DE102006056282B4

DE102006056282B4 - Magnetkardiographievorrichtung zur Erstellung von Belastungs-Magnetkardiogrammen

Info

Publication number: DE102006056282B4
Application number: DE102006056282.8A
Authority: DE
Inventors: Prof. Dr. Jung Friedrich
Original assignee: BIOMAGNETIK PARK GmbH
Current assignee: BIOMAGNETIK PARK GmbH
Priority date: 2006-11-29
Filing date: 2006-11-29
Publication date: 2018-09-20
Anticipated expiration: 2026-11-30
Also published as: DE102006056282A1

Abstract

Magnetkardiographievorrichtung zur Erstellung von Belastungs-Magnetkardiogrammen, gekennzeichnet durcha. eine magnetische Abschirmkammer (1),b. eine aus nicht-magnetischen Komponenten bestehende, in der Abschirmkammer (1) angeordnete Belastungseinheit (8) für den Patienten, die mit einer außerhalb der Abschirmkammer (1) angeordneten Bedien- und Steuereinheit (14) versehen ist, undc. einen Magnetkardiographen (4) mit in der Abschirmkammer (1) angeordneten Magnetfeldsensoren (5) und einer außerhalb der Abschirmkammer (1) angeordneten Bedienkonsole (7),wobei die Belastungseinheit (8) in der Abschirmkammer (1) durch eine hydraulisch gebremste Ergometereinheit (8) realisiert ist, die aus nichtmagnetischen Materialien besteht und über nicht-magnetische, aus der Abschirmkammer (1) herausgeführte Hydraulikfluidleitungen (12) mit einer Fluidbremse (13) der externen Bedien- und Steuereinheit (14) in Verbindung steht,und wobei über die Bedien- und Steuereinheit (14) der von der Fluidbremse (13) erzeugte Gegendruck zur Belastungsregelung regelbar und zur Ermittlung der Patientenbelastung messbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Magnetkardiographievorrichtung zur Erstellung von Belastungs-Magnetkardiogrammen.
Zum Hintergrund der Erfindung ist festzuhalten, dass bei der Magnetkardiographie kontaktlos die magnetische Aktivität des Herzens registriert wird. Das vom menschlichen Herzen generierte Magnetfeld ist dabei extrem schwach. Seine Quantifizierung ist erst mit der Entwicklung der hochempfindlichen SQUID-Sensoren möglich geworden. Diese werden durch flüssiges Helium auf eine Temperatur von 4,2 Kelvin gekühlt und dadurch in superleitenden Zustand versetzt.
Aufgrund des engen Zusammenhangs von magnetischer und elektrischer Aktivität des Herzens ist ein Magnetkardiogramm dem Elektrokardiogramm (EKG) sehr ähnlich, es liefert jedoch zusätzliche Informationen.
In medizinischer Sicht ist neben dem morphologischen auch der funktionelle Aspekt der koronaren Herzerkrankung von zentraler Bedeutung für die Prognoseabschätzung und die weitere Therapieplanung. Dabei sind nicht-invasive bildgebende Verfahren zunehmend in der Lage, neben der kontraktilen Funktion weitere Funktionsparameter zu erfassen. Besonders wichtig ist es, mögliche Ischämien des Herzmuskels diagnostizieren zu können, da dieses Organ über keine Möglichkeiten verfügt, Sauerstoff zu speichern, so dass es auf eine ständige Sauerstoffzufuhr angewiesen ist.
Unter körperlicher Belastung erhöht sich die Pumparbeit des Herzens, wobei je nach Aktivitätsgrad erheblich mehr Sauerstoff verbraucht wird. Daher muss in dieser Situation auch mehr Sauerstoff antransportiert werden. Dies regelt der Organismus durch einen erheblichen Anstieg der Herzdurchblutung in solchen Situationen. Ein Patient mit hochgradigen Einengungen der Arterien, die den Herzmuskel versorgen, kann diese Durchblutungssteigerung in vielen Fällen jedoch nicht leisten. Daher tritt bei Patienten mit koronarer Herzkrankheit unter größerer körperlicher Belastung ein Sauerstoffmangel im Herzmuskel auf, da der Sauerstoffverbrauch der Muskelzellen größer ist als der zur Verfügung stehende Sauerstoff. Dies führt dann zu einer Abnahme des Aktionspotentials der Herzmuskelzellen. Dieser Effekt könnte durch magnetkardiographische Messungen nachgewiesen werden. Bisher übliche Belastungs-EKG-Geräte auf der Basis eines Ergometers können für die Magnetkardiographie allerdings nicht benutzt werden, da in der Umgebung der supraleitfähigen Meßsonden keine magnetischen Störfelder auftreten dürfen. Dies wird verständlich, wenn man berücksichtigt, dass die zu messenden Magnetfelder, die während eines Herzzyklus erzeugt werden, etwa 1 Million mal kleiner sind, als z.B. das Magnetfeld der Erde.
Aus der EP 0 371 156 A1 ist eine Magnetkardiographie-Anordnung zur Aufzeichnung von Belastungs-Magnetkardiogrammen bekannt, bei der ein ausschließlich aus nichtmagnetischen und kein Magnetfeld erzeugenden Bauelementen bestehendes Ergometer am Fußende einer Patienten-Lagerungseinrichtung vorgesehen ist, das zur Erzielung eines definierten Drehmomentes mit einer einstellbarer, auf ein Schwungrad wirkenden Bandbremse ausgestattet ist.
