DE102013110704A1 - Marking device for ultrasound examinations, use of a body as a marking element as well as apparatus and method for ultrasound examinations - Google Patents

Marking device for ultrasound examinations, use of a body as a marking element as well as apparatus and method for ultrasound examinations Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Markiervorrichtung für Ultraschalluntersuchungen. Um eine derartige Markiervorrichtung bereitzustellen, mit deren Einsatz das Auffinden und Analysieren eines Untersuchungsgegenstandes erleichtert wird, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Markiervorrichtung mindestens ein Markierelement zur Markierung eines Untersuchungsgegenstandes umfasst, das zumindest eine erste Reflexionsfläche und eine davon beabstandete zweite Reflexionsfläche für Ultraschallstrahlung aufweist, wobei die erste Reflexionsfläche und die zweite Reflexionsfläche parallele Flächennormalen aufweisen. Außerdem betrifft die Erfindung eine Verwendung eines Körpers als Markierelement, ein Verfahren zum Auffinden von Signalbeiträgen eines Markierelementes in Ultraschallbildsignalen und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a marking device for ultrasound examinations. In order to provide such a marking device, the use of which facilitates finding and analyzing an object to be examined, it is proposed according to the invention that the marking device comprises at least one marking element for marking an object to be examined, which has at least a first reflection surface and a second reflection surface for ultrasonic radiation spaced therefrom the first reflection surface and the second reflection surface have parallel surface normals. Moreover, the invention relates to a use of a body as a marking element, a method for finding signal contributions of a marking element in ultrasonic image signals and an apparatus for performing the method.

Description

Die Erfindung betrifft eine Markiervorrichtung für Ultraschalluntersuchungen.The invention relates to a marking device for ultrasound examinations.

Außerdem betrifft die Erfindung eine Verwendung eines Körpers als Markierelement für Ultraschalluntersuchungen.Moreover, the invention relates to a use of a body as a marking element for ultrasound examinations.

Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Auffinden von Signalbeiträgen eines Markierelementes in Ultraschallbildsignalen.Furthermore, the invention relates to a method for finding signal contributions of a marking element in ultrasound image signals.

Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.Furthermore, the invention relates to a device for carrying out the method.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend insbesondere am Beispiel der Anwendung medizinischen Ultraschalls beschrieben, ist jedoch nicht auf dieses Gebiet beschränkt. Die Erfindung kann auch in anderen Gebieten zum Einsatz kommen, in denen Ultraschall zur Untersuchung eines Untersuchungsgegenstandes eingesetzt wird, beispielsweise der Materialprüfung.The present invention will be described below with particular reference to the example of the application of medical ultrasound, but is not limited to this field. The invention can also be used in other fields in which ultrasound is used to examine an object under examination, for example material testing.

Der Einsatz von Ultraschall in der Medizin, besonders intraoperativen Ultraschalls, bietet gegenüber anderen bildgebenden Verfahren den Vorteil, dass er kostengünstig und auf einfachere Weise anwendbar ist. Speziell im Verhältnis zu röntgenbasierter Bildgebung weist medizinischer Ultraschall den Vorteil auf, dass der Patient und OP-Personal keiner Belastung durch ionisierende Strahlung ausgesetzt sind. Beispielsweise wird intraoperativer Ultraschall im Bereich der Orthopädie eingesetzt, um Knochenbrüche zu erkennen. Auch im Bereich der Implantologie ist der Einsatz von Ultraschall bekannt. Wünschenswert beim Einsatz intraoperativen Ultraschalls ist eine nach Möglichkeit automatische Erkennung von Strukturen des Untersuchungsgegenstandes. Es sind Vorrichtungen und Verfahren bekannt, die zu diesem Zweck aus Ultraschallbildsignalen der Ultraschallsonde Ultraschallbilder im B-mode (brightness mode; Helligkeitsmodus) erstellen, die als Grundlage für automatisierte Bilderkennungsverfahren dienen. Die Genauigkeit dieser Vorrichtungen und Verfahren ist in der Praxis jedoch oft unzureichend. Starke Streuungen und Interferenzen des Ultraschallfeldes an Gewebe- und Knochengrenzstrukturen führen zu einem schlechten Signal-Rausch-Verhältnis. Grenzstrukturen werden ferner oft breit und verschmiert dargestellt, was das automatische Erkennen von insbesondere knöchernen Strukturen erschwert. Dies ist auch darauf zurückzuführen, dass die Bildqualität stark vom Winkel der Ultraschallsonde zum Patientenkörper abhängt. Dadurch ergeben sich in der Praxis abhängig vom Winkel oft verschmierte oder verbreiterte Strukturen, deren Interpretation für den Anwender nicht einfach ist. Erschwerend kommt hinzu, dass für intraoperativen Ultraschall insbesondere zweidimensionale Ultraschallfelder verwendet werden, was bei einer leichten Bewegung der Ultraschallsonde zu einer erheblichen Veränderung des Ultraschallbildes und damit erschwerte Interpretation durch den Anwender führen kann.The use of ultrasound in medicine, especially intraoperative ultrasound, has the advantage over other imaging methods that it is inexpensive and easier to use. Especially in relation to x-ray-based imaging, medical ultrasound has the advantage that the patient and surgical staff are not exposed to ionizing radiation. For example, intraoperative ultrasound in the field of orthopedics is used to detect fractures. Also in the field of implantology, the use of ultrasound is known. When using intraoperative ultrasound, it is desirable to automatically detect structures of the examination subject, if possible. Devices and methods are known for this purpose, which generate ultrasound images in B-mode (brightness mode) from ultrasound image signals of the ultrasound probe, which serve as a basis for automated image recognition methods. However, the accuracy of these devices and methods is often inadequate in practice. Strong scattering and interference of the ultrasound field on tissue and bone border structures lead to a poor signal-to-noise ratio. Boundary structures are also often rendered wide and smeared, making it difficult to detect bony structures automatically. This is also due to the fact that the image quality depends strongly on the angle of the ultrasound probe to the patient's body. Depending on the angle, this often results in smeared or widened structures in practice, whose interpretation is not easy for the user. To make matters worse, in particular two-dimensional ultrasound fields are used for intraoperative ultrasound, which can result in a slight movement of the ultrasound probe to a significant change in the ultrasound image and thus difficult interpretation by the user.

Um einen Untersuchungsgegenstand auf leichtere Weise auffinden zu können, kann eine Markiereinrichtung vorgesehen sein, die bei der Analyse der Ultraschallbilder auf einfache Weise erkannt und anhand derer auf den Untersuchungsgegenstand geschlossen werden kann.In order to be able to find an examination object in an easier way, a marking device can be provided which can be easily recognized during the analysis of the ultrasound images and by means of which it is possible to deduce the subject of the examination.

Dementsprechend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Markiervorrichtung für Ultraschalluntersuchungen bereitzustellen, mit deren Einsatz das Auffinden und Analysieren eines Untersuchungsgegenstandes erleichtert wird.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a marking device for ultrasound examinations, the use of which facilitates the finding and analyzing of an examination object.

Diese Aufgabe wird durch eine Markiervorrichtung für Ultraschalluntersuchungen gelöst, die mindestens ein Markierelement zur Markierung eines Untersuchungsgegenstandes umfasst, das zumindest eine erste Reflexionsfläche und eine davon beabstandete zweite Reflexionsfläche für Ultraschallstrahlung aufweist, wobei die erste Reflexionsfläche und die zweite Reflexionsfläche parallele Flächennormalen aufweisen.This object is achieved by a marking device for ultrasound examinations, which comprises at least one marking element for marking an examination subject, which has at least a first reflection surface and a second reflection surface for ultrasonic radiation spaced therefrom, the first reflection surface and the second reflection surface having parallel surface normals.

