EP2884892A1 - VORRICHTUNG ZUR BESTIMMUNG DER REGIONALEN VERTEILUNG EINES MAßES FÜR DIE LUNGENPERFUSION - Google Patents

VORRICHTUNG ZUR BESTIMMUNG DER REGIONALEN VERTEILUNG EINES MAßES FÜR DIE LUNGENPERFUSION

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EP2884892A1
EP2884892A1 EP13750289.4A EP13750289A EP2884892A1 EP 2884892 A1 EP2884892 A1 EP 2884892A1 EP 13750289 A EP13750289 A EP 13750289A EP 2884892 A1 EP2884892 A1 EP 2884892A1
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EP
European Patent Office
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control
evaluation unit
perfusion
lung
bolus
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP13750289.4A
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French (fr)
Inventor
Tim BAIER-LÖWENSTEIN
Yvo Gärber
Stefan Mersmann
Eckhard Teschner
Steffen Leonhardt
Robert Pikkemaat
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Draegerwerk AG and Co KGaA
Original Assignee
Draeger Medical GmbH
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • A61M2205/3576—Communication with non implanted data transmission devices, e.g. using external transmitter or receiver

Definitions

  • the present invention relates to a device for loading ⁇ humor of the regional distribution of a measure of the lung perfusion in a sectional plane of the thorax of a patient with an electrical impedance tomography unit can be attached with a plurality of electrodes distributed around the circumference of the sectional plane of the thorax, and a control and evaluation unit connected to the plurality of electrodes, which is adapted to successively supply AC or AC voltage to each pair of electrodes and to receive voltage or current signals of the remaining electrodes as measurement signals and to reconstruct the impedance distribution in the sectional plane from the measurement signals; is provided with a supply means for intravenous delivery of a Leitdozensskontrastmit ⁇ means of, wherein the control and evaluation unit continues to be directed ⁇ , the changes of the impedance distribution due to the supply of conductivity contrast agent as a measure of Lun ⁇ genperfu sion in the cutting plane as a function of time.
  • Such a device is known from the article "Determination of lung perfusion by means of electrical impedance tomography", Henning Luepschen et al, Biomed Tech 2010;.. 55 (Suppl. 1), be ⁇ withdrawn
  • the apparatus comprises a Elektroimpedanztomographie- unit (EIT-unit) as they are widely used in techniktechni ⁇ 's applications.
  • EIT-unit has a plurality of electrodes distributed around the circumference of a sectional plane of the thorax are mounted.
  • a control and evaluation available which is connected to the Elekt ⁇ roden and which is adapted to successively supply AC or AC voltage to each pair of the plurality of electrodes and increase the resulting voltage or current signals of the other electrodes as measuring signals on ⁇ and from the measurement signals to reconstruct the impedance distribution in the cutting plane. More precisely, the impedance is not absolutely determined, but rather its change compared to a reference distribution.
  • Such an EIT unit is described, for example, in EP 2 228 009 A1.
  • a manually operated supply means eg, a syringe for intravenous supply of a conductivity contrast agent is present.
  • a conductivity contrast agent liquids can ⁇ used , whose conductivity differs significantly from that of blood.
  • the instantaneous values of the impedance can be displayed spatially resolved in a two-dimensional representation, the instantaneous values being represented by corresponding brightness values.
  • To Administration of a bolus of the conductivity contrast agent then displays, for example, first, the inflow of contrast agent into the right heart, where thereby exhibiting a correspondingly increased brightness in the image of the sectional plane of the thorax in the Be ⁇ reaching the right heart, after which the contrast medium, the right ventricle in the direction Lung leaves, causing the initially displayed with increased brightness right heart parts are darker again and the lungs brighter, after which the contrast ⁇ medium then flows back into the left heart, which then appears with ent ⁇ accordingly increased brightness on the display device.
  • a temporally varying representation of the instantaneous impedance value can also be displayed with spatial resolution, for example the maximum amplitude of the dilution curve or the integral value via the dilution curve; in the latter cases, a single spatially resolved representation of a measure of lung perfusion would then be generated for the administration of a bolus of the conductivity contrast agent.
  • the term "measure of lung perfusion" is used here to make it clear that the lung perfusion values do not have to be determined absolutely here, but only the relative proportions of the total perfusion can suffice.
  • the contrast agent When measuring lung perfusion with the aid of a conductivity contrast agent, the contrast agent must first be injected in order then to start the perfusion measurement on the EIT unit. This results in two problems in performing a measurement: a) based on the administration of the contrast agent, and b) based on the lung perfusion measurement.
  • a) based on the administration of the contrast agent In the transfer of the conductivity contrast agent has the Ge ⁇ speed at which the agent is administered under ⁇ To stands great influence on the accuracy of the measurement and the comparison of different measurements with one another. This is especially the case when the contrast agent is applied manually without detection of the exact volume and / or the exact time.
  • the administration of the contrast ⁇ takes place by means of manually and without technical supervision is not to be assumed that the in vivo concentration of the contrast medium is comparable for all measurements, and the possibility to quantify and comparability of EIT analysis is therefore not ensured.
  • the supply device for the conductivity contrast agent has a controllable metering device.
  • the control and evaluation unit and the metering device are connected to each other via a data connection and set up so that at least start and end time and amount of Ab ⁇ administration of a bolus of the conductivity contrast agent of the control and evaluation are available as parameters.
  • This, of course are also sets of parameters comprises arising by order ⁇ bill, such as start time, quantity and Injekti ⁇ ons horrus or start the timing, amount and duration of injection, etc ..
  • control and evaluation unit can be adapted to the control and evaluation unit, the controllable dosing a predetermined start time, a predetermined amount and a specified differently surrounded time course of the infusion of the conductive contrast medium as control parameters via the data link to- send.
  • the control and evaluation unit can only start the metering device and, as feedback from the metering device, receives the exact start time, the quantity and the time course of the infusion of the conductivity contrast agent.
  • the controllable metering device can be driven directly or indirectly via the control and evaluation unit also in third devices (eg, ventilator or patient monitor), wherein the metering device then concerning data starting time, administered amounts and time ⁇ union course of the bolus dose to the control and evaluation unit sends.
  • the data communication over the data connection can be implemented both wired and wireless.
  • control and evaluation unit is further configured to repeat the administration of the bolus of the conductivity contrast agent at predetermined time intervals and to display a trend representation representing the temporal development of the measure of lung perfusion as a function of time.
  • the delivery of the bolus can be manually triggered by operating a switch, wherein the actuation of the switch causes the Do ⁇ metering device for delivery of the bolus of the conductivity contrast ⁇ means, said metering device is started either by the control and evaluation unit, the pre give ⁇ nen Parameters (start, amount and time course of the bolus ⁇ task) are then known or directly without the interposition of the control and evaluation unit is started, the metering ⁇ device is adapted to the said parameters of bolus delivery then to the control and evaluation send.
  • the repeated actuation of the controllable metering device at predetermined time intervals from third devices can take place directly or indirectly via the control and evaluation unit.
  • control and evaluation unit is further adapted to the measure of the Perfu ⁇ sion spatially resolved via the pulmonary surface in the section plane through the thorax to bring two-dimensionally displayed.
  • control and evaluation unit is further adapted to determine the perfused area in the sectional plane and perfused FLAE ⁇ Chen, resulting respectively from the administration of a bolus of Conductive ⁇ keitskontraststoffs serving as trend display as function ⁇ on To show the time of the gifts of the boluses of the conductivity contrast medium.
  • perfused surfaces it is possible to define regions in which the measure for the perfusion lies above a predefined threshold value.
  • control and evaluation unit is further configured, in times without administration of conductivity contrast agent, from the impedance distributions of the sectional plane of the thorax to determine the regional distribution of the ventilator. tion and display it as a function of time. Procedures for determining the intratidal distribution of ventilation across the cross-section of the lung are described, for example, in EP 2 228 009 A1.