In DE 91 03 737 U1 ist eine Vorrichtung zur Durchführung von Belastungstests an Patienten während der Durchführung bildgebender Herz-Kreislauf-Diagnostik beschrieben, bei der ein Belastungsgerät im Beinbereich des Patienten angeordnet ist, welches mit einer regulierbaren hydraulischen Gegendruckeinrichtung gekoppelt ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte Magnetkardiographievorrichtung anzugeben, mit deren Hilfe Belastungs-Magnetkardiogramme erstellt werden können.
Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Demnach ist eine magnetische Abschirmkammer vorgesehen, in der die Untersuchung grundsätzlich durchgeführt wird. Dabei ist in der Abschirmkammer eine aus nicht-magnetischen Komponenten bestehende Belastungseinheit für den Patienten vorgesehen, die auf Grund der nicht-magnetischen Ausführung die Aufzeichnung des Magnetkardiogramms nicht stört. Die Bedien- und Steuereinheit, mit der die Belastungseinheit beispielsweise hinsichtlich der vom Patienten zu erbringenden Leistung regelbar ist, ist außerhalb der Abschirmkammer positioniert und hat daher keinerlei störenden Einflüsse auf die Aufzeichnung der Magnetkardiogramme innerhalb der Abschirmkammer.
Für letzteren Zweck ist ein üblicher Magnetkardiograph vorgesehen, dessen Magnetfeldsensoren in der Abschirmkammer angeordnet sind. Im Hinblick auf die ungestörte Aufzeichnung des Magnetkardiogramms ist es aber auch hier wieder notwendig, die Bedienkonsole für den Magnetkardiographen außerhalb der Abschirmkammer zu positionieren.
Die Erfindung beruht auf dem grundsätzlichen Konzept, mit Hilfe der Abschirmkammer zwei Bereiche zu schaffen, nämlich den für die Aufzeichnung der Magnetkardiogramme messtechnisch empfindlichen Bereich in der Abschirmkammer und eine externe Zone. In der Abschirmkammer sind nur solche Elemente vorhanden, die aufgrund ihrer Materialauswahl nicht-magnetisch und insbesondere nicht ferromagnetisch sind und damit die Magnetfeldmessung nicht stören. Störende Teile, bei denen insbesondere elektrischer Strom fließt, wurden in die Außenzonen verlagert.
Die Belastungseinheit basiert auf einer hydraulisch gebremsten Ergometereinheit bestehend aus nicht-magnetischen Materialien. Die Verwendung einer Hydraulik als Bremse hat den Vorteil, dass die entsprechenden Komponenten in der Abschirmkammer relativ problemlos komplett aus nicht-magnetischen Materialien hergestellt werden können, wie beispielsweise Hydraulikfluidleitungen aus Kupfer.
Das gesamte Belastungssystem basiert auf einer außerhalb der Abschirmkammer angeordneten Fluidbremse, deren erzeugter Gegendruck zur Belastungsregelung mittels der Steuereinheit außerhalb der Abschirmkammer regelbar ist. Gleichzeitig kann der Gegendruck zur Ermittlung der Patientenbelastung gemessen werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist für die Parallel-Aufzeichnung eines Belastungs-EKG ein außerhalb der Abschirmkammer positioniertes EKG-Gerät vorgesehen, dessen mit dem Patienten verbindbare EKG-Elektroden und -Ableitungen in die Abschirmkammer reichen und ebenfalls aus nicht magnetischen Komponenten bestehen. Damit kann - wie bei einem Belastungs-EKG gefordert - der Patient in definierter Weise belastet werden, beispielsweise ausgehend von einer Ausgangsbelastung von 25 Watt eine jeweilige Steigerung alle zwei Minuten in 25-Watt-Schritten bis zum Erreichen eines Abbruchkriteriums.
Die Kombination der Magnetkardiographievorrichtung mit einem Belastungs-EKG ist auch deshalb von Bedeutung, als die Magnetkardiogramme in der Regel für eine bestimmte Periode der Kammer-Repolarisation ermittelt werden. Insoweit ist der genaue Aufzeichnungszeitpunkt auf der Basis des EKG zu ermitteln.
Die Ergometereinheit ist bevorzugter Weise an einer Patientenliege angeordnet, die ebenfalls aus nicht-magnetischen Komponenten besteht.
Für Patienten, bei denen keine körperliche Belastung möglich ist, erfolgt eine Belastungssimulation, indem Pharmaka beispielsweise zur Provokation einer Zunahme der Durchblutung oder der Pumparbeit des Herzens verabreicht werden. Um dies bei der erfindungsgemäßen Magnetkardiographievorrichtung zu ermöglichen, ist ein außerhalb der Abschirmkammer positioniertes Perfusionsgerät zur Medikamentengabe vorgesehen, dessen zum Patienten in der Abschirmkammer führende Medikamentenleitung aus nicht-magnetischem Material besteht.
Um eine Patientenüberwachung von außerhalb der Abschirmkammer zu ermöglichen, ist in der Abschirmkammer vorzugsweise eine Überwachungskamera in einem magnetisch geschirmten Gehäuse vorgesehen.
Um die Abschirmung möglichst wenig durch die zwischen den externen und internen Komponenten verlaufenden Verbindungsleitungen zu beeinträchtigen, können eine oder mehrere gemeinsame Durchführungen dafür beispielsweise in der Wand der Abschirmkammer vorgesehen sein.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel der Magnetkardiographievorrichtung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert wird. Es zeigen