In die Erfindung fließt der Gedanke mit ein, dass es sich bei einer Ultraschalluntersuchung um ein auf Reflexion von Ultraschallstrahlung an einer untersuchten Struktur beruhendem Verfahren handelt. Dementsprechend sieht die Erfindung vor, dass eine Markiervorrichtung mit mindestens einem Markierelement, das zur Markierung des Untersuchungsgegenstandes eingesetzt werden kann, vorgesehen wird. An zumindest einer ersten und einer davon beabstandeten zweiten Reflexionsfläche kann Ultraschallstrahlung reflektiert werden, wobei die Reflexionsflächen parallele und vorzugsweise zusammenfallende Flächennormalen aufweisen. In Ausbreitungsrichtung der Ultraschallstrahlung weisen die erste und die zweite Reflexionsfläche einen Abstand voneinander auf. Einfallende Ultraschallstrahlung kann mit zeitlicher Verzögerung zunächst an der ersten und anschließend an der zweiten Reflexionsfläche teilweise reflektiert und von der Ultraschallsonde wieder erfasst werden. Dadurch ist es möglich, in den Ultraschallbildsignalen Signalanteile zu ermitteln, die auf die Reflexion der Ultraschallstrahlung an den Reflexionsflächen zurückzuführen sind. Durch die gleiche Orientierung der Flächennormalen kann sichergestellt werden, dass sich parallel zu den Flächennormalen ausbreitende Ultraschallstrahlung mit einem an der ersten und einem an der zweiten Reflexionsfläche reflektieren Anteil wieder von der Ultraschallsonde erfasst werden kann, wobei die Zeitdifferenz der Signalanteile im Ultraschallsignal durch den Abstand der Reflexionsflächen voneinander ergibt. Es zeigt sich in der Praxis, dass das mindestens eine Markierelement zuverlässig detektiert werden kann, insbesondere wenn dessen Schallimpedanz für die verwendete Ultraschallstrahlung sich deutlich von der Schallimpedanz der Umgebung unterscheidet, indem das Markierelement positioniert ist, insbesondere derjenigen des Untersuchungsgegenstandes. The idea flows into the invention that an ultrasound examination is a method based on reflection of ultrasound radiation on a structure under investigation. Accordingly, the invention provides that a marking device is provided with at least one marking element which can be used to mark the object under examination. Ultrasonic radiation can be reflected on at least a first and a second reflection surface spaced therefrom, the reflection surfaces having parallel and preferably coincident surface normals. In the propagation direction of the ultrasonic radiation, the first and the second reflection surface are at a distance from one another. Incident ultrasound radiation can be partially reflected with a time delay first at the first and then at the second reflection surface and detected again by the ultrasound probe. This makes it possible to determine signal components in the ultrasound image signals, which are due to the reflection of the ultrasound radiation at the reflection surfaces. It can be ensured by the same orientation of the surface normals that ultrasound radiation propagating parallel to the surface normal can be detected again by the ultrasound probe with a component reflecting at the first and at the second reflection surface, the time difference of the signal components in the ultrasound signal being determined by the distance of the ultrasound signal Reflection surfaces from each other results. It turns out in practice that the at least one marking element can be reliably detected, in particular if its sound impedance for the ultrasonic radiation used differs significantly from the acoustic impedance of the environment by the marking element is positioned, in particular that of the examination subject.

Von Vorteil ist es, wenn das mindestens eine Markierelement mehr als zwei Reflexionsflächen aufweist, deren Flächennormalen parallel zueinander ausgerichtet sind. Dadurch ist günstigerweise die Möglichkeit gegeben, dass eine Mehrfachreflexion der Ultraschallstrahlung am mindestens einen Markierelement erfolgt. Beispielsweise erfolgt dies zunächst an einer Außenseite des Markierelementes an einer ersten Reflexionsfläche. Anschließend kann an einer Innenseite des Markierelementes die davon beabstandete zweite Reflexionsfläche angeordnet sein. An dieser reflektierte Ultraschallstrahlung kann zum Beispiel an einer davon beabstandeten innenseitigen dritten Reflexionsfläche, die der ersten Reflexionsfläche entspricht mit entgegengesetzter Einfallsrichtung der Ultraschallstrahlung, abermals reflektiert werden. Dadurch ist die Möglichkeit gegeben, dass sich Ultraschallstrahlung hin und her bewegt, vielfach reflektiert im mindestens einen Markierelement. Da jeweils ein nicht-reflektierter, transmittierter Anteil vorhanden ist, kann eine Mehrfachreflexion im Ultraschallbildsignal als "Schweif" eines sich in Zeitrichtung ausbreitenden Ultraschallsignals erkannt werden. Durch die vielfache Reflexion von Ultraschallstrahlung kann eine Vielzahl von in Zeitrichtung aufeinanderfolgenden, auf Reflexion beruhenden Signalanteilen aufgefunden werden. Diese Signalanteile sind umso höher, je größer der Sprung der Schallimpedanz vom mindestens einen Markierelement zu seiner Umgebung ist.It is advantageous if the at least one marking element has more than two reflection surfaces whose surface normals are aligned parallel to one another. As a result, the possibility is advantageously given that a multiple reflection of the ultrasound radiation takes place on the at least one marking element. For example, this first takes place on an outer side of the marking element on a first reflection surface. Subsequently, the spaced-apart second reflection surface can be arranged on an inner side of the marking element. At this reflected ultrasound radiation, for example, at a spaced-apart inside third reflective surface, which corresponds to the first reflection surface with opposite direction of incidence of the ultrasound radiation, are reflected again. As a result, there is the possibility that ultrasound radiation moves back and forth, many times reflected in at least one marking element. Since there is a non-reflected transmitted portion, a multiple reflection in the ultrasonic image signal can be recognized as a "tail" of an ultrasonic signal propagating in the time direction. As a result of the multiple reflection of ultrasound radiation, a multiplicity of time-sequential, reflection-based signal components can be found. These signal components are the higher, the greater the jump in the acoustic impedance from the at least one marking element to its surroundings.

Von Vorteil ist es, wenn die Reflexionsflächen an einer Außenseite oder an einer Innenseite des mindestens einen Markierelementes angeordnet sind. Beispielsweise ist die erste Reflexionsfläche, wie erwähnt, an einer Außenseite und die zweite Reflexionsfläche an einer Innenseite angeordnet. Der ersten Reflexionsfläche gegenüberliegend kann innenseitig am Markierelement eine weitere, dritte Reflexionsfläche gebildet sein, die der ersten Reflexionsfläche bei entgegengesetzter Einfallsrichtung der Ultraschallstrahlung entspricht.It is advantageous if the reflection surfaces are arranged on an outer side or on an inner side of the at least one marking element. For example, as mentioned, the first reflection surface is arranged on an outer side and the second reflection surface on an inner side. Opposite the first reflection surface, on the inside of the marking element, a further, third reflection surface may be formed which corresponds to the first reflection surface in the opposite direction of incidence of the ultrasonic radiation.

Es kann vorgesehen sein, dass zumindest eine Reflexionsfläche planar ist.It can be provided that at least one reflection surface is planar.

Weiter kann vorgesehen sein, dass zumindest eine Reflexionsfläche gekrümmt ist. Bei einer Mehrzahl von gekrümmten Reflexionsflächen können deren Flächennormalen zusammenfallen.It can further be provided that at least one reflection surface is curved. With a plurality of curved reflecting surfaces, their surface normals can coincide.

Es kann vorgesehen sein, dass eine Reflexionsfläche planar und eine Reflexionsfläche gekrümmt ist, wodurch beispielsweise eine von der planaren Reflexionsfläche definierte Ebene detektiert werden kann.It can be provided that a reflection surface is planar and a reflection surface is curved, as a result of which, for example, a plane defined by the planar reflection surface can be detected.