  • the metering device is provided with a temperature sensor for Leitdozensskontrastmit ⁇ tel or with a controllable by the control and evaluation unit for tempering the Leitdozensskontrastmit ⁇ tel.
  • the control and evaluation unit is to be ⁇ directed to determine from the determined or set by the tempering temperature of the Leitdozensskontrastmit ⁇ means of the cardiac output based on the Dilutionslicks and calibrate absolutely the measure of lung perfusion, due to the specific cardiac output.
  • an isotonic solution can be used for the calibration, the conductivity does not change and thus is not a conductivity contrast agent in the true sense.
  • the accuracy of measurement is increased, the comparability ver ⁇ different measurements as it is ensured that cyclic auto matic ⁇ measurements can be performed and the possibility of operator error is reduced by the user.
  • the administration of the contrast agent is carried out under conductivity defi ned ⁇ conditions such that the control and evaluation of the EIT-unit start time, volume and velocity are known to injection.
  • the control and evaluation unit triggers, either as a result of actuation of a switch or at predetermined time intervals automatically, or triggered by external third devices (such as the ventilator or patient monitor), the administration of a bolus of the conductivity ⁇ contrast agent with known parameters, wherein gleichzei ⁇ tig the EIT unit is caused to repeat measurements of the regional impedance distributions in the sectional plane of the thorax.
  • the dosing device sends data relating to start time, amount and time course of the delivery of a bolus to the control and evaluation unit, if the Dosiervorrich ⁇ device is prompted directly or by an external device for delivering a Bo ⁇ lus.
  • the timing of a perfusion measurement is precisely defined.
  • a defined volume of a conductivity contrast can be released at regular time intervals under defined conditions and a corresponding EIT measurement can be triggered by the EIT unit. This increases the accuracy of the measurement and ensures the comparability of different measurements.
  • a timer is integrated into the device, then cyclic, automatically performed measurements possible. The sources of error for a possible user error are reduced because the user can start a corresponding maneuver via a single switch pressure. The user therefore no longer has to inject the conductivity contrast agent as in the prior art, trigger the EIT measurement and possibly stop it. This makes such a device much easier to operate.
  • the defined administration of boluses allows a precise baseline for the EIT measurement to be determined by means of a modified Steward-Hamilton method.
  • the method can also be considered as a Steward-Hamilton method for EIT measurement.
  • ⁇ at not only the temperature of the injectate is measured son ⁇ countries the altered conductivity blood.
  • the results of the EIT measurements can be compared with each other, thus a trend over the heart-time volume and / or the lung perfusion can be calculated and displayed.
  • the calculation and display can take place both in the form of a regional representation, similar to an EIT ventilation image, but also as a single measured value (representation as a scalar).
  • V / Q ratio a trend in V / Q ratio can also be determined and displayed and used as a parameter for diagnosis and therapy.
  • V / Q ratio a trend in V / Q ratio can also be determined and displayed and used as a parameter for diagnosis and therapy.
  • the Bestim ⁇ tion of optimal ventilation parameters can be done in different ways. They can be determined either by a doctor or nursing staff, or they are determined by a wider ⁇ ren system (eg, an expert system) and proposed to the doctor or they are determined by another system (eg, an expert system) and automatically applied.
  • respirator e.g., expert system
  • respirator e.g., expert system
  • V / Q ratio the administration of drugs, based on a defined V / Q ratio can be optimized so that A possible ⁇ lichst optimum V / Q ratio is achieved.
  • alarms can be triggered with a correspondingly large shunt or dead space.
  • the alarm limits for triggering can either be entered by the user on the device or they can be generated automatically by means of appropriate clinical guidelines from another system (eg an expert system).
  • An alarm can also be triggered in the event of a corresponding change, that is to say as a function of the gradient of the observed measured value.
  • the symmetry operator calculates the symmetry in the tomograms and determines the symmetry between right and left half of the lung d is not simply placed in the middle of the picture, but it is automatically determined, for example, so that the center of gravity of the heart region is determined automatically. But it is also possible that the user has an appropriate sym- metric axis defined.
  • a score can be calculated. The smaller this score, the lower the symmetry between the two halves of the lung, the greater the probability for a Lurgierkran ⁇ effect.
  • the inverse of the symmetry operator the greater the inverse of the score, the greater the likelihood of lung disease.
  • control and evaluation unit is further adapted to areas of the lung in which the specific ventilation above a predetermined smoldering ⁇ lenhongs and the determined perfusion is below a further predetermined threshold value to identifi ⁇ for as a dead space and which in the illustrated sectional view Lungs to bring to the display.
  • control and evaluation unit is further configured to display lung areas in which the perfusion is above a predefined threshold value and the ventilation below a further predetermined threshold value as shunts for specific and in the sectional view of the lung.
  • control and evaluation unit can be further configured to display the time evolution of recognized shunts or dead spaces as a trend display over a period of time.
  • Fig. 1 shows a schematic block diagram of the invention shown SEN device
  • FIG. 2 shows by EIT certain changes of the impedance at three pixels in the sectional plane through the thorax after administration of a bolus of the conductivity concentrating agent
  • Fig. 3 shows a determined measure of the perfusion of the lung as a function of time as a trend representation
  • FIG. 4 shows the changes in the impedance at two pixels in the sectional plane through the thorax determined by EIT after administration of a bolus as a function of time
  • 5 to 13 show the development of the impedance distributions in the sectional plane through the thorax in the form of contour lines at successive times after administration of the bolus.
  • Fig. 1 the EIT unit with a control and evaluation ⁇ unit 2 connected to measuring cables 1 is shown.
  • the feed device 4 is a controllable metering device. Between the control and evaluation unit 2 and the feed device 4 is a two-way data link 3.
  • the dosing ⁇ device 4 is connected to a venous catheter 5 through which the conductivity contrast medium is injected.
  • the measurement ⁇ cables 1 connect the control and evaluation unit 2 with Elect ⁇ roden Ei, ... E N that are arranged annularly around the thorax.
  • the control and evaluation unit is provided with a excellenteinrich ⁇ device 6.
  • Both the supply device 4 and the control and evaluation unit 2 can via an external data ⁇ connection 8 with third devices, such as a ventilator including an expert system or monitoring monitor contained therein.
  • the control and evaluation unit causes the Dosiervor ⁇ direction to inject a bolus of 10 ml of 1 molar NaCl solution over a period of less than 2 seconds via a central venous catheter.
  • This bolus can be observed in the EIT image after about 3 seconds in the area of the heart for about 25 seconds and after about 6 seconds for about 20 seconds in the lungs, with the maximum of the bolus is observed after about 4 to 7 seconds , In FIG.
  • the impedance curves are exemplary after administration of a bolus at three points in the image plane of the thorax shown (in this case in the animal experiment, Jung ⁇ pig ca. 35kg), the curve in solid line corresponds to one picture element in the region of the heart that gepunk ⁇ ended curve one pixel in the right lung and the ge ⁇ dashed curve corresponds ent ⁇ a pixel in the left lung.
  • the bolus first reaches the heart and then the two lungs. In this case, it can be concluded from the delay of the two lung curves against each other already on a possible pathology in the lung.
  • the time difference between the two lung halves can be used to assess and indicate the severity of the pathophysiological manifestation.
  • the time difference of the curves of the right and left lungs is about 3 seconds. This time difference is determined from the time interval of the maxima of the two curves.
  • the measurement accuracy of the method is particularly high, since the bolus has a direct influence on the impedance of the blood and thus the EIT measurement di ⁇ rectly influenced.
  • shape of the dilution curves as in FIG. 2 reference is made to the article "The shape of indicator dilution curves used for cardiac output measurement in one", DM Band et al., The Journal of Physiology, 1997, January 1, 498 (US Pat.
  • Fig. 3 shows a measure of the perfusion of the lung, here the mean perfusion over the cutting plane through the thorax as a trend representation as a function of time over many hours. Egg- Such a trend view of lung perfusion can provide important clues to the patient's development and condition.
