用于處理斷層攝影數(shù)據(jù)的裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于對借助于適合于產(chǎn)生用于成像的數(shù)據(jù)的醫(yī)療設(shè)備獲取的、在肺的區(qū)域或肺的換氣(通氣)和灌注(供血)方面、以及用于心臟供血方面的數(shù)據(jù)進行可視化和處理的裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]從現(xiàn)有技術(shù)中已知用于電子阻抗斷層攝影的裝置(EIT)。所述裝置構(gòu)成和設(shè)置用于:從借助于電子阻抗測量中獲取的信號和從中獲取的數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)流中產(chǎn)生一個圖像、多個圖像或連續(xù)的圖相序列。所述圖像或圖像序列示出了不同的身體組織、骨頭、皮膚和體液(血液、淋巴液、腦液)和器官(肺、心臟)在導(dǎo)電率方面的區(qū)別，它們用于診斷病癥、病癥圖像。
[0003]因此，US 6，236，886在具有用于信號檢測(電極)、信號處理(放大器、A/D轉(zhuǎn)換器)、電流饋送(發(fā)電機、電壓電流變換器、電流限制裝置)的部件、用于控制的部件Uc)的原理設(shè)計方案中描述具有多個電極裝置、在至少兩個電極處的電流饋送裝置的電的阻抗斷層攝影設(shè)備和具有用于供測定身體、如骨頭、皮膚和血管的導(dǎo)電率分布的圖像重建算法的方法。電的斷層攝影設(shè)備實現(xiàn)對一個心跳之內(nèi)的導(dǎo)電率變化的可視化和對心臟和血管中的血流的監(jiān)視以及具有關(guān)于心臟功能的附加信息的阻抗心電圖形式的心臟范圍的供血中的時間相關(guān)性。借助于該可視化，識別肺的不同病狀形式、乳腺炎、腫瘤監(jiān)控、消化器官的檢查、外部發(fā)炎或內(nèi)部供血的應(yīng)用可能性是可行的。此外，內(nèi)部器官的溫度變化的監(jiān)視是可行的。
[0004]在US 5，807，251中描述:在EIT的臨床應(yīng)用中已知的是，提供一組電極，所述電極以彼此間特定的間距例如圍繞病人的胸腔以與皮膚電接觸的方式設(shè)置，并且電流或電壓輸入信號分別交替地在不同的或彼此相鄰設(shè)置的電極的所有可能的對之間施加。當輸入信號施加在彼此相鄰設(shè)置的電極的對中的一個上時，測量其余電極的每個彼此相鄰的對之間的電流或電壓并且以已知的方式處理包含的測量數(shù)據(jù)，以便獲得關(guān)于病人的橫截面上的電阻率分布的顯示并且顯示在顯示器上，其中圍繞所述病人設(shè)置電極環(huán)。
[0005]從US 5, 272, 624中已知，應(yīng)用利用確定的電流模式的電的醫(yī)學(xué)的阻抗成像法，所述電流模式饋送到饋電電極中。
[0006]US 5，184，624示出用于利用經(jīng)由電極對將電流饋送到身體中并經(jīng)由其余的電極對的身體處的電壓電勢檢測而在身體上進行電子阻抗測量的多電極裝置。在此，以圍繞身體環(huán)繞的方式和方法相繼地分別選出出自多個電極中的兩個電極成為饋送的電極對，并且應(yīng)用其余電極中的多個作為用于檢測電壓電勢的電極對。