Die Reflexionsflächen können beispielsweise parallel zueinander ausgerichtet sein.The reflection surfaces can be aligned, for example, parallel to each other.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist das mindestens eine Markierelement günstigerweise eine Kugel oder weist eine Kugelform auf. Unabhängig von der Einstrahlungsrichtung kann an Kugelflächen eine Mehrfachreflexion von Ultraschallstrahlung erfolgen, deren Signalanteile mit der Ultraschallsonde detektiert werden können. Eine Kugelform kann beispielsweise dadurch bereitgestellt werden, dass das mindestens eine Markierelement, wie nachfolgend erwähnt, ein kugelförmiger Hohlkörper ist.In an advantageous embodiment, the at least one marking element is conveniently a ball or has a spherical shape. Regardless of the direction of irradiation, a multiple reflection of ultrasound radiation can take place on spherical surfaces, the signal components of which can be detected with the ultrasound probe. A spherical shape can for example be provided by the fact that the at least one marking element, as mentioned below, is a spherical hollow body.

Bei einer andersartigen vorteilhaften Ausführungsform ist es günstig, wenn das mindestens eine Markierelement eine Polyederform aufweist oder ein Polyeder ist, insbesondere dass es eine Würfelform aufweist oder ein Würfel ist.In another advantageous embodiment, it is favorable if the at least one marking element has a polyhedron shape or is a polyhedron, in particular that it has a cube shape or is a cube.

Die Verwendung einer Kugel oder eines Würfels als Markierelement erweist sich in der Praxis als besonders vorteilhaft. Ultraschallstrahlung kann an einer Außenseite und einer Innenseite reflektiert werden. An der Innenseite reflektierte Ultraschallstrahlung kann abermals an der Innenseite, der ersten Reflexionsfläche an der Außenseite entsprechend mit entgegengesetzter Einfallsrichtung der Ultraschallstrahlung, reflektiert werden. Dadurch kann eine Mehrfachreflexion bei gleichzeitiger Auskopplung von Ultraschallstrahlung in Richtung auf die Ultraschallsonde erfolgen, die sich in den Ultraschallbildsignalen zuverlässig detektieren lässt.The use of a ball or a cube as a marking element proves to be particularly advantageous in practice. Ultrasonic radiation can be reflected on an outside and inside. Ultrasonic radiation reflected on the inside can again be reflected on the inside, the first reflection surface on the outside corresponding to the opposite direction of incidence of the ultrasound radiation. As a result, a multiple reflection with simultaneous decoupling of ultrasound radiation in the direction of the ultrasound probe can take place, which can be reliably detected in the ultrasound image signals.

Bei einer Umsetzung der erfindungsgemäßen Markiervorrichtung in der Praxis erweist es sich als günstig, wenn das mindestens eine Markierelement eine Größe in einer Raumrichtung, insbesondere einen Durchmesser, von ungefähr 2 mm bis ungefähr 4 mm aufweist. Beispielsweise kommt eine Kugel mit einem Durchmesser von 2 mm für Bildtiefen von bis zu 40 mm zum Einsatz, eine Kugel von ungefähr 3 mm Durchmesser für Bildtiefen von bis zu 80 mm, und eine Kugel mit einem Durchmesser von ungefähr 4 mm für Bildtiefen bis zu 120 mm.In an implementation of the marking device according to the invention in practice, it proves to be advantageous if the at least one marking element has a size in a spatial direction, in particular a diameter of about 2 mm to about 4 mm. For example, a 2 mm diameter sphere is used for image depths of up to 40 mm, a sphere of about 3 mm diameter for image depths of up to 80 mm, and a sphere with a diameter of about 4 mm for image depths up to 120 mm.

Das mindestens eine Markierelement kann, wie bereits erwähnt, ein Hohlkörper sein. Beispielsweise ist der Hohlkörper eine Aussparung im Untersuchungsgegenstand, insbesondere ein kugel- oder würfelförmiger Hohlraum in einem Knochen bei der Verwendung von medizinischem Ultraschall.The at least one marking element can, as already mentioned, be a hollow body. For example, the hollow body is a recess in the examination subject, in particular a spherical or cube-shaped cavity in a bone when using medical ultrasound.

Der Hohlkörper kann mit einem Füllmaterial gefüllt sein, beispielsweise ein Gas wie insbesondere Luft. Denkbar ist auch ein flüssiges Füllmaterial. Als Füllmaterial kann beispielsweise ein Kontrastmittel zum Einsatz kommen, dessen Schallimpedanz sich erheblich von der Schallimpedanz des Untersuchungsgegenstandes unterscheidet. The hollow body may be filled with a filling material, for example a gas, in particular air. Also conceivable is a liquid filler. As a filling material, for example, a contrast agent can be used, the sound impedance differs significantly from the acoustic impedance of the object under investigation.

Bei einer andersartigen vorteilhaften Ausführungsform ist das mindestens eine Markierelement ein Vollkörper.In another advantageous embodiment, the at least one marking element is a solid body.

Als günstig erweist es sich, wenn das mindestens eine Markierelement aus einem Metall besteht, insbesondere Stahl, Platin, Tantal, Titan, Gold, Silber, Kobalt, Chrom oder aus einer Legierung aus zwei oder mehr dieser Materialien.It proves to be favorable if the at least one marking element consists of a metal, in particular steel, platinum, tantalum, titanium, gold, silver, cobalt, chromium or an alloy of two or more of these materials.

Metalle, insbesondere die vorstehend genannten Metalle, und deren Legierungen weisen Schallimpedanzen für Ultraschallstrahlung von einer Größe auf, aufgrund derer sie sich sehr gut für die Verwendung in Markierelementen bei medizinischen Ultraschalluntersuchungen eignen. Beispielsweise beträgt die Schallimpedanz von Stahl ungefähr 45·106 kg/(m2s) und ist damit ungefähr 25 Mal bis 30 Mal so groß wie die durchschnittliche Schallimpedanz von Körpergewebe, welche ungefähr 1,6·106 kg/(m2s) beträgt (bezogen auf eine Frequenz medizinischen Ultraschalls in Höhe von ungefähr 10 MHz). Dadurch eignet sich insbesondere Stahl, speziell aus Gründen der einfachen Herstellung und geringen Kosten, sehr gut als Material für ein Markierelement, das bei medizinischen Ultraschalluntersuchungen zum Einsatz kommen kann.Metals, especially the aforementioned metals, and their alloys have ultrasonic signal to ultrasonic levels of a size which makes them very well suited for use in medical ultrasound marking elements. For example, the acoustic impedance of steel is about 45 × 10 6 kg / (m 2 s), about 25 times to 30 times the average acoustic impedance of body tissue, which is about 1.6 × 10 6 kg / (m 2 s ) (based on a frequency of medical ultrasound of approximately 10 MHz). As a result, especially steel, especially for reasons of ease of manufacture and low cost, is very well suited as a material for a marking element, which can be used in medical ultrasound examinations.

Bei einer andersartigen vorteilhaften Ausführungsform der Markiervorrichtung kann vorgesehen sein, dass das mindestens eine Markierelement aus Knochen oder einem Knochenersatzmaterial besteht.In another advantageous embodiment of the marking device, it can be provided that the at least one marking element consists of bone or a bone substitute material.

Günstig ist es, wenn das mindestens eine Markierelement aus einem resorbierbaren Material wie beispielsweise Polylaktid oder Calciumphosphat besteht, wodurch es bei einer medizinischen Ultraschalluntersuchung im Körper verbleiben und von diesem resorbiert werden kann.It is advantageous if the at least one marking element consists of a resorbable material such as polylactide or calcium phosphate, whereby it can remain in the body during a medical ultrasound examination and can be absorbed by the latter.

In der Praxis erweist es sich vorteilhaft, wenn die Ultraschallimpedanz des mindestens einen Markierelementes für medizinische Ultraschallstrahlung größer ist als ungefähr 20·106 kg/(m2s), bevorzugt größer als 25·106 kg/(m2s), beispielsweise bei einer Ultraschallfrequenz von ungefähr 10 MHz. Bei einer derartigen Ultraschallimpedanz, dies zeigt sich in der Praxis, kann ein auf Mehrfachreflexion an den Reflexionsflächen beruhender Signalanteil von Signalanteilen des das Markierelement umgegebenen Körpergewebes zuverlässig getrennt werden.In practice, it proves advantageous if the ultrasonic impedance of the at least one marking element for medical ultrasound radiation is greater than about 20 × 10 6 kg / (m 2 s), preferably greater than 25 × 10 6 kg / (m 2 s), for example at an ultrasonic frequency of about 10 MHz. In the case of such an ultrasonic impedance, as is apparent in practice, a signal component of signal components of the body tissue surrounding the marking element based on multiple reflection at the reflection surfaces can be reliably separated.