  • Fig. 4 shows the changes in the impedance at two pixels in the section plane through the thorax determined by EIT after administration of a bolus of the conductivity concentration medium as a function of time. At the times marked with circles, the impedance distributions in the sectional plane through the thorax in the form of contour lines are shown in FIGS. 5 to 14.
  • Fig. 5 shows graphs of lung perfusion resolved by EIT as height lines at time 0.025s (the bolus has not yet reached the heart and lungs) after bolus administration and 1.275s after bolus administration. At 1.275s you can see the bolus entering the heart region.
  • Figure 6 shows plots of lung perfusion EIT means resolved as contour lines at the time 2.525s 3.775s and after Bo ⁇ lusgabe. At 2,525s, you can see the bolus flow from the heart region into the right lung. In addition, the left lung is partially reached by the bolus. At 3.775s, you can see the bolus spreading further over the two halves of the lung.
  • Figure 7 shows graphs of lung perfusion resolved by EIT as height lines at time 5.025s and 6.275s after bolus delivery. At 5.025s, the bolus is completely dispersed and starts to drain at 6.275s.
  • Fig. 8 shows graphs of lung perfusion resolved by EIT as contour lines at time point 8,775s after bolus administration and 10,025s after bolus administration. The bolus flows out of the lungs through the heart.
  • Figures 9-13 show plots of lung perfusion resolved by EIT as contour lines between times 11.275s and 21.275s after bolus delivery.
  • the bolus flows out of the lungs through the heart.
  • one more heartbeat can be recognized by the extent of the contour lines in the heart region.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der regionalen Verteilung eines Maßes für die Lungenperfusion mit einer Elektroimpedanztomographie-Einheit mit Elektroden (E1,... EN), die um den Umfang einer Schnittebene verteilt am Thorax anbringbar sind, und mit einer mit den Elektroden verbundenen Steuer- und Auswerteeinheit (2), die dazu eingerichtet ist, sukzessive jedem Paar von Elektroden Wechselstrom oder Wechselspannung zuzuführen und Spannungs- oder Stromsignale der übrigen Elektroden als Messsignale aufzunehmen und aus den Messsignalen die Impedanzverteilung in der Schnittebene zu rekonstruieren, einer Zufuhreinrichtung (4) zur intravenösen Zufuhr eines Leitfähigkeitskontrastmittels, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit (2) weiter dazu eingerichtet ist, die Änderungen der Impedanzverteilung infolge der Zufuhr von Leitfähigkeitskontrastmittel als Maß für die Lungenperfusion in der Schnittebene als Funktion der Zeit zur Anzeige zu bringen. Er- findungsgemäß ist vorgesehen, dass die Zufuhreinrichtung (4) eine steuerbare Dosiervorrichtung aufweist und die Steuer- und Auswerteeinheit und die Dosiervorrichtung über eine Datenverbindung (3) miteinander verbunden und so eingerichtet sind, dass mindestens Start- und Endzeit und Menge der Abgabe eines Bolus des Leitfähigkeitskontrastmittels der Steuer- und Auswerteeinheit (2) zur Verfügung stehen.

Description

Vorrichtung zur Bestimmung der regionalen Verteilung eines Maßes für die Lungenperfusion
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Be¬ stimmung der regionalen Verteilung eines Maßes für die Lungenperfusion in einer Schnittebene des Thorax eines Patienten mit einer Elektroimpedanztomographie-Einheit mit einer Vielzahl von Elektroden, die um den Umfang der Schnittebene verteilt am Thorax anbringbar sind, und mit einer mit der Vielzahl von Elektroden verbundenen Steuer- und Auswerteeinheit, die dazu eingerichtet ist, sukzessive jedem Paar von Elektroden Wechselstrom oder Wechselspannung zuzuführen und Spannungs- oder Stromsignale der übrigen Elektroden als Messsignale aufzunehmen und aus den Messsignalen die Impedanzverteilung in der Schnittebene zu rekonstruieren, und mit einer Zufuhreinrichtung zur intravenösen Zufuhr eines Leitfähigkeitskontrastmit¬ tels, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit weiter dazu einge¬ richtet ist, die Änderungen der Impedanzverteilung infolge der Zufuhr von Leitfähigkeitskontrastmittel als Maß für die Lun¬ genperfusion in der Schnittebene als Funktion der Zeit zur Anzeige zu bringen.
Eine derartige Vorrichtung ist aus dem Artikel „Bestimmung der Lungenperfusion mittels elektrischer Impedanztomographie", Henning Luepschen et al . , Biomed Tech 2010; 55 (Suppl. 1), be¬ kannt. Die Vorrichtung weist eine Elektroimpedanztomographie- Einheit (EIT-Einheit ) auf, wie sie vielfach in medizintechni¬ schen Anwendungen verwendet werden. Eine solche EIT-Einheit hat eine Mehrzahl von Elektroden, die um den Umfang einer Schnittebene verteilt am Thorax anbringbar sind. Ferner ist eine Steuer- und Auswerteeinheit vorhanden, die mit den Elekt¬ roden verbunden ist und die dazu eingerichtet ist, sukzessive jedem Paar aus der Mehrzahl von Elektroden Wechselstrom oder Wechselspannung zuzuführen und die resultierenden Spannungsoder Stromsignale der übrigen Elektroden als Messsignale auf¬ zunehmen und aus den Messsignalen die Impedanzverteilung in der Schnittebene zu rekonstruieren. Genauer gesagt wird dabei nicht die Impedanz absolut bestimmt, sondern ihre Veränderung gegenüber einer Referenzverteilung. Eine derartige EIT-Einheit ist zum Beispiel in EP 2 228 009 AI beschrieben.
Ferner ist bei der bekannten Vorrichtung eine manuell betätigte Zufuhreinrichtung (z.B. eine Spritze) zur intravenösen Zufuhr eines Leitfähigkeitskontrastmittels vorhanden. Als Leit¬ fähigkeitskontrastmittel können Flüssigkeiten verwendet wer¬ den, deren Leitfähigkeit sich deutlich von derjenigen von Blut unterscheidet. Nach Gabe eines Bolus des Leitfähigkeitskon¬ trastmittels lassen sich regionale Leitfähigkeitsdilutionskur- ven aufnehmen, d.h. das Durchströmen des Bolus durch die Schnittebene zeigt sich in einem schnellen Anstieg der Impe¬ danz auf einen Maximalwert, wonach ein langsamerer Abfall auf die Grundlinie erfolgt (falls das Leitfähigkeitskontrastmittel die Impedanz senkt, zeigt sich ein Abfall der Impedanz auf ei¬ nen Minimalwert und danach einen Anstieg auf die Grundlinie) . Solche Dilutionskurven lassen sich für die einzelnen Bildelemente der rekonstruieren Impedanzverteilung der Schnittebene durch den Thorax aufnehmen und auf einer Anzeigeeinrichtung zur Anzeige bringen. Es können zum Beispiel in einer zweidimensionalen Darstellung die bestimmten Momentanwerte der Impedanz ortsaufgelöst dargestellt werden, wobei die Momentanwerte durch entsprechende Helligkeitswerte dargestellt werden. Nach Gabe eines Bolus des Leitfähigkeitskontrastmittels zeigt sich dann zum Beispiel zunächst das Einfließen des Kontrastmittels ins rechte Herz, wo sich dadurch eine entsprechend erhöhte Helligkeit in der Abbildung der Schnittebene des Thorax im Be¬ reich des rechten Herzens zeigt, wonach das Kontrastmittel das rechte Herz in Richtung Lunge verlässt, wodurch die zunächst mit erhöhter Helligkeit dargestellten rechten Herzteile wieder dunkler werden und die Lunge heller wird, wonach das Kontrast¬ mittel dann zurück in das linke Herz fließt, das dann mit ent¬ sprechend erhöhter Helligkeit auf der Anzeigeeinrichtung erscheint. Anstatt einer zeitlich variierenden Darstellung des momentanen Impedanzwerts können auch andere Parameter der Di- lutionskurven ortsaufgelöst angezeigt werden, zum Beispiel die maximale Amplitude der Dilutionskurve oder der Integralwert über die Dilutionskurve; in den letzteren Fällen würde für die Gabe eines Bolus des Leitfähigkeitskontrastmittels dann eine einzelne ortsaufgelöste Darstellung eines Maßes für die Lun- genperfusion erzeugt. Der Begriff „Maß für die Lungenperfusi- on" wird hier verwendet, um deutlich zu machen, dass die Lungenperfusionswerte hier nicht absolut bestimmt werden müssen, sondern nur die relativen Anteile an der Gesamtperfusion ausreichen können.
