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Driftreduktion der Atemkurve bei Spirometer-Triggerung von CT-Scans

IP.com Disclosure Number: IPCOM000012597D
Published in the IP.com Journal: Volume 3 Issue 6 (2003-06-25)
Included in the Prior Art Database: 2003-Jun-25
Document File: 3 page(s) / 123K

Publishing Venue

Siemens

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Abstract

In der Computertomographie (CT) ist es wünschenswert, CT-Scans des Lungenbereichs über längere Zeiträume, insbesondere wiederholte CT-Scans bei identischer, reproduzierbarer Lungenausdehnung aufzunehmen. Die Dichte des Lungengewebes schwankt jedoch abhängig von der Atemlage mit einem Faktor bis zu zwei und beeinflusst den Scan. Eine für den Scan reproduzierbare Atemlage bzw. Lungenausdehnung ist beispielsweise der Zustand bei funktionaler Residualkapazität (functional residual capacity, FRC). Diese bezeichnet das Restvolumen, das sich nach normaler Ausatmung, d.h. bei Gleichgewicht zwischen elastischen Lungen- und Thoraxkräften in der Lunge befindet. Um die Scans in einer solchen Atemlage zu erfassen, wird ein Spirometer (Abb.1) benutzt. Das Spirometer misst das Volumen des Atemgases und dient zur Überwachung und Steuerung der Atmung und zur Messung und Darstellung der Atemvorgänge über der Zeit. Zur Steuerung (Triggerung) wird bei einem definierten Volumenwert ein Signal ausgegeben, die Atmung kurzzeitig über ein Ventil unterbrochen und der Scan gestartet. Die ermittelte Atemkurve driftet, wenn das gemessene eingeatmete Volumen nicht dem gemessenen ausgeatmeten Volumen entspricht. Diese Drift stellt ein Risiko für das Untersuchungsergebnis dar, wenn mehrere CT-Scans bei identischer, reproduzierbarer Lungenausdehnung aufgenommen werden sollen. In Abb.2 ist die Genauigkeit der Volumenmessung mit dem Spirometer erkennbar. Die Korrekturfaktoren zeigen das Verhältnis des gemessenen zum wirklich durchflossenen Gasvolumen in einem Modellversuch. Sie sind nicht konstant und zeigen eine Abhängigkeit von der Strömung. Bei geringer Strömung besitzen die Gasmoleküle zu wenig kinetische Energie, um die Trägheit und Reibung des Messsensors (im Spirometer drehbar und reibungsarm gelagertes Blättchen) zu überwinden, die Messung wird ungenau, die Atemkurve driftet.

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S

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Driftreduktion der Atemkurve bei Spirometer-Triggerung von CT-Scans

Idea: Dr. Frank Trappe, DE-Forchheim

In der Computertomographie (CT) ist es wünschenswert, CT-Scans des Lungenbereichs über längere Zeiträume, insbesondere wiederholte CT-Scans bei identischer, reproduzierbarer Lungenausdehnung aufzunehmen. Die Dichte des Lungengewebes schwankt jedoch abhängig von der Atemlage mit einem Faktor bis zu zwei und beeinflusst den Scan. Eine für den Scan reproduzierbare Atemlage bzw. Lungenausdehnung ist beispielsweise der Zustand bei funktionaler Residualkapazität (functional residual capacity, FRC). Diese bezeichnet das Restvolumen, das sich nach normaler Ausatmung, d.h. bei Gleichgewicht zwischen elastischen Lungen- und Thoraxkräften in der Lunge befindet. Um die Scans in einer solchen Atemlage zu erfassen, wird ein Spirometer (Abb.1) benutzt. Das Spirometer misst das Volumen des Atemgases und dient zur Überwachung und Steuerung der Atmung und zur Messung und Darstellung der Atemvorgänge über der Zeit. Zur Steuerung (Triggerung) wird bei einem definierten Volumenwert ein Signal ausgegeben, die Atmung kurzzeitig über ein Ventil unterbrochen und der Scan gestartet.

Die ermittelte Atemkurve driftet, wenn das gemessene eingeatmete Volumen nicht dem gemessenen ausgeatmeten Volumen entspricht. Diese Drift stellt ein Risiko für das Untersuchungsergebnis dar, wenn mehrere CT-Scans bei identischer, reproduzierbarer Lungenausdehnung aufgenommen werden sollen.

In Abb.2 ist die Genauigkeit der Volumenmessung mit dem Spirometer erkennbar. Die Korrekturfaktoren zeigen das Verhältnis des gemessenen zum wirklich durchflossenen Gasvolumen in einem Modellversuch. Sie sind nicht konstant und zeigen eine Abhängigkeit von der Strömung. Bei geringer Strömung besitzen die Gasmoleküle zu wenig kinetische Energie, um die Trägheit und Reibung des Messsensors (im Spirometer drehbar und reibungsarm gelagertes Blättchen) zu überwinden, die Messung wird ungenau, die Atemkurve driftet.

Deshalb wird bisher zur Kalibrierung des Spirometers je ein linearer Korrekturfaktor zur Einatmung (Inspiration) und Ausatmung (Exspiration) bestimmt. Da dieser Korrekturfaktor sich nicht linear mit der Strömung ändert, reicht diese Kalibrierung nicht aus. Daher wird zusätzlich angenommen, dass die funktionale Residualkapazität während der Ruheatmung, der Phase, in der der Mensch ruhig und regelmäßig atmet, konstant ist. Eine Drift der Atemkurve wird auf die FRC-Linie (konstantes Restvolumen im Volumen-Zeit-Diagramm) korrigiert.

Bei der neu entwickelten Methode wird zur Kompensation der Abweichung jedem Korrekturfaktor (Abb.2) ein neuer geänderter Korrekturfaktor (Abb.3) zugeordnet, der die Flow-Abhängigkeit (Abhängigkeit von der Strömung) berücksichtigt. Es wurden bei dem o.g. Modellversuch Werte von 0,9996 ± 0,0057 (Ausatmung: 1,0001 ± 0,0076; Einatmung: 0,9991 ± 0,0057) im Strömungsbereich von ca. ± 0,5 l/s bis ± 5,0 l/s erreicht....