Vorteilhafterweise ist die Schallgeschwindigkeit im mindestens einen Markierelement für medizinische Ultraschallstrahlung, beispielsweise bei einer Ultraschallfrequenz von ungefähr 10 MHz, größer als ungefähr 1.500 m/s, bevorzugt größer als ungefähr 3.000 m/s. Die Verwendung eines Materials mit einer Schallgeschwindigkeit, die größer ist als die durchschnittliche von Körpergewebe (ungefähr 1.500 m/s) für Ultraschallstrahlung erweist sich als vorteilhaft. Durch eine vergleichsweise hohe Schallgeschwindigkeit im Markierelement können pro Zeiteinheit verhältnismäßig viele Reflexionen, insbesondere an der vorstehend genannten zweiten und der vorstehend genannten dritten Reflexionsfläche erfolgen. In den Ultraschallbildsignalen können dadurch viele Signalbeiträge von Mehrfachreflexionen aufgefunden und analysiert werden. Dies erleichtert das Auffinden des Markierelementes, indem aufgrund der Steigerung der Schallgeschwindigkeit gegenüber der Schallgeschwindigkeit der Umgebung des Markierelementes, insbesondere des Untersuchungsgegenstandes, das Ultraschallbild in Ausbreitungsrichtung des Ultraschalls dem Markierelement nachgelagert als in Zeitrichtung gestaucht erscheint.Advantageously, the speed of sound in the at least one marking element for medical ultrasound radiation, for example at an ultrasound frequency of approximately 10 MHz, is greater than approximately 1,500 m / s, preferably greater than approximately 3,000 m / s. The use of a material with a speed of sound greater than the average of body tissue (about 1,500 m / s) for ultrasonic radiation proves to be advantageous. Due to a comparatively high speed of sound in the marking element, relatively many reflections can take place per unit of time, in particular on the above-mentioned second and the aforementioned third reflection surface. In the ultrasound image signals many signal contributions of multiple reflections can be found and analyzed. This makes it easier to find the marking element, because due to the increase in the speed of sound relative to the speed of sound of the environment of the marking element, in particular the object under investigation, the ultrasound image in the direction of propagation of the ultrasound downstream of the marking element appears to be compressed in the direction of time.

Insgesamt ist es günstig, wenn das mindestens eine Markierelement eine Schallimpedanz und Schallgeschwindigkeit für medizinische Ultraschallstrahlung aufweist, die jeweils größer sind als die Schallimpedanz bzw. die Schallgeschwindigkeit für Ultraschallstrahlung im Körpergewebe.Overall, it is advantageous if the at least one marking element has a sound impedance and sound velocity for medical ultrasound radiation, which are each greater than the sound impedance or the speed of sound for ultrasound radiation in the body tissue.

Von Vorteil ist es, wenn dem mindestens einen Markierelement eine Befestigungseinrichtung zum Festlegen am Untersuchungsgegenstand zugeordnet ist. Das Markierelement kann die Befestigungseinrichtung umfassen. Die Befestigungseinrichtung ist beispielsweise eine Schraube, ein Niet, ein Dorn, ein Stift oder ein Faden. Die Befestigungseinrichtung kann mit einer körperintegrativen Beschichtung versehen sein, beispielsweise einer osteointegrativen Beschichtung.It is advantageous if the at least one marking element is associated with a fastening device for fixing on the examination subject. The marking element may comprise the fastening device. The fastening device is for example a screw, a rivet, a mandrel, a pin or a thread. The fastening device can be provided with a body-integrated coating, for example an osteointegrative coating.

Die Befestigungseinrichtung kann ein Implantat sein, an dem das mindestens eine Markierelement festgelegt oder festlegbar ist.The fastening device may be an implant on which the at least one marking element is fixed or fixable.

Bevorzugt ist die Befestigungseinrichtung aus einem Material gefertigt, dessen Schallimpedanz sich deutlich von demjenigen Material unterscheidet, aus dem das Markierelement gefertigt ist. Dadurch wird sichergestellt, dass möglichst wenig störende Beiträge der Befestigungseinrichtung zu den Ultraschallbildsignalen beigesteuert werden, wodurch das Auffinden des Markierelementes erleichtert wird.Preferably, the fastening device is made of a material whose sound impedance is significantly different from that of the material from which the marking element is made. This ensures that as few disturbing contributions of the fastening device to the ultrasound image signals are contributed, whereby the finding of the marking element is facilitated.

Die Markiervorrichtung kann zwei oder mehr Markierelemente aufweisen. Die Markierelemente können räumlich fest zueinander angeordnet sein oder relativ zueinander beweglich sein. Beispielsweise sind die Markierelemente unabhängig voneinander positionierbar.The marking device may have two or more marking elements. The marking elements may be spatially fixed to each other or be movable relative to each other. For example, the marking elements are independently positionable.

Die Markierelemente können identisch oder unterschiedlich sein.The marking elements can be identical or different.

Wie eingangs erwähnt, betrifft die Erfindung auch eine Verwendung. Eine erfindungsgemäße Verwendung ist eine Verwendung eines Körpers, der mindestens eine erste Reflexionsfläche und eine davon beabstandete zweite Reflexionsfläche mit parallelen Flächennormalen aufweist, als Markierelement zur Markierung eines Untersuchungsgegenstandes, der mit Ultraschallstrahlung untersucht wird.As mentioned above, the invention also relates to a use. A use according to the invention is a use of a body which has at least one first reflection surface and a second reflection surface with parallel surface normals spaced apart therefrom, as marking element for marking an examination object which is examined with ultrasound radiation.

Der Körper kann insbesondere die Merkmale aufweisen, die anhand der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Markiervorrichtung und vorteilhafter Ausführungsformen davon am Beispiel von deren Markierelement erläutert wurden.The body may in particular have the features which have been explained with reference to the above-described marking device according to the invention and advantageous embodiments thereof by the example of their marking element.

Wie eingangs weiter erwähnt, betrifft die Erfindung auch ein Verfahren. Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Auffinden von Signalbeiträgen eines Markierelementes an einer Markiervorrichtung der vorstehend genannten Art in Ultraschallbildsignalen ist dadurch gekennzeichnet, dass einer Datenverarbeitungseinrichtung von einer Ultraschallsonde Ultraschallbildsignale übermittelt werden, wobei die Ultraschallbildsignale von der Datenverarbeitungseinrichtung auf Vorhandensein von Signalanteilen untersucht werden, die sich durch Mehrfachreflexion der Ultraschallstrahlung am Markierelement infolge eines Sprunges der Schallimpedanz zwischen dem Untersuchungsgegenstand und des mindestens einen Markierelementes ergeben.As mentioned further, the invention also relates to a method. A method according to the invention for finding signal contributions of a marking element on a marking device of the aforementioned kind in ultrasound image signals is characterized in that ultrasound image signals are transmitted to a data processing device by an ultrasound probe, wherein the ultrasound image signals are examined by the data processing device for the presence of signal components which are subject to multiple reflection Ultrasonic radiation at the marking result as a result of a jump in the acoustic impedance between the object to be examined and the at least one marking element.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens wurden bereits im Zusammenhang mit der Erläuterung der erfindungsgemäßen Markiervorrichtung erwähnt, so dass diesbezüglich auf voranstehende Erläuterungen verwiesen werden kann.The advantages of the method according to the invention have already been mentioned in connection with the explanation of the marking device according to the invention, so that in this regard reference may be made to the above explanations.