Bei der Messung der Lungenperfusion unter Zuhilfenahme eines Leitfähigkeitskontrastmittels muss zunächst das Kontrastmittel injiziert werden, um anschließend die Perfusionsmessung an der EIT-Einheit zu starten. Hieraus resultieren zwei Probleme bei der Durchführung einer Messung: a) bezogen auf die Gabe des Kontrastmittels, und b) bezogen auf die Lungenperfusionsmes- sung . Bei der Gabe des Leitfähigkeitskontrastmittels hat die Ge¬ schwindigkeit, mit der das Mittel verabreicht wird, unter Um¬ ständen großen Einfluss auf die Genauigkeit der Messung und auf die Vergleichbarkeit verschiedener Messungen untereinander. Dies ist insbesondere der Fall, wenn das Kontrastmittel manuell ohne Erfassung des exakten Volumens und/oder des exakten Zeitpunkts appliziert wird. Soweit die Gabe des Kontrast¬ mittels manuell und ohne technische Überwachung erfolgt, ist nicht davon auszugehen, dass die in-vivo-Konzentration des Kontrastmittels für alle Messungen vergleichbar ist, und die Quantifizierbarkeit und Vergleichbarkeit von EIT-Analysen ist somit nicht sichergestellt.
Bei der Lungenperfusionsmessung ergibt sich auch ein Zeitversatz zwischen der Gabe des Leitfähigkeitskontrastmittels und dem Beginn der Messung. Dieser Zeitversatz kann bereits zu einer verminderten Qualität der Analyseergebnisse führen. Da zu¬ dem nicht vorausgesetzt werden kann, dass der Zeitversatz immer konstant ist, sind zwei Messungen nur bedingt miteinander vergleichbar, da von unterschiedlichen Konzentrationen des Kontrastmittels im Blut zu den jeweiligen Messzeitpunkten auszugehen ist. Gleiches gilt bei Ende der Gabe des Kontrastmit¬ tels, denn hierbei muss auch die Lungenperfusionsmessung nach einer definierten Zeit beendet werden. Auch dabei ist von einem Zeitversatz zwischen dem Ende der Gabe des Kontrastmittels und dem Beenden der EIT-Messung auszugehen.
Da die Messungen bei manueller Applikation des Leitfähigkeitskontrastmittels möglicherweise stark voneinander abweichen und die Ergebnisse der Messungen nicht reproduzierbar sind, lassen sich keine verlässlichen Schlussfolgerunen aus den Messwerten ableiten. So ist es zum Beispiel nicht möglich, dass Ventila- tions-Perfusions-Verhältnis (V/Q-Ratio) so zu bestimmen, dass verschiedene Messungen miteinander vergleichbar sind und somit ein Trend erfasst werden kann.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Bestimmung der regionalen Verteilung eines Maßes für die Lungenperfusion so auszugestalten, dass eine bessere Reproduzierbarkeit und Vergleichbarkeit aufeinanderfolgender Messun¬ gen an einer Person oder von Messungen an verschiedenen Personen erreicht werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Merkmale des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen der Vorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß weist die Zufuhreinrichtung für das Leitfähigkeitskontrastmittel eine steuerbare Dosiervorrichtung auf. Die Steuer- und Auswerteeinheit und die Dosiervorrichtung sind über eine Datenverbindung miteinander verbunden und so eingerichtet, dass mindestens Start- und Endzeit und Menge der Ab¬ gabe eines Bolus des Leitfähigkeitskontrastmittels der Steuer- und Auswerteeinheit als Parameter zur Verfügung stehen. Damit sind natürlich auch Parametersätze umfasst, die sich durch Um¬ rechnung ergeben, wie z.B. Startzeitpunkt, Menge und Injekti¬ onsgeschwindigkeit oder Startzeitpunkt, Menge und Dauer der Injektion etc.. Dabei kann die Steuer- und Auswerteinheit dazu eingerichtet sein, der steuerbaren Dosiervorrichtung eine vorgegebene Startzeit, eine vorgegebene Menge und einen vorgege¬ benen zeitlichen Verlauf der Infusion des Leitfähigkeitskontrastmittels als Steuerparameter über die Datenverbindung zu- senden. Alternativ kann die Steuer- und Auswerteeinheit die Dosiervorrichtung lediglich starten und erhält als Rückmeldung von der Dosiervorrichtung die genaue Startzeit, die Menge und den zeitlichen Verlauf der Infusion des Leitfähigkeitskontrastmittels. Alternativ kann die steuerbare Dosiervorrichtung auch von dritten Geräten (z.B. Beatmungsgerät oder Überwachungsmonitor) direkt oder indirekt über die Steuer- und Auswerteeinheit angesteuert werden, wobei die Dosiervorrichtung dann Daten betreffend Startzeit, applizierte Mengen und zeit¬ lichen Verlauf der Bolusgabe an die Steuer- und Auswerteeinheit sendet. Dabei kann die Datenkommunikation über die Datenverbindung sowohl drahtgebunden als auch drahtlos realisiert sein .
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuer- und Auswerteeinheit weiter dazu eingerichtet, die Gabe des Bolus des Leitfähigkeitskontrastmittels in vorgegebenen zeitlichen Ab¬ ständen zu wiederholen und eine die zeitliche Entwicklung des Maßes der Lungenperfusion als Funktion der Zeit repräsentierende Trenddarstellung zur Anzeige zu bringen. Alternativ kann die Gabe des Bolus manuell durch Betätigen eines Schalters ausgelöst werden, wobei die Betätigung des Schalters die Do¬ siervorrichtung zur Gabe des Bolus des Leitfähigkeitskontrast¬ mittels veranlasst, wobei Dosiervorrichtung entweder von der Steuer- und Auswerteeinheit gestartet wird, der die vorgegebe¬ nen Parameter (Start, Menge und zeitlicher Verlauf der Bolus¬ gabe) dann bekannt sind oder direkt ohne Zwischenschaltung der Steuer- und Auswerteeinheit gestartet wird, wobei die Dosier¬ vorrichtung dazu eingerichtet ist, die genannten Parameter der Bolusgabe dann an die Steuer- und Auswerteeinheit zu senden. Alternativ kann die wiederholte Ansteuerung der steuerbaren Dosiervorrichtung in vorgegebenen zeitlichen Abständen auch von dritten Geräten aus (z.B. Beatmungsgerät oder Überwachungsmonitor) direkt oder indirekt über die Steuer- und Auswerteeinheit erfolgen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuer- und Auswerteeinheit weiter dazu eingerichtet, das Maß für die Perfu¬ sion ortsaufgelöst über die Lungenfläche in der Schnittebene durch den Thorax zweidimensional zur Anzeige zu bringen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Steuer- und Auswerteeinheit weiter dazu eingerichtet, die perfundierte Fläche in der Schnittebene zu bestimmen und perfundierten Flä¬ chen, die sich jeweils aus der Gabe eines Bolus des Leitfähig¬ keitskontrastmittels ergeben, als Trenddarstellung als Funkti¬ on der Zeit der Gaben der Boli des Leitfähigkeitskontrastmit¬ tels zur Anzeige zu bringen. Als perfundierte Flächen können dabei solche Gebiete definiert werden, in denen das Maß für die Perfusion oberhalb eines vorgegebenen Schwellenwertes liegt. Ergänzend kann innerhalb der perfundierten Flächen ein Maß für die Homogenität der Perfusion bestimmt werden, z.B. die mittlere Abweichung von der gemittelten Perfusion in der perfundierten Fläche (=0, wenn die Perfusion überall gleich ist) , und als Trenddarstellung als Funktion der Zeit der Gaben der Boli zur Anzeige gebracht werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuer- und Auswerteeinheit weiter dazu eingerichtet, in Zeiten ohne Gabe von Leitfähigkeitskontrastmittel aus den Impedanzverteilungen der Schnittebene des Thorax die regionale Verteilung der Ventila- tion zu bestimmen und als Funktion der Zeit zur Anzeige zu bringen. Verfahrensweisen zur Bestimmung der intratidalen Verteilung der Ventilation über den Querschnitt der Lunge sind zum Beispiel in EP 2 228 009 AI beschrieben.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Dosiervorrichtung mit einem Temperatursensor für das Leitfähigkeitskontrastmit¬ tel oder mit einer von der Steuer- und Auswerteeinheit steuerbaren Temperiereinrichtung für das Leitfähigkeitskontrastmit¬ tel versehen. Die Steuer- und Auswerteeinheit ist dazu einge¬ richtet, aus der bestimmten oder durch die Temperiereinrichtung eingestellten Temperatur des Leitfähigkeitskontrastmit¬ tels das Herzauswurfvolumen auf Basis des Dilutionsprinzips zu bestimmen und aufgrund des bestimmten Herzauswurfsvolumens das Maß für die Lungenperfusion absolut zu kalibrieren. Grundsätzlich kann für die Kalibration auch eine isotone Lösung verwendet werden, die Leitfähigkeit nicht ändert und damit kein Leitfähigkeitskontrastmittel im eigentlichen Sinne ist.