[0007]在US 4, 486, 835中描述了一種用于電子阻抗斷層攝影的設(shè)備，借助所述設(shè)備以預(yù)設(shè)的順序借助復(fù)用裝置在身體上執(zhí)行在選出的第一電極對處饋送電信號并且在選出的第二電極對處檢測電信號，并且轉(zhuǎn)發(fā)給耦聯(lián)到復(fù)用裝置上的計算裝置以用于測定身體的多個具備區(qū)域的電特性。在此，所述具備區(qū)域分類為身體中的三維成像的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)并且在迭代過程中連續(xù)更新多個具備區(qū)域處的導(dǎo)電率。
[0008]US 5，311，878描述了一種用于實時成像的電子阻抗斷層攝影的設(shè)備和方法。圍繞胸廓設(shè)置的電極的兩個選出的相鄰的電極的電子阻抗測量信號在將饋送電流同時饋送到選出的電極時輸送給數(shù)字信號處理裝置并且借助于基于計算機的重建產(chǎn)生實時圖像。
[0009]除了用于電阻抗斷層攝影(EIT)的裝置之外，在公共衛(wèi)生領(lǐng)域中應(yīng)用適合于成像的其他的醫(yī)療設(shè)備，例如不同的放射設(shè)備、如倫琴設(shè)備(X-Ray)、計算機斷層攝影機(CT)、核磁共振(NMR)、核自旋或磁共振斷層攝影設(shè)備(MRT，MRI)、以及還有用于心臟病學(xué)的、血管學(xué)的、還有產(chǎn)前或新生兒成像的超聲波攝影設(shè)備，所述設(shè)備實現(xiàn)實時成像和提供信號或圖像數(shù)據(jù)。
[0010]US 3，310，049A描述了一種用于借助于超聲測定心臟體積的方法。
[0011]從US 5，052, 395A中已知了一種用于以超聲波攝影的方式測定心臟功率(心排血量)的超聲脈沖加倍設(shè)備。
[0012]因此，從US 4，075, 482A中已知了一種基于伽馬輻射的倫琴斷層攝影系統(tǒng)。
[0013]US 4，806，867A示出了一種磁共振成像系統(tǒng)。
[0014]在US 4，149，081A中描述了一種用于對計算機斷層攝影更好的圖形重建的設(shè)備。
[0015]在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)借助于這種計算機斷層攝影設(shè)備(CT)進行輻射心血管檢查中，以常見的方式應(yīng)用造影劑，所述造影劑經(jīng)由入口以侵入的方式導(dǎo)入病人中。尤其當在此應(yīng)用放射活性的同位素時，這種造影劑是對于生物體極端的物理負荷，并且因此不可能以連續(xù)成像的方式監(jiān)視心臟和肺的生命機能。為了產(chǎn)生在心臟的心臟冠狀動脈狀態(tài)方面的可評估的圖像還需要:在心臟靜止階段執(zhí)行斷層攝影拍攝或者借助于斷層攝影拍攝的后處理測定相應(yīng)可用的數(shù)據(jù)。在此，斷層攝影拍攝結(jié)合電子心電圖(EKG)借助于兩個提到的方法、所謂的“預(yù)計EKG觸發(fā)”或所謂的“EKG門控”組合。在“預(yù)計EKG觸發(fā)”中，在心臟靜止階段借助于KEG測定并且與斷層攝影拍攝同步，其中病人通過臺面給進于是逐層透射。因此，同時不發(fā)生心臟的實時總拍攝，而是各個逐層獲取的信息后續(xù)地組合。在“EKG門控”中在所謂的其中同時進行臺面給進和管轉(zhuǎn)動的“螺旋CT”中執(zhí)行對整個心臟的斷層攝影實時拍攝和同時執(zhí)行連續(xù)地檢測EKG信號。斷層攝影拍攝緊隨檢查而在包含EKG信號的情況下借助于“EKG門控”來處理進而產(chǎn)生可評估的圖像。