Bei dem Verfahren kommt insbesondere ein Markierelement der vorstehend genannten Art zum Einsatz, an dem einfallende Ultraschallstrahlung an zumindest zwei und vorzugsweise mehr als zwei Reflexionsflächen reflektiert und wieder von der Ultraschallsonde erfasst werden kann. Insbesondere können drei Reflexionsflächen vorgesehen sein, außenseitig und zweimal innenseitig am Markierelement, wodurch eine Mehrfachreflexion unter gleichzeitiger Auskopplung von Ultraschallstrahlung in Richtung der Ultraschallsonde am und im Markierelement erfolgen kann.In the method, in particular, a marking element of the aforementioned type is used, on which incident ultrasonic radiation can be reflected on at least two and preferably more than two reflection surfaces and can be detected again by the ultrasound probe. In particular, three reflection surfaces can be provided, on the outside and twice on the inside of the marking element, as a result of which multiple reflection with simultaneous decoupling of ultrasonic radiation in the direction of the ultrasound probe on and in the marking element can take place.

Günstigerweise wird das Verfahren in Echtzeit durchgeführt, wodurch das Verfahren besonders benutzerfreundlich ausgestaltet ist.Conveniently, the method is carried out in real time, whereby the method is designed particularly user-friendly.

Als vorteilhaft erweist es sich, wenn die Datenverarbeitungseinrichtung von der Ultraschallsonde bereitgestellte hochfrequente (RF/HF) Ultraschallbildsignale untersucht. Dies gibt die Möglichkeit, die Position des mindestens einen Markierelementes bereits anhand der hochfrequenten Ultraschallbildsignale zu ermitteln, ohne dass hierfür Ultraschallbilder im B-mode (brightness mode) erstellt werden müssen.It proves to be advantageous if the data processing device examines high-frequency (RF / HF) ultrasound image signals provided by the ultrasound probe. This makes it possible to determine the position of the at least one marking element already on the basis of the high-frequency ultrasound image signals without ultrasound images having to be created in B-mode (brightness mode) for this purpose.

Günstig ist es, wenn die Ultraschallbildsignale in einer Matrix aus Signalanteilen vorliegen, die in einer ersten Richtung eine Rauminformation enthält und in einer zweiten Richtung eine Zeitinformation, und wenn die Signalanteile in Zeitrichtung aufsummiert werden und die Position des Markierelementes in Raumrichtung angesehen wird als Position des Maximums der Summation. Die Beiträge einzelner Ultraschallwandler der Ultraschallsonde können so in einer Matrix angeordnet werden, dass die räumliche Information in einer ersten Raumrichtung und die Zeitinformation einer zweiten Raumrichtung (beispielsweise einer Zeile bzw. einer Spalte der Matrix) enthalten ist. Durch Aufsummation der Signalanteile in Zeitrichtung (zeitliche Integration) kann ein raumabhängiges Zeitintegral der empfangenen Ultraschallstrahlung bereitgestellt werden. In der Praxis kann dadurch, unter der Annahme, dass das Maximum der Summation der Position des Markierelementes entspricht, das Markierelement auf einfache Weise, idealerweise in Echtzeit, in Raumrichtung aufgefunden werden.It is advantageous if the ultrasound image signals are present in a matrix of signal components which contains spatial information in a first direction and time information in a second direction and if the signal components are summed in the time direction and the position of the marker in the spatial direction is considered as the position of the Maximums of the summation. The contributions of individual ultrasound transducers of the ultrasound probe can be arranged in a matrix such that the spatial information is contained in a first spatial direction and the time information of a second spatial direction (for example, a row or a column of the matrix). By summing up the signal components in time direction (temporal integration), a space-dependent time integral of the received ultrasound radiation can be provided. In practice, thereby assuming that the maximum of the summation corresponds to the position of the marking element, the marking element can be found in a simple manner, ideally in real time, in the spatial direction.

Weiter erweist es sich als günstig, wenn die Ultraschallbildsignale in einer Matrix aus Signalanteilen vorliegen, die in einer ersten Raumrichtung eine Rauminformation enthält und in einer zweiten Richtung eine Zeitinformation, und wenn die Signalanteile auf in Zeitrichtung, zumindest abschnittsweise, regelmäßig angeordnete Signalamplituden untersucht werden. Beispielsweise werden die Signale in Zeitrichtung auf Vorhandensein eines "Signalkammes" von Signalamplituden untersucht, wobei der Signalkamm angesehen wird als sich ergebend durch eine Mehrfachreflexion von Ultraschallstrahlung an den Reflexionsflächen. Die Position des Markierelementes in Zeitrichtung kann dann angesehen werden als zeitlicher Beginn des Signalkammes.Furthermore, it proves to be advantageous if the ultrasound image signals are present in a matrix of signal components, which contains spatial information in a first spatial direction and time information in a second direction, and if the signal components are examined in regular time, at least in sections, regularly arranged signal amplitudes. For example, the signals are examined in the time direction for the presence of a "signal comb" of signal amplitudes, the signal comb being considered to result from multiple reflection of ultrasound radiation at the reflection surfaces. The position of the marking element in the time direction can then be regarded as a time beginning of the signal comb.

Vorteilhafterweise werden bei der Untersuchung Signalanteile, die unterhalb einer vorgebbaren Schwellenwertamplitude liegen, als die Schwellenwertamplitude aufweisend angesehen. Wie sich in der Praxis zeigt, kann dadurch die Position des Markierelementes auf einfachere Weise erfasst werden. Signalamplituden unterhalb der Schwellenwertamplitude werden als die Schwellenwertamplitude aufweisend angesehen. Diese Signalanteile können bei der Untersuchung durch die Datenverarbeitungseinrichtung ignoriert werden. Lediglich die über die Schwellenwertamplitude hinausragenden Signalanteile können zum Auffinden des vorstehend erwähnten Signalkamms untersucht werden.Advantageously, in the investigation, signal components which lie below a predefinable threshold amplitude are regarded as having the threshold amplitude. As can be seen in practice, this allows the position of the marking element to be detected in a simpler manner. Signal amplitudes below the threshold amplitude are considered to have the threshold amplitude. These signal components can be ignored during the examination by the data processing device. Only the over the Threshold amplitude protruding signal components can be examined to find the above-mentioned signal comb.

Das Verfahren eignet sich insbesondere für medizinischen Ultraschall, der beispielsweise an zur Untersuchung von Knochen eingesetzt werden. Beispielsweise wird das Verfahren bei der Untersuchung von oberen und unteren Extremitäten oder bei einer Untersuchung der Wirbelsäule eingesetzt. Über die Implantologie hinaus kann das Verfahren auch bei Biopsien eingesetzt werden.The method is particularly suitable for medical ultrasound, which are used, for example, for the examination of bones. For example, the method is used in the examination of upper and lower extremities or in a study of the spine. In addition to implantology, the procedure can also be used in biopsies.

Als vorteilhaft erweist es sich, wenn Ultraschallstrahlung in zwei oder mehr paarweise schief zueinander ausgerichteten Strahlrichtungen verwendet wird, wenn die Untersuchung der Ultraschallbildsignale für jede der Strahlrichtungen an einem jeweiligen Ultraschallbilddatensatz gesondert vorgenommen wird und wenn das Markierelement erst als aufgefunden angesehen wird, wenn es in zumindest zwei Ultraschallbilddatensätzen als vorhanden angesehen wird. Dadurch kann eine Plausibilitätsprüfung erfolgen. Erst wenn die Datenverarbeitungseinrichtung das Markierelement in zwei oder mehr Ultraschallbilddatensätzen auffindet, beispielsweise eine der vorstehend beschriebenen Arten, wird es als am Untersuchungsgegenstand angeordnet angesehen.It proves to be advantageous if ultrasonic radiation is used in two or more obliquely aligned beam directions in pairs, if the examination of the ultrasound image signals for each of the beam directions is performed separately on a respective ultrasound image data set and if the marker is only found to be found when it is in at least two ultrasonic image data sets is considered to be present. This can be done a plausibility check. Only when the data processing device finds the marking element in two or more ultrasound image data sets, for example one of the types described above, is it considered to be located on the examination subject.