Durch die Messung oder Einstellung der Temperatur des Leitfähigkeitskontrastmittels ist es möglich, mithilfe des Diluti¬ onsprinzips (zum Beispiel nach der Steward-Hamilton-Methode) das Herzauswurfvolumen zu berechnen und somit die gemessenen EIT-Werte bezüglich der Perfusion zu kalibrieren und die Genauigkeit der Messung zu verbessern.
Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass die Genauigkeit der Messung gesteigert wird, die Vergleichbarkeit ver¬ schiedener Messungen gewährleistet ist, dass zyklische, auto¬ matische Messungen durchgeführt werden können und die Möglichkeiten von Fehlbedienungen durch den Benutzer reduziert sind. Die Gabe des Leitfähigkeitskontrastmittels erfolgt unter defi¬ nierten Bedingungen, so dass der Steuer- und Auswerteeinheit der EIT-Einheit Startzeitpunkt, Volumen und Geschwindigkeit der Injektion bekannt sind. Die Steuer- und Auswerteeinheit löst, entweder infolge der Betätigung eines Schalters oder in vorgegebenen zeitlichen Abständen automatisch oder getriggert durch externe dritte Geräte (wie z.B. Beatmungsgerät oder Überwachungsmonitor) , die Gabe eines Bolus des Leitfähigkeits¬ kontrastmittels mit bekannten Parametern aus, wobei gleichzei¬ tig die EIT-Einheit zu wiederholten Messungen der regionalen Impedanzverteilungen in der Schnittebene des Thorax veranlasst wird. Alternativ sendet die Dosiervorrichtung Daten betreffend Startzeit, Menge und zeitlichem Verlauf der Abgabe eines Bolus an die Steuer- und Auswerteeinheit, falls die Dosiervorrich¬ tung direkt oder durch ein externes Gerät zur Abgabe eines Bo¬ lus veranlasst wird.
Durch die Daten-Verbindung zwischen der Steuer- und Auswerteeinheit der EIT-Einheit und dritten Geräten und der Dosiervorrichtung und durch die Steuerung oder Synchronisierung von EIT-Einheit und Dosiervorrichtung wird der zeitliche Ablauf einer Perfusionsmessung genau definiert. Für eine kontinuierliche Perfusionsmessung kann in regelmäßigen zeitlichen Abständen ein definiertes Volumen eines Leitfähigkeitskontrast¬ mittels unter definierten Bedingungen abgegeben und eine entsprechende EIT-Messung durch die EIT-Einheit ausgelöst werden. Hierdurch wird die Genauigkeit der Messung gesteigert und die Vergleichbarkeit verschiedener Messungen gewährleistet. Wenn darüber hinaus ein Zeitgeber in die Vorrichtung integriert ist, so sind zyklische, automatisch durchgeführte Messungen möglich. Die Fehlerquellen für eine mögliche Fehlbedienung durch den Benutzer sind reduziert, da der Benutzer ein entsprechendes Manöver über einen einzigen Schalterdruck starten kann. Der Benutzer muss daher nicht mehr wie im Stand der Technik das Leitfähigkeitskontrastmittel injizieren, die EIT- Messung auslösen und möglicherweise stoppen. Damit ist eine solche Vorrichtung auch in der Bedienung wesentlich einfacher.
Durch die definierte Gabe von Boli lässt sich anhand einer ge¬ änderten Steward-Hamilton-Methode eine präzise Grundlinie für die EIT-Messung bestimmen. Die Methode kann auch als Steward- Hamilton-Methode für die EIT-Messung betrachtet werden. Hier¬ bei wird nicht nur die Temperatur des Injektats gemessen, son¬ dern die geänderte Leitfähigkeit im Blut. Ein solches Verfah¬ ren ist beschrieben in: „Bestimmung der Lungenperfusion mittels elektrischer Impedanztomographie" von H. Luepschen et al . , 44. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Biomedizinische Technik (BNT 2010), Rostock, Deutschland, 6. - 8. Ok¬ tober 2010.
Da die Ergebnisse der EIT-Messungen miteinander verglichen werden können, kann somit ein Trend über das Herz-Zeit-Volumen und/oder die Lungenperfusion berechnet und angezeigt werden. Die Berechnung und Anzeige kann sowohl in Form einer regionalen Darstellung, ähnlich einem EIT-Ventilationsbild, erfolgen, aber auch als einzelner Messwert (Darstellung als Skalar) .
Für einen möglichst guten Gasaustausch in der Lunge muss das Verhältnis zwischen lokaler Ventilation V und Perfusion Q möglichst ausgewogen sein. In der Literatur wird daher das Verhältnis V/Q = 0,8... 1,0 als optimal bezeichnet. Es gibt bislang jedoch keine Möglichkeit, dieses Verhältnis regional in Echt¬ zeit zu bestimmen. Durch die bereits vorgestellte Verbesserung der Messergebnisse im Rahmen der vorliegenden Erfindung und deren quantitativer Interpretation in Bezug auf die physiologischen Kenngrößen lässt sich nun auch die V/Q-Ratio bestimmen und sowohl regional aufgelöst als auch als einzelner Messwert
(Skalar) anzeigen. Ein Vergleich von intra- und interindividu¬ ellen Daten ist nun ebenfalls möglich. Somit kann auch ein Trend bezüglich der V/Q-Ratio bestimmt und angezeigt werden und als Parameter für Diagnose und Therapie Verwendung finden. Anhand einer definierten V/Q-Ratio lassen sich nunmehr auch die Beatmungsparameter für einen Patienten optimieren, so dass eine möglichst optimale V/Q-Ratio erreicht wird. Die Bestim¬ mung der optimalen Beatmungsparameter kann auf verschiedene Arten erfolgen. Sie können entweder von einem Arzt oder Pflegepersonal festgelegt werden, oder sie werden von einem weite¬ ren System (z.B. einem Expertensystem) bestimmt und dem Arzt vorgeschlagen oder sie werden von einem weiteren System (z.B. einem Expertensystem) bestimmt und automatisch appliziert. Zum Austausch der erhobenen EIT-Perfusionsdaten und der regionalen V/Q-Ratio Werte mit dem Beatmungsgerät bzw. dem weiteren Sys¬ tem (z.B. einem Expertensystem) kann eine Datenverbindung zwischen der Steuer- und Auswerteeinheit und dem weiteren System
(z.B. Expertensystem) bzw. dem Beatmungsgerät bestehen.
