswertegerät 2-4 ist in 5 wiedergegeben: 5a und 5b stellen die Lunge im geleerten und im gefüllten Zustand dar. Entsprechend der drei horizontalen Reihen mit EA-Wandlern 2-2 aus 2 wird die Lunge nun in drei horizontalen Schnittebenen dargestellt. Innerhalb jeder Schnittebene verändern Anzeigesegmente 5-1 entsprechend der Schallwege 3-6 im Atemrhythmus ihre Farbe bzw. Helligkeit folgend dem regionalen Schallwiderstand. Diese Darstellung lehnt sich an die gebräuchliche CT-Darstellung an und gestattet dem Klinikpersonal eine intuitive Ablesung der Lungenfunktion. Z.B. bei einer lokalen Atelektase oder Lungenfehlfunktion wird sich der charakteristische Schallwiderstand typischerweise verringern und nicht mehr signifikant im Atemzyklus variieren. Solch ein gefährdetes Lungensegment wäre über diese Art der Darstellung leicht aufzufinden.

Claims

Vorrichtung zur kontinuierlichen Überwachung und vorteilhaften Darstellung der lokalen Lungenventilation, dadurch gekennzeichnet, dass mit mehreren auf einem elastischen Brustgürtel 2-1 in Reihen und Spalten angeordneten Schallwandlereinrichtungen 2-2 zum Aussenden bzw. Empfangen senkrecht durch die Körperoberfläche eines von Lungenbereichen des Patienten transmittierbaren Schallsignals 3-6, einer zentralen Schallwandlereinrichtung 3-3 zur zentralen Aufnahme des über das Herz 3-5 geleiteten Schallsignals und in einer Signalverarbeitungseinrichtung 2-4 die lokalen Ventilationstätigkeiten der Lunge so visuell dargestellt wird, dass die lokale Befüllung bzw. Erkrankung der Lunge in mehreren horizontalen Thoraxquerschnitten und diese Querschnitte (5) jeweils in mehrere Segmente 5-1 unterteilt farbig veränderlich oder in Helligkeitsstufen und im Rhythmus der Atmung dynamisiert zur visuellen Anzeige gebracht wird.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schallsende- und Empfangseinrichtungen in flacher Bauform in mehreren Reihen und Spalten im akustischen Kontakt zur Thoraxoberfläche angelegt werden.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schallsende- und Empfangseinrichtungen mit elastischen Textilbändern, Gummis, Klebefilm oder Vakuum an den Thorax befestigt werden
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Frequenzbereich für die Schallsignale 3-6 bevorzugt der untere Ultraschallbereich von 5 – 200 kHz zur Anwendung kommt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein zentraler Schallwandler 2-3, 3-3 in der Region unterhalb des Brustbeines fixiert ist und dieser Schallwandler mit allen anderen Wandlern akustisch kommuniziert.
Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Schutzansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schallsende- und/oder Empfangseinrichtungen Piezoelemente enthalten.
Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Schutzansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Signalverarbeitungseinrichtung ein Schallsignal als Rauschen innerhalb einer selektierten Bandbreite (z. B. 10...30 kHz) oder auch ein Sinus-, Sweep- bzw. Pulssignal erzeugt wird.
Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Schutzansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schallwandlereinrichtungen 2-2, 3-2 in schneller Folge einzeln oder in Gruppen angewählt und akustisch aktiviert werden.
Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Schutzansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Signalauswertung des Empfangssignals die bevorzugten Frequenzanteile herausgefiltert und einer Bewertung auf Intensität, Intensitätsänderung und/oder auf spektrale Verschiebung unterzogen werden.
Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Schutzansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schallsende- und Empfangseinrichtungen sowie Gürtel und deren Kabelverbindungen aus temperaturbeständigen Materialien aufgebaut sind.
Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Schutzansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Schnittstelle aufweist, über die sie mit einem Rechner, einem Telekommunikationsgerät oder einem Drucker kommunizieren kann.