在這兩種方法中不利的是，計算機斷層攝影設(shè)備(CT)為了同步附加地需要EKG信號作為外部信號，此外，特別在“EKG門控”中不利的是，病人在借助于螺旋CT進行斷層攝影檢查中不應(yīng)呼吸，并且對檢測到的數(shù)據(jù)的后處理是及其時間密集的，并且結(jié)果因此在檢查本身期間并不存在，而是僅時間錯開地存在。也在應(yīng)用磁共振斷層攝影設(shè)備(MRT)時，與電子心電圖(EKG)同步以將多個心臟周期的數(shù)據(jù)組合成完整圖像是常見的，而且應(yīng)用造影劑是常見的，以便改進斷層攝影拍攝的分辨率和對比度。用于借助于MRT或CT在心電領(lǐng)域中成像的該示例的實施方案就原理而言能夠轉(zhuǎn)用到借助于MRT、CT的肺成像(血管學(xué)/血管造影)。
[0016]此外，該示例的實施方案明顯示出:用于電的電子阻抗斷層攝影的設(shè)備(EIT)與磁共振斷層攝影設(shè)備(MRT)還有計算機斷層攝影設(shè)備(CT)相比具有顯著的優(yōu)點，更確切地說基本上在如下方面的優(yōu)點:
[0017].EIT具有實時功能
[0018].EIT不需要耦聯(lián)到EKG上
[0019].EIT不需要造影劑。
[0020]在用于心電、血管、孕前或新生兒成像的超聲波攝影設(shè)備方面要注意的是，所述設(shè)備的應(yīng)用限制于暫時的檢查，因為超聲探頭結(jié)合接觸凝膠由應(yīng)用者引導(dǎo)并且必須由應(yīng)用者視覺連續(xù)地在檢查期間觀察超聲探頭的定向還有接觸凝膠的功能。由此得到如下優(yōu)點:
[0021].EIT不需要接觸凝膠
[0022].EIT不需要通過應(yīng)用者持續(xù)的功能監(jiān)控
[0023]因此與所提出的適合于成像的其他的醫(yī)療儀器(倫琴設(shè)備、計算機斷層攝影設(shè)備、磁共振斷層攝影設(shè)備、超聲設(shè)備)不同，電子阻抗斷層攝影設(shè)備(EIT)適合于尤其對肺還有肺和心臟的連續(xù)且持續(xù)的成像，而并不造成對于病人產(chǎn)生顯著的物理負擔或不舒適性。
[0024]EP I 292 224 B2描述一種用于顯示數(shù)據(jù)的裝置和方法，所述數(shù)據(jù)借助于電子阻抗斷層攝影設(shè)備獲取。描述了用于評估的各種專用模式，根據(jù)所述模式進行對病人肺的狀態(tài)的分析。因此，設(shè)有相對模式，所述相對模式處理經(jīng)過的時間段的排氣的二維分布的區(qū)域變化。此外，設(shè)有灌注模式，所述灌注模式處理心臟周期的經(jīng)過的時間段的中的肺灌注的二維分布。此外，設(shè)有相移模式，所述相移模式處理換氣的動力。此外，在EP I 292 224 B2中描述的模式是絕對模式、時間固定模式和區(qū)域的肺活量測定模式。不同的模式用于區(qū)分不同的肺狀態(tài)。為了區(qū)分不同的肺狀態(tài)相繼地選擇模式中的一個或所述模式中的多個用于運行。全部在EP I 292 224 B2中描述的模式是共同的，即不提供實現(xiàn)共同地顯示或處理灌注或排氣的模式或模式組合。
[0025]在病人呼吸時，尤其在重癥監(jiān)護中的病人呼吸時最重要的是:病人的肺盡可能好地換氣(通氣)，還有供血(灌注)。于是僅當存在經(jīng)由整個可供使用的肺體積的盡可能大的區(qū)域進行最可能好的供血(灌注)和最可能好的換氣(通氣)時，能夠在病人的肺之上有效地進行氣體交換，即從肺中將氧引入到血液循環(huán)中并且從血液循環(huán)中馬上引出二氧化碳。