Darüber hinaus kann anhand einer definierten V/Q-Ratio auch die Gabe von Medikamenten optimiert werden, so dass eine mög¬ lichst optimale V/Q-Ratio erreicht wird. Sie können entweder von einem Arzt beziehungsweise Pflegepersonal festgelegt wer¬ den oder sie werden von einem Expertensystem bestimmt und dem Arzt vorgeschlagen oder sie werden von dem weiteren System (z.B. einem Expertensystem) bestimmt und automatisch appliziert .
Durch die kontrollierte Verwendung von Leitfähigkeitskontrast¬ mitteln erschließt sich der EIT ein neuer Bereich der Anwendung. Das regionale Erfassen und Quantifizieren von Shunts (Lungenareale, die durchblutet, aber nicht ventiliert sind) und Toträumen (Lungenareale, die ventiliert, aber nicht durch¬ blutet sind) ist mit der klassischen „difference-in-time" EIT, nicht ohne weiteres möglich. Mithilfe der Vorrichtung dieser Erfindung ist diese diagnostisch und therapeutisch relevante regionale Bewertung prinzipiell möglich. Auch über die Shunts und Toträume der Lunge lassen sich entsprechende Trends be¬ rechnen und visualisieren . Wenn Shunts oder Toträume bestimmt werden, können hieraus auch entsprechende Therapieempfehlungen von der Steuer- und Auswerteinheit ausgegeben oder an das weiteres System (z.B. ein Expertensystem) bzw. das Beatmungsgerät übermittelt werden.
Mittels der definierten Gabe von Boli in bestimmte Zeitabständen ist es möglich, eine „Kalibration" der herzauswurf- und durchblutungsbedingten Informationen vorzunehmen, die mittels eines Verfahrens wie zum Beispiel in „Dynamic Separation of pulmonary and cardiac changes in electrical impedance to- mography", Physiol Meas . 2008 Juni; 29(6), Seiten 1 - 14, beschrieben, ermittelt werden. Wird diese Vorgehensweise mit ei¬ ner Dilutionsmessung kombiniert, so können die Ergebnisse in ihrer Genauigkeit nochmals verbessert werden. Ergeben sich deutliche Änderungen in kardiovaskulären Daten, so kann hieraus auf eine Änderung der Lungenperfusion oder des Herzschlag- volumens geschlossen und ein entsprechender Alarm generiert werden .
Für alle zuvor genannten Messwerte und Trends gilt, dass ein entsprechendes Alarmmanagement vorgesehen sein kann. So können zum Beispiel Alarme bei einem entsprechend großen Shunt bzw. Totraum ausgelöst werden. Die Alarmgrenzen zur Auslösung können hierbei entweder vom Benutzer am Gerät eingegeben werden oder sie werden anhand von entsprechenden klinischen Leitlinien von einem weiteren System (z.B. einem Expertensystem) automatisch erzeugt. Ein Alarm kann auch bei einer entsprechenden Änderung ausgelöst werden, also in Abhängigkeit des Gra¬ dienten des beobachteten Messwertes.
Mit der durch die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglichten Verbesserungen der Messwerte ist es nun auch möglich, eine Bildregistrierung (siehe zum Beispiel „A survey of image re- gistration techniques" von L.G. Brown in ACM Computing surveys Band 24, Nr. 4, 1992, Seiten 325 - 376, „Numerical methods for image registration" , J. Modersitzki, Oxford University Press, 2004) durchzuführen und die mittels EIT gewonnenen Bildinformationen über Lungenperfusion und Ventilation zum Beispiel in ein Computertomographie-Bild einzufügen und somit die zwei Mo¬ dalitäten (CT und EIT) miteinander zu verbinden. Hierdurch ist es für Ärzte und Personal möglich, Krankheitsbilder effizienter zu diagnostizieren und die Therapie entsprechend anzupas¬ sen .
Durch die Verbesserung der Messwerte ist es auch möglich, ein Multi-Slice-EIT-Bild der Lungenperfusion aufzunehmen, indem der Elektrodenring sukzessive in verschiedenen Höhen um den Thorax angelegt und entsprechende Messungen durchgeführt wer¬ den (bzw. es kann auch direkt eine Elektrodenanordnung verwendet werden, bei der die Elektroden in mehreren Ringen um den Thorax angeordnet sind) , so dass eine Vielzahl von Schnittbil¬ dern in verschiedenen Höhen erhalten werden. Diese Schnittbilder können Dank der ihrer Genauigkeit verbesserten Ergebnisse zusammengefügt werden, so dass sich hieraus ein dreidimensio¬ nales Bild der Lunge erstellen lässt. Wird die Messung wieder¬ holt, können die Veränderung der Lungenperfusion über die Zeit als Trend dreidimensional visualisiert werden.
Durch die verbesserte Bestimmung der Lungenperfusion ist es auch möglich, mittels eines Symmetrieoperators („The shape of indicator dilution curves used for cardiac Output measurement in man", D.M. Band et al . , The Journal of Physiology 1997, Ja¬ nuar 1, 498 (Pt 1), 225 - 229, „Automatic gait recognition by symmetry analysis", M.S. Nixon, Pattern Recogn. Lett., 24(13), 2175 - 2183, 2003, und „Detection of partial symmetry using correlation with rotated-reflected images", Masuda et al . , Pattern Recognition, 26(8); 1245 - 1253, 1993) mögliche Patho¬ logien zum einen aus der zeitlichen Verteilung des Bolus über die Lunge zu erkennen. Es ist auch möglich, diesen Symmetrieoperator auf die Verteilung der Amplitudenmaxima in dem Tomogramm anzuwenden, um ebenfalls mögliche Pathologien erkennen zu können. Dabei berechnet der Symmetrieoperator die Symmetrie auf den zuvor genannten Bildern und bestimmt die Symmetrie zwischen rechter und linker Lungenhälfte. Die Symmetrieachse wird hierfür nicht einfach in die Bildmitte gelegt, sondern sie wird automatisch bestimmt, zum Beispiel so, dass der Schwerpunkt der Herzregion automatisch ermittelt wird. Es ist aber auch möglich, dass der Benutzer eine entsprechende Sym- metrieachse definiert. Mittels des Symmetrieoperators lässt sich ein Score berechnen. Je kleiner dieser Score, desto geringer ist die Symmetrie zwischen den beiden Lungenhälften, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit für eine Lungenerkran¬ kung. Betrachtet man das Inverse des Symmetrieoperators, so ist die Wahrscheinlichkeit für eine Lungenerkrankung desto größer, je größer das Inverse des Scores ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuer- und Auswerteeinheit weiter dazu eingerichtet, Lungenareale, in denen die bestimmte Ventilation oberhalb eines vorgegebenen Schwel¬ lenwertes und die bestimmte Perfusion unterhalb eines weiteren vorgegebenen Schwellenwertes liegt, als Toträume zu identifi¬ zieren und in dem dargestellten Schnittbild der Lunge zur Anzeige zu bringen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Steuer- und Auswerteeinheit weiter dazu eingerichtet, Lungenareale, in denen die Perfusion oberhalb eines vorgegebenen Schwellenwertes und die Ventilation unterhalb eines weiteren vorgegebenen Schwellenwertes liegt, als Shunts zu bestimmten und in der Schnittdarstellung der Lunge zur Anzeige zu bringen. In vorteilhaften Ausführungsformen kann die Steuer- und Auswerteeinheit weiter dazu eingerichtet sein, die zeitliche Entwicklung von erkannten Shunts oder Todräumen als Trenddarstellung über einen Zeitraum zur Anzeige zu bringen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbei¬ spiels in den Figuren beschrieben, in denen: Fig. 1 eine schematische Blockdarstellung der erfindungsgemä¬ ßen Vorrichtung zeigt,
Fig. 2 durch EIT bestimmte Veränderungen der Impedanz an drei Bildpunkten in der Schnittebene durch den Thorax nach Gabe eines Bolus des Leitfähigkeitskonzentrationsmittels zeigt,
Fig. 3 ein ermitteltes Maß für die Perfusion der Lunge als Funktion der Zeit als Trenddarstellung zeigt,
Fig. 4 die durch EIT bestimmten Veränderungen der Impedanz an zwei Bildpunkten in der Schnittebene durch den Thorax nach Gabe eines Bolus als Funktion der Zeit zeigt, und
Fig. 5 bis 13 die Entwicklung der Impedanzverteilungen in der Schnittebene durch den Thorax in Form von Höhenlinien zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten nach Gabe des Bolus zeigen.