Wie eingangs schon erwähnt, betrifft die Erfindung auch eine Vorrichtung. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung eines der vorstehend genannten Verfahren umfasst eine Markiervorrichtung der vorstehend genannten Art, eine Ultraschallsonde und eine Datenverarbeitungseinrichtung, wobei die Ultraschallsonde der Datenverarbeitungseinrichtung Ultraschallbildsignale bereitstellt und die Datenverarbeitungseinrichtung so ausgebildet und programmiert ist, dass sie die Ultraschallbildsignale auf Vorhandensein von Signalanteilen untersucht, die sich durch Mehrfachreflexion der Ultraschallstrahlung am mindestens einen Markierelement der Markiervorrichtung infolge eines Sprunges der Schallimpedanz zwischen dem Untersuchungsgegenstand und dem mindestens einen Markierelement ergeben.As already mentioned, the invention also relates to a device. A device according to the invention for carrying out one of the aforementioned methods comprises a marking device of the aforementioned type, an ultrasound probe and a data processing device, the ultrasound probe providing ultrasound image signals to the data processing device and the data processing device being designed and programmed to examine the ultrasound image signals for the presence of signal components, which result from multiple reflection of the ultrasonic radiation at the at least one marking element of the marking device as a result of a jump in the acoustic impedance between the object to be examined and the at least one marking element.

Die mit der Vorrichtung erzielbaren Vorteile und deren Funktionsweise wurden bereits vorstehend im Zusammenhang mit der Erläuterung der Markiervorrichtung und des Verfahrens erläutert, so dass diesbezüglich auf voranstehende Ausführung verwiesen werden kann.The achievable with the device advantages and their operation have already been explained above in connection with the explanation of the marking device and the method, so that reference can be made in this regard to the above embodiment.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Vorrichtung ergeben sich durch vorteilhafte Ausführungsformen der Markiervorrichtung bzw. vorteilhafte Ausführungsbeispiele des Verfahrens.Advantageous embodiments of the device result from advantageous embodiments of the marking device or advantageous embodiments of the method.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein chirurgisches Instrumentarium, beispielsweise mit den nachfolgend genannten Merkmalen. Eine der vorstehend genannten Markiervorrichtungen kann als Bestandteil des chirurgischen Instrumentariums zum Einsatz kommen. Eines der vorstehend genannten Verfahren und/oder die vorstehend genannte Vorrichtung mit dem chirurgischen Instrumentarium zum Einsatz kommen. Das Instrumentarium kann Bestandteil der Vorrichtung sein, oder umgekehrt:

  • 1. Chirurgisches Instrumentarium, umfassend mindestens ein Implantat und eine diesem zugeordnete chirurgische Markiervorrichtung für Ultraschalluntersuchungen, die mindestens ein mittels Ultraschallstrahlung detektier bares chirurgisches Markierelement aufweist, wobei das mindestens eine Markierelement in vorgebbarer oder vorgegebener räumlicher Beziehung zum Implantat angeordnet oder anordenbar ist.
  • 2. Instrumentarium nach Satz 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Implantat ein Wirbelkörperersatzimplantat ist.
  • 3. Instrumentarium nach Satz 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Implantat ein Implantat zur gegenseitigen Abstützung benachbarter Wirbelkörper ist.
  • 4. Instrumentarium nach einem Satz 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Implantat ein Implantat zur gegenseitigen Abstützung der Dornfortsätze benachbarter Wirbelkörper ist.
  • 5. Instrumentarium nach Satz 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Implantat ein Bandscheibenersatzimplantat ist.
  • 6. Instrumentarium nach Satz 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Implantat ein Implantat zum Verschließen des Anulus fibrosus der Bandscheibe ist.
  • 7. Instrumentarium nach einem der voranstehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet, dass das Implantat chirurgisches Nahtmaterial ist oder umfasst.
  • 8. Instrumentarium nach einem der voranstehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet, dass die Markiervorrichtung eine Mehrzahl von Markierelement umfasst.
  • 9. Instrumentarium nach Satz 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierelemente identisch sind oder unterschiedlich sind.
  • 10. Instrumentarium nach Satz 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierelemente relativ zueinander frei positionierbar sind.
  • 11. Instrumentarium nach Satz 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierelemente in unveränderbarer Relativorientierung zueinander angeordnet sind.
  • 12. Instrumentarium nach einem der Sätze 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Markiervorrichtung drei in einer Ebene angeordnete Markierelemente aufweist.
  • 13. Instrumentarium nach einem der Sätze 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass drei oder mehr Markierelemente so angeordnet oder anordenbar sind, dass sie von einem gemeinsamen Punkt identische Abstände aufweisen.
  • 14. Instrumentarium nach einem der voranstehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Markierelement zumindest eine erste Reflexionsfläche und eine davon beabstandete zweite Reflexionsfläche für Ultraschallstrahlung aufweist, wobei die erste Reflexionsfläche und die zweite Reflexionsfläche parallele Flächennormalen aufweisen.
  • 15. Instrumentarium nach einem der voranstehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Markierelement eine Kugelform aufweist oder eine Kugel ist.
  • 16. Instrumentarium nach einem der voranstehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet, dass das Instrumentarium eine Befestigungseinrichtung umfasst zur Festlegung des mindestens einen Markierelementes am Körper, am Implantat oder an einem Werkzeug für das Implantat.
  • 17. Instrumentarium nach Satz 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungseinrichtung eine Schraube, einen Niet oder einen Dorn aufweist.
  • 18. Instrumentarium nach Satz 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungseinrichtung eine osteointegrative Beschichtung aufweist.
  • 19. Instrumentarium nach einem der Sätze 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Implantat die Befestigungseinrichtung ausbildet.
  • 20. Instrumentarium nach einem der voranstehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Markierelement am Implantat festgelegt ist.
  • 21. Instrumentarium nach einem der voranstehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Markierelement in das Implantat eingebettet ist.
  • 22. Instrumentarium nach einem der voranstehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet, dass das Instrumentarium ein Werkzeug umfasst zum Einwirken auf das Implantat, welches Werkzeug in vorgegebener oder vorgebbarer räumlicher Relativorientierung am Implantat festlegbar ist.
  • 23. Instrumentarium nach Satz 22, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Markierelement am Werkzeug festgelegt ist.
The present invention also relates to a surgical instrument, for example with the following features. One of the aforementioned marking devices can be used as part of the surgical instruments. One of the above-mentioned methods and / or the abovementioned device are used with the surgical instruments. The instrumentation may be part of the device, or vice versa:
  • 1. Surgical instrumentation, comprising at least one implant and associated therewith a surgical marking device for ultrasound examinations, which has at least one detectable by means of ultrasonic radiation Bares surgical marker, wherein the at least one marking element is arranged or can be arranged in a predeterminable or predetermined spatial relationship to the implant.
  • 2. Instrumentarium according to sentence 1, characterized in that the implant is a vertebral body replacement implant.
  • 3. Instrumentation according to sentence 1 or 2, characterized in that the implant is an implant for mutual support of adjacent vertebral bodies.
  • 4. Instrumentation according to a sentence 3, characterized in that the implant is an implant for mutual support of the spinous processes of adjacent vertebral bodies.
  • 5. Instrumentation according to sentence 1, characterized in that the implant is an intervertebral disc replacement implant.
  • 6. Instrumentation according to sentence 1, characterized in that the implant is an implant for closing the annulus fibrosus of the intervertebral disc.
  • 7. Instrumentation according to one of the preceding sentences, characterized in that the implant is surgical suture material or comprises.
  • 8. Instrumentation according to one of the preceding sentences, characterized in that the marking device comprises a plurality of marking element.
  • 9. Instrumentation according to sentence 8, characterized in that the marking elements are identical or different.
  • 10. Instrumentation according to sentence 8 or 9, characterized in that the marking elements are freely positionable relative to each other.
  • 11. Instrumentation according to sentence 8 or 9, characterized in that the marking elements are arranged in immutable relative orientation to each other.
  • 12. Instrumentarium according to one of the sentences 8 to 11, characterized in that the marking device has three arranged in a plane marking elements.
  • 13. Instrumentation according to one of the sentences 8 to 12, characterized in that three or more marking elements are arranged or can be arranged so that they have identical distances from a common point.
  • 14. Instrumentation according to one of the preceding sentences, characterized in that the at least one marking element has at least a first reflection surface and a second reflection surface for ultrasonic radiation spaced therefrom, wherein the first reflection surface and the second reflection surface have parallel surface normals.
  • 15. Instrumentation according to one of the preceding sentences, characterized in that the at least one marking element has a spherical shape or is a ball.
  • 16. Instrumentation according to one of the preceding sentences, characterized in that the instrumentation comprises a fastening device for fixing the at least one marking element on the body, on the implant or on a tool for the implant.
  • 17. Instrumentation according to sentence 16, characterized in that the fastening device comprises a screw, a rivet or a mandrel.
  • 18. Instrumentation according to sentence 16 or 17, characterized in that the fastening device has an osteointegrative coating.
  • 19. instrumentation according to one of the sentences 16 to 18, characterized in that the implant forms the fastening device.
  • 20. instrumentation according to one of the preceding sentences, characterized in that the at least one marking element is fixed to the implant.
  • 21. Instrumentation according to one of the preceding sentences, characterized in that the at least one marking element is embedded in the implant.
  • 22. Instrumentation according to one of the preceding sentences, characterized in that the instrumentation comprises a tool for acting on the implant, which tool can be fixed in predetermined or predeterminable spatial relative orientation on the implant.
  • 23. Instrumentation according to sentence 22, characterized in that the at least one marking element is fixed to the tool.

Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:The following description of preferred embodiments of the invention is used in conjunction with the drawings for a more detailed explanation of the invention. Show it:

1: eine erfindungsgemäße Vorrichtung und einen mittels Ultraschallstrahlung untersuchten Patienten; 1 a device according to the invention and a patient examined by means of ultrasound radiation;

2: eine schematische Darstellung eines Markierelementes einer erfindungsgemäßen Markiervorrichtung; 2 a schematic representation of a marking element of a marking device according to the invention;

3: eine weitere schematische Darstellung eines Markierelementes; 3 : a further schematic representation of a marking element;

4: eine weitere schematische Darstellung eines Markierelementes; 4 : a further schematic representation of a marking element;

5: eine Visualisierung von Ultraschallbildsignalen mit einer räumlichen Information in den Zeilen und einer zeitlichen Information in den Spalten, wobei Signalbeiträge von einem Markierelement einer erfindungsgemäßen Markiervorrichtung gezeigt sind; 5 a visualization of ultrasound image signals having spatial information in the rows and temporal information in the columns, wherein signal contributions are shown by a marking element of a marking device according to the invention;

6: eine vergrößerte Darstellung von Detail A in 5; 6 : an enlarged view of detail A in 5 ;

7: eine Darstellung, bei der die Signalamplituden der Ultraschallbildsignale in 5 in Zeitrichtung aufsummiert sind; 7 : A representation in which the signal amplitudes of the ultrasonic image signals in 5 summed up in time direction;

8: ausschnittsweise die Signalamplituden in Raumrichtung der Ultraschallbildsignale in 5; 8th : Sectional the signal amplitudes in the spatial direction of the ultrasound image signals in 5 ;

9: eine schematische Darstellung eines Markierelementes, das drei Ultraschallstrahlenbündeln ausgesetzt ist; 9 a schematic representation of a marking element, which is exposed to three ultrasonic beams;

10: ein Markierelement mit einer Befestigungseinrichtung; 10 a marking element with a fastening device;

11: ein weiteres Markierelement mit einer Befestigungseinrichtung; 11 a further marking element with a fastening device;

12: ein weiteres Markierelement mit einer Befestigungseinrichtung; 12 a further marking element with a fastening device;

13: ein weiteres Markierelement mit einer Befestigungseinrichtung; 13 a further marking element with a fastening device;

14: ein Markierelement, festgelegt an einer Endfläche eines Wirbelkörpers (teilweise durchbrochen) in Seitenansicht; 14 a marking element defined on an end face of a vertebral body (partially pierced) in side view;

15: den Wirbelkörper und das Markierelement aus 14 von caudal; 15 : the vertebral body and the marking element 14 from caudal;

16: zwei Wirbelkörper mit daran festgelegten Markierelementen; 16 two vertebral bodies with marking elements attached thereto;

17: die Wirbelkörper und die Markierelemente aus 16 von caudal; 17 : the vertebral bodies and the marking elements 16 from caudal;

18: drei Wirbelkörper und daran festgelegte Markierelemente von dorsal; 18 three vertebral bodies and marking elements of dorsal fixed thereto;

19: die Wirbelkörper und die Markierelemente aus 18 von caudal; 19 : the vertebral bodies and the marking elements 18 from caudal;

20: ein Markierelement, an einem Halteteil festgelegt; 20 a marking element fixed to a holding part;

21: ein Markierelement, an einem andersartigen Halteteil festgelegt; 21 a marking element fixed to a different holding part;

22: Implantat in Gestalt chirurgischen Nahtmaterials mit daran festgelegten Markierelementen; 22 : Implant in the form of surgical suture with marking elements attached thereto;

23: ein Implantat in Gestalt chirurgischen Nahtmaterials mit einem daran festgelegten Markierelement; 23 an implant in the form of surgical suture with a marker attached thereto;

24: ein Implantat in Gestalt eines Bandscheibenverschlusses mit daran festgelegtem Markierelement; 24 an implant in the form of a disc closure with a marking element attached thereto;

25: ein weiterer Bandscheibenverschluss mit daran festgelegtem Markierelement; 25 another intervertebral disc closure with marking element attached thereto;

26: ein weiterer Bandscheibenverschluss mit zwei daran festgelegten Markierelementen; 26 another intervertebral disc closure with two marking elements attached thereto;

27: ein weiterer Bandscheibenverschluss mit vier daran festgelegten Markierelementen; 27 another intervertebral disc closure with four marking elements attached thereto;

28: weiterer Bandscheibenverschluss mit einem daran festgelegten Markierelement; 28 : further intervertebral disc closure with a marking element attached thereto;

29: ein Bandscheibenersatzimplantat mit einem darin eingebetteten Markierelement; 29 a disc replacement implant having a marker embedded therein;

30: ein Implantat zur Abstützung der Dornfortsätze benachbarter Wirbelkörper und drei daran festgelegte Markierelemente; 30 an implant for supporting the spinous processes of adjacent vertebral bodies and three marking elements fixed thereto;

31: ein Implantat zur gegenseitigen Abstützung benachbarter Wirbelkörper und drei daran festgelegte Markierelemente und 31 an implant for mutual support of adjacent vertebral bodies and three marking elements fixed thereto and

32: ein Implantat zur Abstützung benachbarter Wirbelkörper und ein Einsetzwerkzeug, wobei am Einsetzwerkzeug zwei Markierelemente festgelegt sind, sowie eine Ultraschallsonde. 32 an implant for supporting adjacent vertebral bodies and an insertion tool, wherein two marking elements are fixed on the insertion tool, and an ultrasound probe.

In der Zeichnung sind gleiche oder gleichwirkende Merkmale zur Erzielung einer größeren Übersichtlichkeit mit denselben Bezugszeichen belegt.In the drawing, the same or equivalent features for greater clarity with the same reference numerals.