[0026]視病人的體質(zhì)、用藥和病癥而定并且取決于病人借助用于呼吸的呼吸設(shè)備處的呼吸的設(shè)定，在沒有直接地考慮特殊病情(例如肺擴張不全、肺氣腫、肺炎、栓塞)的情況下，在病人的肺中得出:在不同的局部的肺區(qū)域中的下列不同的物理基礎(chǔ)情況:
[0027]情況A:具有充分換氣和具有充分灌注的肺區(qū)域，
[0028]情況B:具有充分換氣和具有不充分灌注的肺區(qū)域，
[0029]情況C:具有不充分換氣和具有充分灌注的肺區(qū)域，
[0030]情況D:具有不充分換氣和具有不充分灌注的肺區(qū)域。
[0031]肺中四中情況的該區(qū)別是現(xiàn)有技術(shù)中常見的簡化的分類，如其也在EP I 292 224B2(圖1)中所提出的。
[0032]EIT能夠位置解析地從空氣/氣體與血液之間的阻抗區(qū)別中在灌注和換氣之間區(qū)分。在病人的一次呼吸中，多個心跳周期同時存在。借助每次心跳，血液流動到肺中并且也再次流出。
[0033]心跳周期以心跳頻率具有一定的可變性并且是與呼吸異步的并且與呼吸頻率不同。
[0034]如果現(xiàn)在將一次呼吸或多次呼吸的肺的不同區(qū)域的阻抗或局部阻抗變化的EIT圖像序列視為出自局部的心臟和灌注所決定的阻抗變化CPRS(Cardiac and Perfus1nRelated Signal心臟和灌注相關(guān)信號)和局部的由換氣決定的阻抗變化VRS (Ventilat1nRelated Signal換氣相關(guān)信號)中的一種覆蓋，那么從肺到心臟的和從心臟到肺的血流(灌注引起的阻抗變化)與呼吸(換氣引起的阻抗變化)疊加。
[0035]心臟和灌注所決定的阻抗變化(CPRS)在此劃分成基本上基于心臟的相應(yīng)填充度的心臟決定的阻抗變化CRS (Cardiac Related Signal心臟相關(guān)信號)，和基于肺組織中的血液分布(肺部灌注)的灌注決定的阻抗變化PRS (Perfus1n Related Signal灌注相關(guān)信號)。
[0036]VRS和CPRS或PRS之間的疊加引起在圖像序列中不能夠以視覺的方式識別:關(guān)于局部的肺區(qū)中的灌注(PRS)和換氣(VRS)分別是何種情況。附加地，視覺的可識別性一方面由此更困難，即用空氣填充的肺區(qū)相對于周圍的組織(肌肉、皮膚、骨頭)的阻抗差明顯大于用血液填充的肺區(qū)相對于周圍的組織(肌肉、皮膚、骨頭)的阻抗差，并且因此CPRS相對于VES具有顯著更小的信號。附加地，視覺的可識別性和對灌注的定量評估由于因心臟和肺組織之間的脈搏傳導(dǎo)時間引起的血流的相移而變難。人眼和與其結(jié)合的認知性的可察覺醒當然跟蹤圖像中的運動，在此為圖相序列中的血流的進展，并且在此同時幾乎不能夠經(jīng)由圖像序列的多個圖像確定特定位置處的信號的強度和其變化。
[0037]在關(guān)于心臟處的脈搏波開始時的時間上的觀察時間點對不同肺區(qū)域的位置相關(guān)的觀察在將肺的兩個不同的區(qū)(區(qū)域A、區(qū)域B)的灌注信號進行比較時得出:在一個區(qū)(區(qū)域A)中存在具有一定質(zhì)量的供血，而在相同的觀察時間點在另一區(qū)(區(qū)域B)中其中的灌注量性地顯著移動。這通過如下來解釋:即始于心臟的脈搏波并不同時達到肺的不同的區(qū)域，而是根據(jù)血管長度和血管特性(流動阻力，彈性)借助脈搏波到肺的血管中的傳播在時間上不同延遲地進行。所述延遲能夠作為灌注信號之間的相移來察覺。