1 ein höchst schematisches Schaubild einer Magnetkardiographievorrichtung, und
2 ein Kurvendiagramm des frequenzabhängigen magnetischen Umgebungsrauschens in einem ungeschirmten bzw. magnetisch abgeschirmten System.

Die Magnetkardiographievorrichtung weist als zentralen Bestandteil eine Abschirmkammer 1 auf, deren Innenraum 2 damit von allen externen elektromagnetischen Störeinflüssen abgeschirmt ist.
Im Innenraum 2 ist eine Patientenliege 3 angeordnet, die komplett aus nicht-ferromagnetischen Werkstoffen, wie beispielsweise Aluminium und geeigneten Kunststoffen besteht. In der grundsätzlich bekannten räumlichen Zuordnung zur Patientenliege ist ein als Ganzes mit 4 bezeichneter Magnetkardiograph mit seiner Magnetfeldsensoreinheit 5 positioniert. Letztere weist Flüssighelium-gekühlte, supraleitende SQUID-Sensoren auf, wie sie bei derzeitigen Standardgeräten eingesetzt werden. Die magnetische Sensoreinheit 5 steht über geeignete Versorgungs- und Signalleitungen, die in der beigefügten Zeichnung als Kabelstrang 6 angedeutet sind, mit der eigentlichen Bedienkonsole 7 außerhalb der Abschirmkammer 1 in Verbindung. Die elektromagnetischen Störeinflüsse aufgrund der in der Bedienkonsole 7 verwendeten Materialien und der darin fließenden elektrischen Ströme beeinflussen die Messung innerhalb der Abschirmkammer 1 damit nicht.
Um ein Belastungs-Magnetkardiogramm aufnehmen zu können, ist eine Ergometereinheit 8 in Längsrichtung verschiebbar am Fußende der Patientenliege 3 angeordnet. Diese Ergometereinheit 8 ist im Wesentlichen durch eine Tretkurbel 9 mit Fußpedalen 10 realisiert, die in einer Gehäusetrommel 11 drehbar aufgehängt sind. In der Gehäusetrommel 11 sind Öldruckleitungen 12 als Hydraulikfluidleitungen vorgesehen, die aus der Abschirmkammer 1 nach außen geführt und dort mit einer Fluidbremse 13 hydraulisch gekoppelt sind. Die Fluidbremse 13 weist eine in der Öldruckleitung 12 angeordnete Drossel mit einstellbarem Düsendurchmesser auf, sodass sich der an der Tretkurbel 9 zu überwindende Tretwiderstand über die Öldruckleitung 12 von außerhalb der Abschirmkammer 1 einstellen lässt. Hierzu ist der Fluidbremse 12 eine Steuereinheit 14 zugeordnet, über die sich die Belastung durch Einstellung von Tretwiderstand und Trittfrequenz entsprechend den in der Belastungs-Elektrokardiographie vorgesehenen Belastungsschritten steuern lässt. Um eine definierte Druckeinstellung zu gewährleisten, ist der Gegendruck, wie er von der Fluidbremse 13 erzeugt wird, durch die Steuer- und Bedieneinheit 14 messbar.
Alle Teile der Ergometereinheit 8 und der Öldruckleitungen 12 , die innerhalb der Abschirmkammer 1 angeordnet sind, sind wiederum aus nicht-ferromagnetischen Materialien hergestellt.