In Fig. 1 ist die EIT-Einheit mit einer Steuer- und Auswerte¬ einheit 2 verbunden mit Messkabeln 1 gezeigt. Die Zufuhreinrichtung 4 ist eine steuerbare Dosiervorrichtung. Zwischen der Steuer- und Auswerteeinheit 2 und der Zufuhreinrichtung 4 befindet sich eine bidirektionale Datenverbindung 3. Die Dosier¬ vorrichtung 4 ist mit einem venösen Katheter 5 verbunden, über den das Leitfähigkeitskontrastmittel injiziert wird. Die Mess¬ kabel 1 verbinden die Steuer- und Auswerteeinheit 2 mit Elekt¬ roden Ei, ... EN, die ringförmig um den Thorax angeordnet sind. Die Steuer- und Auswerteeinheit ist mit einer Anzeigeeinrich¬ tung 6 versehen. Sowohl die Zufuhreinrichtung 4 als auch die Steuer- und Auswerteeinheit 2 können über eine externe Daten¬ verbindung 8 mit dritten Geräten, z.B. einen Beatmungsgerät inkl. eines darin enthaltenen Expertensystems oder einem Überwachungsmonitor, verbunden sein.
Im Folgenden wird ein Beispiel für die Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei Gabe eines Leitwert-Bolus gege¬ ben. Die Steuer- und Auswerteeinheit veranlasst die Dosiervor¬ richtung einen Bolus von 10 ml 1-molarer NaCL-Lösung über einen Zeitraum von weniger als 2 Sekunden über einen zentralvenösen Katheter zu injizieren. Dieser Bolus kann im EIT-Bild nach etwa 3 Sekunden im Bereich des Herzens für ca. 25 Sekunden und nach etwa 6 Sekunden für ca. 20 Sekunden in der Lunge beobachtet werden, wobei das Maximum des Bolus nach etwa 4 bis 7 Sekunden zu beobachten ist. In Fig. 2 sind beispielhaft die Impedanzkurven nach Gabe eines Bolus an drei Punkten in der Bildebene des Thorax gezeigt (hier im Tierexperiment, Jung¬ schwein ca. 35kg), wobei die Kurve in durchgezogener Linie einem Bildelement im Bereich des Herzens entspricht, die gepunk¬ tete Kurve einem Bildelement in der rechten Lunge und die ge¬ strichelte Kurve einem Bildelement in der linken Lunge ent¬ spricht. Wie anhand der Kurven in Fig. 2 zu sehen ist, erreicht der Bolus zunächst das Herz und anschließend die beiden Lungen. In diesem Fall lässt sich aus der Verzögerung der beiden Lungenkurven gegeneinander bereits auf eine mögliche Pathologie in der Lunge schließen. Dabei kann die Zeitdifferenz zwischen den beiden Lungenhälften dazu benutzt werden, den Schweregrad der pathophysiologischen Ausprägung einzuschätzen und anzuzeigen. In diesem Fall beträgt die Zeitdifferenz der Kurven der rechten und der linken Lunge etwa 3 Sekunden. Diese Zeitdifferenz wird aus dem zeitlichen Abstand der Maxima der beiden Kurven bestimmt. In der Zeit, in der der Bolus wirkt, ist die Messgenauigkeit des Verfahrens besonders hoch, da der Bolus direkten Einfluss auf die Impedanz des Blutes hat und somit die EIT-Messung di¬ rekt beeinflusst. Bezüglich der Form der Dilutionskurven wie in Fig. 2 wird auf den Artikel „The shape of indicator diluti- on curves used for cardiac Output measurement in man", D.M. Band et al . , The Journal of Physiology, 1997, Januar 1; 498 (Pt 1), Seiten 225 - 229, verwiesen. Durch die Kopplung der EIT-Einheit und der Dosiervorrichtung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die zeitliche Abfolge der Manöver derart ko¬ ordiniert werden, dass eine Messung der Lungenperfusion gestartet wird, sobald die Gabe des Bolus gestartet wird. Die Messung wird anhand der Kenntnis des zuvor beschriebenen Tinnings derart kontrolliert, dass nur über das Zeitfenster, in dem der Bolus wirkt, gemessen wird. Die Ergebnisse dieser EIT- Messung lassen sich nach entsprechender Verarbeitung, zum Beispiel mit einem Verfahren wie in dem Artikel „Dynamic Separa¬ tion of pulmonary and cardiac changes in electrical impedance tomography von Deibele et al . , Physiol. Meas . Juni 2008, 29(6), Seiten 1 - 14 beschrieben, als Lungenperfusion darstellen. Wird die beschriebene Bolusmessung noch mit einer Thermo- dilutionsmessung kombiniert, so ist es zudem möglich, das Herzauswurfvolumen zum Zeitpunkt der Bolusmessung genau zu bestimmen und diesen Wert mit dem mittels EIT gemessenen Wert zu korrelieren, so dass im Folgenden mittels EIT das absolute Herzschlagvolumen bestimmt werden kann.
Fig. 3 zeigt ein Maß für die Perfusion der Lunge, hier die mittlere Perfusion über die Schnittebene durch den Thorax als Trenddarstellung als Funktion der Zeit über viele Stunden. Ei- ne solche Trenddarstellung der Lungenperfusion kann wichtige Hinweise auf Entwicklungen und Zustand des Patienten liefern.
Fig. 4 zeigt die durch EIT bestimmten Veränderungen der Impedanz an zwei Bildpunkten in der Schnittebene durch den Thorax nach Gabe eines Bolus des Leitfähigkeitskonzentrationsmittels als Funktion der Zeit. Zu den mit Kreisen markierten Zeitpunkten sind in den Fig. 5 - Fig. 14 die Impedanzverteilungen in der Schnittebene durch den Thorax in Form von Höhenlinien dargestellt.
Fig 5. zeigt Darstellungen der Lungenperfusion mittels EIT als Höhenlinen aufgelöst zum Zeitpunkt 0.025s (der Bolus ist noch nicht im Bereich von Herz und Lunge angekommen) nach Bolusgabe sowie 1.275s nach Bolusgabe. Bei 1.275s sieht man den Bolus in die Herzregion eintreten.
Fig 6. zeigt Darstellungen der Lungenperfusion mittels EIT als Höhenlinien aufgelöst zum Zeitpunkt 2.525s und 3.775s nach Bo¬ lusgabe. Bei 2.525s sieht man den Bolus von der Herzregion in die rechte Lunge strömen. Zudem wird auch die linke Lunge teilweise von dem Bolus erreicht. Bei 3.775s sieht man, wie sich der Bolus weiter über die beiden Lungenhälften ausbreitet .
Fig 7. zeigt Darstellungen der Lungenperfusion mittels EIT als Höhenlinen aufgelöst zum Zeitpunkt 5.025s sowie 6.275s nach Bolusgabe. Bei 5.025s ist der Bolus vollständig verteilt und beginnt bei 6.275s wieder abzufließen. Fig 8. zeigt Darstellungen der Lungenperfusion mittels EIT als Höhenlinien aufgelöst zum Zeitpunkt 8.775s nach Bolusgabe und 10.025s nach Bolusgabe. Der Bolus fließt durch das Herz wieder aus der Lunge ab.
Fig 9. - Fig 13 zeigen Darstellungen der Lungenperfusion mittels EIT als Höhenlinien aufgelöst zwischen den Zeitpunkten 11.275s und 21.275s nach Bolusgabe. Der Bolus fließt durch das Herz wieder aus der Lunge ab. Hierbei ist noch ein Herzschlag anhand der Ausdehnung der Höhenlinien in der Herzregion zu erkennen .