[0038]所述相移在EIT圖像系列中在視覺評估時似乎感覺如“血流的行進”，但是所述血流的行進在現(xiàn)實中在肺組織中以該形式既不是時間上真實地發(fā)生也不量性地以該形式發(fā)生。在多個區(qū)域上在一個時間點沒有包含相信息的多個灌注信號的值總和因此沒有得出肺的多個區(qū)域上的灌注的量性的總圖像。因此，根據(jù)肺的不同區(qū)域之間的血流的該相差，多個肺區(qū)域的灌注信號的總和得到灌注信號彼此間部分的抵消，使得以該方式不可能可用地量性陳述對于肺的區(qū)域或整個肺的灌注。例如經(jīng)過一次呼吸或多次呼吸、如吸氣(吸入)和呼氣(呼出)的一次呼吸或多次呼吸的一部分，在唯一的位置處或在多個確定的位置處的多個灌注信號在時間上的總和不適合于生成如下的局部的圖像，從所述圖像中顯著地且單義地可見肺的不同區(qū)域之間的灌注中的差。在經(jīng)過一次呼吸的總和中例如一方面得到經(jīng)過多個心跳周期的總和，使得對于確定的位置灌注在一次呼吸中多次波動，并且在此血液在該確定的位置流入并且再次流出，使得對于該唯一的位置也不能量性平均地測定灌注。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0039]本發(fā)明提出如下目的:提出用于對借助于-適合于產(chǎn)生用于成像的數(shù)據(jù)的醫(yī)療設(shè)備、例如電子阻抗斷層攝影設(shè)備-獲取的數(shù)據(jù)進行可視化和處理的一種方法、一種裝置和一種系統(tǒng)，即提供在心臟和肺的各至少一個區(qū)域或肺的至少一個區(qū)域的灌注方面的可量性化的評估。
[0040]與所述目的處于緊密關(guān)聯(lián)的其他的目的由此得出:基于電子阻抗斷層攝影設(shè)備的所提供的數(shù)據(jù)或者借助于改進的電子阻抗斷層攝影系統(tǒng)實現(xiàn)在心臟和肺的各至少一個區(qū)域或肺的至少一個區(qū)域灌注方面的位置相關(guān)的可評估性。
[0041]該目的和其他的目的通過所附的獨立權(quán)利要求實現(xiàn)，尤其通過具有權(quán)利要求1的特征的方法和具有權(quán)利要求20的特征的裝置以及根據(jù)權(quán)利要求21所述的裝置來實現(xiàn)。
[0042]所述目的還通過具有權(quán)利要求22的特征的系統(tǒng)來實現(xiàn)。
[0043]本發(fā)明的有利的實施方式從從屬權(quán)利要求中得出并且在下面的說明中部分地參考附圖詳細闡述。
[0044]此外，該方法也能夠作為計算機程序或計算機程序產(chǎn)品來提供，使得本申請的保護范圍同樣延伸到計算機程序產(chǎn)品和計算機程序上。
[0045]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，在根據(jù)本發(fā)明的用于對借助于適合于產(chǎn)生用于成像的數(shù)據(jù)的醫(yī)療設(shè)備獲取的、在心臟和肺的各至少一個區(qū)域或肺的至少一個區(qū)域的灌注方面的數(shù)據(jù)進行可視化和處理的方法中，以如下步驟的順序處理適合于成像的醫(yī)療設(shè)備的數(shù)據(jù)，使得在心臟和肺的各至少一個區(qū)域或肺的至少一個區(qū)域的灌注方面的可量化的評估是可行的。
[0046]步驟的順序劃分成如下步驟:
[0047]-提供關(guān)于至少一個位置在觀察時間段期間在觀察時間段中的信號變化的心臟和灌注特定的信號(Cardiac and Perfus1n Related Signal ;CPRS心臟和灌注相關(guān)信號)的數(shù)據(jù)量，
[0048]-參考至少一個對比參量測定和提供心臟和灌注特定的信號的相信息，