Wie ferner aus der beigefügten Zeichnung hervorgeht, ist zur Parallel-Aufzeichnung eines EKGs ein außerhalb der Abschirmkammer 1 positioniertes EKG-Gerät 16 vorgesehen, bei dem es sich um ein nach derzeitigem Stand der Technik ausgeführtes 12-Kanal-EKG-Gerät handelt, dessen Ableitungen 17 ebenfalls in die Abschirmkammer 1 hineinreichen. Diese Ableitungen 17 sowie die an deren Enden angeordneten Elektroden-Stecker 18 bestehen wiederum aus nicht-ferromagnetischen Materialien, wie beispielsweise Kupfer und geeigneten Isolations-Kunststoffen. Aufgrund der gleichzeitigen Aufzeichnung von Elektro- und Magnetkardiogramm können die magnetkardiographischen Messungen simultan mit einem 12-Kanal-Oberflächen-EKG unter körperlicher Belastung durchgeführt und ausgewertet werden.
Für Patienten, bei denen aufgrund ihrer Erkrankung keine körperliche Belastung möglich ist, muss - wie eingangs erörtert - die Gabe von Pharmaka zur Provokation einer Zunahme der Durchblutung oder der Pumparbeit des Herzens ermöglicht werden. Hierzu ist der gezeigten Magnetkardiographievorrichtung 4 ein übliches Perfusionsgerät 19 beigeordnet, das wiederum außerhalb der Abschirmkammer 1 angesiedelt ist. Davon ausgehend führen eine oder mehrere dünne Schlauchleitungen 20 aus nicht-magnetischem Kunststoff in die Abschirmkammer 1 und sind direkt bis zum Patienten geführt. Die Schlauchleitungen 20 können dort jeweils mit einer dem Patienten gelegten Venenverweilkanüle verbunden werden. Durch das Perfusionsgerät 19 kann damit von außen gesteuert die notwendige Dosis des jeweiligen Pharmakons - beispielsweise Adenosin zur Perfusionszunahme oder die Kombination von Dobutamin zur Steigerung der Inotropie verbunden mit Atropin zur Herzfrequenzsteigerung - exakt eingestellt und an die Patientennotwendigkeiten angepasst werden, ohne dass es zu einer Zunahme von Störfeldern in der Abschirmkammer kommt.
Zur Überwachung des auf der Patientenliege 3 ruhenden Patienten (nicht dargestellt) ist eine Überwachungskamera 21 in der Abschirmkammer 1 montiert, welche Kamera in einem magnetisch geschirmten Gehäuse 22 untergebracht ist. Damit generiert diese ebenfalls keinerlei Störfelder, die die Aufnahme des Magnetkardiogramms beeinträchtigen würden. Das Kamerabild wird über eine aus der Abschirmkammer 1 herausgeführte Signalleitung 23 auf einen Monitor 15 übertragen und dort angezeigt.
Die gesamten Verbindungsleitungen, wie die Öldruckleitungen 12 , die Ableitungen 17 , die Schlauchleitung 20 und die Signalleitung 23 der Überwachungskamera 21 sind über entsprechende Durchführungen 24 , 25 in die Abschirmkammer 1 gelegt, beispielsweise durch die Wand.
2 zeigt in einem diagrammartigen Vergleich den Effekt der Abschirmkammer 1 . Die mit einer durchgezogenen Linie wiedergegebene, obere Messkurve in 2 zeigt das frequenzabhängige magnetische Umgebungsrauschen in einer ungeschirmten Magnetkardiographievorrichtung. In einer Abschirmkammer 1 zeigt sich das mit einer gestrichelten Linie wiedergegebene magnetische Rauschverhalten. Die magnetische Stärke liegt zwei bis drei Größenordnungen unter den Werten beim umgeschirmten System.