Bezugs zeichenliste :
1 : Messkabel
2 : Steuer- und Auswerteeinheit
3: Datenverbindung (kabelgebunden oder drahtlos)
4 : Zufuhreinrichtung
5: Katheter
6: Anzeigeeinrichtung
7 : Temperatursensor
8 : externe Datenverbindung (kabelgebunden oder drahtlos

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Bestimmung der regionalen Verteilung eines Maßes für die Lungenperfusion in einer Schnittebene des Thorax mit einer Elektroimpedanztomographie-Einheit mit einer Viel¬ zahl von Elektroden (Ei, ... EN) , die um den Umfang der Schnittebene verteilt am Thorax anbringbar sind, und mit einer mit der Vielzahl von Elektroden verbundenen Steuer- und Auswerteeinheit (2), die dazu eingerichtet ist, suk¬ zessive jedem Paar von Elektroden Wechselstrom oder Wechselspannung zuzuführen und Spannungs- oder Stromsignale der übrigen Elektroden als Messsignale aufzunehmen und aus den Messsignalen die Impedanzverteilung in der Schnittebene zu rekonstruieren, einer Zufuhreinrichtung (4) zur intravenösen Zufuhr eines Leitfähigkeits kontrastmittels , wobei die Steuer- und Auswerteeinheit (2) weiter dazu eingerichtet ist, die Änderungen der Impedanzverteilung infolge der Zufuhr von Leitfähigkeitskontrastmittel als Maß für die Lungenperfusion in der Schnittebene als Funktion der Zeit zur Anzeige zu bringen, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhreinrichtung (4) eine steuerbare Dosiervorrichtung aufweist und die Steuer- und Auswerteeinheit und die Dosiervorrichtung über eine Datenverbindung (3) miteinander verbunden und so eingerichtet sind, dass mindestens Start- und Endzeit und Menge der Abgabe eines Bolus des Leitfähigkeitskontrastmittels der Steuer- und Auswerteein¬ heit (2) zur Verfügung stehen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Auswerteeinheit (2) dazu eingerichtet ist, die Dosiervorrichtung zur Abgabe eines Bolus des Leitfä¬ higkeitskontrastmittels zu einer vorgegebenen Startzeit, mit einer vorgegebenen Menge und mit einem vorgegebenen zeitlichen Verlauf über die Datenverbindung (3) anzusteuern .
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiervorrichtung dazu eingerichtet ist, Daten betref¬ fend Startzeit, Menge und zeitlichem Verlauf der Abgabe eines Bolus über die Datenverbindung (3) an die Steuer- und Auswerteeinheit (2) zu senden, falls die Dosiervor¬ richtung direkt oder durch ein externes Gerät zur Abgabe eines Bolus veranlasst wird.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Auswerteeinheit (2) weiter dazu eingerichtet ist, die Gabe des Bolus des Leitfähigkeitskontrastmittels in vorgegebenen zeitlichen Abständen zu wiederholen und die zeitliche Entwicklung des Maßes der Lungenperfusion als Funktion der Zeit als Trenddarstellung zur Anzeige zu bringen. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Auswerteeinheit (2) und/oder die Dosiervorrichtung weiter dazu eingerichtet ist, die Gabe des Bolus des Leitfähigkeitskontrastmittels auf wiederholte manuelle Betätigung eines Schalters durch einen Benutzer wiederholt zu veranlassen und die zeitliche Entwicklung des Maßes der Lungenperfusion als Funktion der Zeit als Trenddarstellung zur Anzeige zu bringen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Auswerteeinheit
(2) und/oder die Dosiervorrichtung dazu eingerichtet sind, durch ein durch externe Geräte über eine Datenverbindung
(8) eingespeistes Signal zur Gabe des Bolus des Leitfähig¬ keitskontrastmittels veranlasst zu werden.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Auswerteeinheit (2) weiter dazu eingerichtet ist, das Maß für die Perfusi¬ on ortsaufgelöst über die Lungenfläche in der Schnittebene durch den Thorax zweidimensional zur Anzeige zu bringen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Auswerteeinheit (2) weiter dazu eingerichtet ist, Flächen, in denen das Maß für die Perfusion oberhalb einer vorgegebenen Schwelle liegt, als perfundierte Fläche in der Schnittebene zu bestimmen und die perfundierten Flächen, die sich jeweils aus der Gabe eines Bolus des Leitfähigkeitskontrastmittels ergeben, als Trenddarstellung als Funktion der Zeit der Gaben der Boli des Leitfähigkeitskontrastmittel zur Anzei¬ ge zu bringen.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Auswerteeinheit (2) weiter dazu eingerichtet ist, in Zeiten ohne Gabe von Leitfähigkeitskontrastmittel aus den Impedanzverteilungen die regionale Verteilung der Ventilation in der Schnittebene des Thorax zu bestimmen und als Funktion der Zeit zur Anzeige zu bringen.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiervorrichtung mit einem Temperatursensor (6) für das Leitfähigkeitskontrastmittel oder mit einer von der Steuer- und Auswerteeinheit (2) steuerbaren Temperiereinrichtung für das Leitfähigkeitskontrastmittel versehen ist und die Steuer- und Auswerte¬ einheit (2) dazu eingerichtet ist, aus der bestimmten oder eingestellten Temperatur des Leitfähigkeitskonzentrations- mittels das Herzauswurfvolumen auf Basis des Diluti- onsprinzips zu bestimmen und auf Grund des bestimmten Her¬ zauswurfsvolumens das Maß für die Lungenperfusion absolut zu kalibrieren.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Auswerteeinheit (2) weiter dazu eingerichtet ist, das Verhältnis von Ventilation zu Perfusion (V/Q) lokal zu bestimmen und zur Anzeige zu bringen und/oder das Verhältnis von Ventilation zu Perfusion (V/Q) gemittelt über den Lungenbereich in der Schnittebene des Thorax zu bestimmen und anzuzeigen.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Auswerteeinheit (2) weiter dazu eingerichtet ist, bei mehreren aufeinanderfolgenden Gaben von Boli jeweils das Verhältnis von Ventilation zu Perfusion (V/Q) lokal zu bestimmen und zu speichern und/oder das Verhältnis von Ventilation zu Perfusion (V/Q) gemittelt über den Lungenbereich in der Schnittebene des Thorax zu bestimmen und zu speichern und die Verhältnisse von Ventilation zu Perfusion (V/Q) als Trenddarstellung gemeinsam zur Anzeige zu bringen.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Auswerteeinheit (2) weiteren dazu eingerichtet ist, Lungenareale, in denen die bestimmte Ventilation oberhalb eines vorgegebenen Schwel¬ lenwertes und die bestimmte Perfusion unterhalb eines wei¬ ter vorgegebenen Schwellenwertes liegt, als Todräume zu identifizieren und in dem dargestellten Schnittbild der Lunge zur Anzeige zu bringen.
14. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Auswerteeinheit (2) weiter dazu eingerichtet ist, Lungenareale, in denen die Perfusion oberhalb eines vorgegebenen Schwellenwertes und die Venti¬ lation unterhalb eines weiteren vorgegebenen Schwellenwertes liegt, als Shunts zu bestimmen und in der Schnittdarstellung der Lunge zur Anzeige zu bringen.
15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Auswerteeinheit (2) weiter dazu eingerichtet ist, die zeitliche Entwicklung von erkannten Shunts oder Toträumen als Trenddarstellung über einen Zeitraum zur Anzeige zu bringen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Auswerteeinheit (2) dazu eingerichtet ist, die in den vorhergehenden Ansprüchen genannten, aus der bestimmten Lungenperfusion abgeleiteten oder berechneten Größen auf vorgegebene Kriterien zu überwachen und bei Feststellung, dass ein vorgegebenes Kriterium nicht mehr eingehalten wird, einen Alarm zu geben.
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