[0049]-在考慮用于測定和提供至少一個對于觀察時間段獨特的位置和灌注特定的參量的數(shù)據(jù)量的所測定的相信息的情況下，處理在病人心臟和肺的區(qū)域或肺的區(qū)域的灌注方面的信號(CPRS)的數(shù)據(jù)量，
[0050]-產(chǎn)生用于位置特定地顯示對于所述觀察時間段獨特的位置和灌注特定的至少一個參量的數(shù)據(jù)量的輸出信號。
[0051]數(shù)據(jù)處理的所述步驟順序在根據(jù)本發(fā)明的方法中在持續(xù)的過程中連續(xù)地重復(fù)。在此，處理的數(shù)據(jù)作為輸出信號優(yōu)選適合于圖像顯示、持續(xù)地提供。在此，就本發(fā)明而言，根據(jù)另外的或優(yōu)選的實施方式的其他的步驟分別將其本身或以組合的方式共同包含到該順序步驟中。
[0052]下面，詳細闡述一些在本專利申請的范圍中應(yīng)用的概念。
[0053]就本發(fā)明而言，將時間走勢中的時間部段能夠理解為觀察時間段。這種觀察時間段的起始和終止通過如下事件給定，所述事件通過呼吸或人工呼吸的特性、心臟活力的特性、心臟復(fù)蘇的特殊性或特性來給定，并且通常也在心臟和灌注特定的信號(CPRS)的數(shù)據(jù)量的信號中反應(yīng)。心臟特定的觀察時間段的實例是一個心臟周期、多個心臟周期、心臟周期的一部分、如心臟收縮或舒張，心臟周期的時域，他們對應(yīng)于EKG的特定的區(qū)段或區(qū)間(P波、QRS復(fù)波、T波、U波、PQ區(qū)間、QT區(qū)間、ST區(qū)段)。呼吸特定的觀察時間段的實例是一個呼吸周期、多個呼吸周期、呼吸周期的一部分、如吸氣(吸入)、吸入間隔、呼氣(呼出)、呼出間隔、以及還有一個或多個呼吸周期的一部分、例如多次吸入、多次呼出。其他的觀察時間段、尤其在利用機器的人工呼吸中的多個觀察時間段能夠是確定的壓力水平、如高原壓力或PEEP壓力(Positive End Exspiratoric Pressure，PEEP呼氣末正壓通氣)或時間部段，所述確定的壓力水平或時間部段對應(yīng)于人工呼吸形式的確定的特性(例如B1-LevelPositive Airway Pressure, BiPAP，雙相氣道正壓)。
[0054]觀察時間段的另一可行的時間部段從如下可行性中得出:以侵入的方式將特定的量、所謂的丸劑、特殊的液體、例如食鹽溶液輸送給身體中的血量。所述丸劑借助血液循環(huán)流動到心臟中并且在肺和/或心臟成像時引起獨特的信號走勢。所述信號走勢能夠結(jié)合侵入性的丸劑給藥的時間點用作為用于確定觀察時間段的基礎(chǔ)。
[0055]心臟和灌注特定的信號的數(shù)據(jù)量(CPRS)在一個優(yōu)選的實施方式中被提供作為電子阻抗斷層攝影設(shè)備(EIT)的EIT數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量。
[0056]EIT數(shù)據(jù)在此就本發(fā)明的意義而言能夠理解為如下信號或數(shù)據(jù):
[0057]-EIT原始數(shù)據(jù)，即用EIT設(shè)備借助于一組電極或借助于電極帶檢測的測量信號，如電壓或電流，其與電極或一組電極或與電極帶上的電極或一組電極的位置相關(guān)聯(lián)。
[0058]-EIT圖像數(shù)據(jù)，即如下信號或數(shù)據(jù)，所述信號或數(shù)據(jù)借助重建算法從EIT原始數(shù)據(jù)中測定，并且描述病人