Claims

Magnetkardiographievorrichtung zur Erstellung von Belastungs-Magnetkardiogrammen, gekennzeichnet durch a. eine magnetische Abschirmkammer (1), b. eine aus nicht-magnetischen Komponenten bestehende, in der Abschirmkammer (1) angeordnete Belastungseinheit (8) für den Patienten, die mit einer außerhalb der Abschirmkammer (1) angeordneten Bedien- und Steuereinheit (14) versehen ist, und c. einen Magnetkardiographen (4) mit in der Abschirmkammer (1) angeordneten Magnetfeldsensoren (5) und einer außerhalb der Abschirmkammer (1) angeordneten Bedienkonsole (7), wobei die Belastungseinheit (8) in der Abschirmkammer (1) durch eine hydraulisch gebremste Ergometereinheit (8) realisiert ist, die aus nichtmagnetischen Materialien besteht und über nicht-magnetische, aus der Abschirmkammer (1) herausgeführte Hydraulikfluidleitungen (12) mit einer Fluidbremse (13) der externen Bedien- und Steuereinheit (14) in Verbindung steht, und wobei über die Bedien- und Steuereinheit (14) der von der Fluidbremse (13) erzeugte Gegendruck zur Belastungsregelung regelbar und zur Ermittlung der Patientenbelastung messbar ist.
Magnetkardiographievorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Parallel-Aufzeichnung eines EKG ein außerhalb der Abschirmkammer (1) positioniertes EKG-Gerät (16) vorgesehen ist, das aus nicht-magnetischen Komponenten bestehende, in die Abschirmkammer (1) reichende, mit dem Patienten verbindbare EKG-Elektrodenstecker (18) und -Ableitungen (17) aufweist.
Magnetkardiographievorrichtung nach Anspruch 1 oder2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ergometereinheit (8) an einer Patientenliege (3) angeordnet ist, die ebenfalls aus nicht-magnetischen Komponenten besteht.
Magnetkardiographievorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Perfusionsgerät (19) zur Medikamentengabe an den Patienten außerhalb der Abschirmkammer (1) vorgesehen ist, dessen zum Patienten in der Abschirmkammer (1) führende Medikamentenleitung (20) aus nicht-magnetischem Material besteht.
Magnetkardiographievorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abschirmkammer (1) eine Überwachungskamera (21) in einem magnetisch geschirmten Gehäuse (22) zur Überwachung des Patienten angeordnet ist.
Magnetkardiographievorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Verbindungsleitungen (12, 17, 20, 23) zwischen innerhalb und außerhalb der Abschirmkammer (1) angeordneten Komponenten durch eine oder mehrere gemeinsame Durchführungen (24, 25) in die Abschirmkammer (1) gelegt sind.