1 zeigt in perspektivischer Darstellung eine erfindungsgemäße Vorrichtung 10 für Ultraschalluntersuchungen, die eine Datenverarbeitungseinrichtung 12, eine Ultraschallsonde 14 und eine ein Markierelement 22 umfassende erfindungsgemäße Markiervorrichtung 16 aufweist. Ultraschallbildsignale, die von der Ultraschallsonde 14 erzeugt werden, können der Datenverarbeitungseinrichtung 12 zugeführt werden. Die Datenverarbeitungseinrichtung 12 kann die Ultraschallbildsignale als Ultraschallbild an einer Anzeigevorrichtung 18 darstellen. Ferner kann die Datenverarbeitungseinrichtung 12 die Ultraschallbildsignale nach Signalanteilen untersuchen, die insbesondere vom Markierelement 22 der Markiervorrichtung 16 stammen. Dabei ist es möglich, die hochfrequenten HF/RF-Ultraschallbildsignale unmittelbar zu untersuchen. 1 shows a perspective view of a device according to the invention 10 for ultrasound examinations, which is a data processing device 12 , an ultrasound probe 14 and a marking element 22 comprehensive marking device according to the invention 16 having. Ultrasound image signals coming from the ultrasound probe 14 can be generated, the data processing device 12 be supplied. The data processing device 12 can the ultrasound image signals as an ultrasound image on a display device 18 represent. Furthermore, the data processing device 12 examine the ultrasonic image signals for signal components, in particular the marking element 22 the marking device 16 come. It is possible to directly examine the high-frequency RF / RF ultrasound image signals.

Die Vorrichtung 10 kommt vorliegend bei der Untersuchung eines Patienten 20 zum Einsatz, insbesondere dessen Extremitäten wie Armen und Beinen. Nachfolgend wird ferner auch auf Untersuchungen der Wirbelsäule des Patienten 20 und Biopsien eingegangen.The device 10 is present in the examination of a patient 20 used, in particular its extremities such as arms and legs. The following also includes examinations of the patient's spine 20 and biopsies received.

Mit der Vorrichtung 10 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchführbar, wie dies vorstehend und nachfolgend erläutert wurde/wird.With the device 10 a preferred embodiment of a method according to the invention is feasible, as has been explained above and below.

Die Markiervorrichtung 16 umfasst ein oder mehrere Markierelemente 22 zum Markieren eines Untersuchungsgegenstandes. Beispielhafte Markierelemente 22 sind in den 2 bis 4 gezeigt. Allen Markierelementen 22 ist gemein, dass sie eine erste, außenseitige Reflexionsfläche 24 und eine davon beabstandete zweite, inneinseitige Reflexionsfläche 26 aufweisen. Ferner weist jedes Markierelement 22 eine von der zweiten Reflexionsfläche 26 beabstandete dritte, innenseitige Reflexionsfläche 28 auf. Diese entspricht der ersten, außenseitigen Reflexionsfläche 24, jedoch bei umgekehrter Ausbreitungsrichtung der Ultraschallstrahlung, sie ist gewissermaßen rückwärtig zur Reflexionsfläche 24 angeordnet.The marking device 16 includes one or more marking elements 22 for marking an object of investigation. Exemplary marking elements 22 are in the 2 to 4 shown. All marking elements 22 is common that they have a first, outside reflection surface 24 and a second, inneinseitige reflection surface spaced therefrom 26 exhibit. Furthermore, each marking element 22 one from the second reflection surface 26 spaced third, inside reflecting surface 28 on. This corresponds to the first, outside reflection surface 24 , but in the opposite direction of propagation of the ultrasonic radiation, it is in a sense backward to the reflection surface 24 arranged.

Jeder Reflexionsfläche 24 bis 28 ist eine Flächennormale 30, 32, 34 zugeordnet, wobei die Flächennormalen 30 bis 34 parallel zueinander sind und, wie im vorliegenden Fall, vorzugsweise sogar zusammenfallen.Every reflection surface 24 to 28 is a surface normal 30 . 32 . 34 assigned, wherein the surface normals 30 to 34 are parallel to each other and, as in the present case, preferably even coincide.

Die Markierelemente 22 sind vorliegend Vollkörper und bevorzugt aus einem Material gefertigt, das eine Schallimpedanz für medizinische Ultraschallstrahlung aufweist, die sich von der Schallimpedanz von Körpergewebe deutlich unterscheidet. Besonders bevorzugt sind die Markierelemente aus einem Metall gefertigt, beispielsweise aus Stahl, wobei auch Platin, Tantal, Titan, Gold, Silber, Kobalt, Chrom oder eine Legierung derselben denkbar ist. Für andersartige Anwendungen können die Markierelemente aus Knochen (allogen, autogen oder xenogen) oder Knochenersatzmaterial gefertigt sein, aus PEEK, PMMA, oder einem keramischen Material. Die Markierelemente 22 können resorbierbar sein, z. B. aus Polylaktid oder Calciumphosphat.The marking elements 22 in the present case are solid bodies and preferably made of a material which has a sound impedance for medical ultrasound radiation, which differs significantly from the acoustic impedance of body tissue. Particularly preferably, the marking elements are made of a metal, for example of steel, wherein also platinum, tantalum, titanium, gold, silver, cobalt, chromium or an alloy thereof is conceivable. For other applications, the marking elements can be made from bone (allogeneic, autogenous or xenogeneic) or bone substitute material, from PEEK, PMMA, or a ceramic material. The marking elements 22 may be absorbable, eg. B. from polylactide or calcium phosphate.

Anders als bei den Markierelementen 22 kann vorgesehen sein, dass Markierelemente der Markiervorrichtung nicht aus einem Vollmaterial bestehen, sondern Hohlkörper sind. In den Hohlkörpern kann ein Füllmaterial, wie beispielsweise ein Ultraschall-Kontrastmittel, aufgenommen sein. Denkbar sind auch Markierelemente, die in Form von Aussparungen vorliegen, beispielsweise an einem Knochen.Unlike the marking elements 22 it can be provided that marking elements of the marking device do not consist of a solid material but are hollow bodies. In the hollow bodies, a filling material, such as an ultrasound contrast agent, may be included. Also conceivable are marking elements which are in the form of recesses, for example on a bone.

Das Markierelement 22 von 2 weist eine Kugelform auf, das Markierelement 22 von 3 eine Würfelform und das Markierelement 22 von 4 die Form einer Halbkugel.The marking element 22 from 2 has a spherical shape, the marking element 22 from 3 a cube shape and the marking element 22 from 4 the shape of a hemisphere.

Ultraschallstrahlung der Ultraschallsonde 14, die längs einer Ausbreitungsrichtung 36 auf das Markierelement 22 trifft, wird zunächst an der Reflexionsfläche 24 reflektiert. Der Anteil an reflektierter Ultraschallstrahlung ist umso größer, je größer der Sprung der Schallimpedanz zwischen dem Markierelement 22 und der Umgebung ist, in der es aufgenommen ist. Ein Teil der Ultraschallstrahlung wird dementsprechend reflektiert und kann von der Ultraschallsonde erfasst werden, wohingegen ein weiterer Teil der Ultraschallstrahlung in das Markierelement 22 eindringt.Ultrasonic radiation of the ultrasound probe 14 along a propagation direction 36 on the marking element 22 meets, first at the reflection surface 24 reflected. The proportion of reflected ultrasound radiation is the greater, the greater the jump in the acoustic impedance between the marking element 22 and the environment in which it is recorded. A part of the ultrasound radiation is reflected accordingly and can be detected by the ultrasound probe, whereas a further part of the ultrasound radiation in the marking element 22 penetrates.

Die eindringende Ultraschallstrahlung wird anschließend an der zweiten Reflexionsfläche 26 reflektiert. Ein Anteil davon kann aus dem Markierelement 22 austreten und wieder von der Ultraschallsonde erfasst werden. Der Restanteil wird abermals reflektiert, und zwar an der dritten Reflexionsfläche 28. Anschließend erfolgen weitere Mehrfachreflexionen von Ultraschallstrahlung innerhalb des Markierelementes 22 an den Reflexionsflächen 26, 28, deren Flächennormalen einander entgegengesetzt sind.The penetrating ultrasonic radiation is then at the second reflection surface 26 reflected. A portion of it may be from the marking element 22 emerge and be detected again by the ultrasound probe. The remainder is reflected again, at the third reflection surface 28 , Subsequently, further multiple reflections of ultrasound radiation take place within the marking element 22 at the reflection surfaces 26 . 28 whose surface normals are opposite to each other.

Es wird jeweils nur ein Anteil von auf die Reflexionsfläche 26 treffender Strahlung transmittiert und kann das Markierelement 22 verlassen, und jeweils nur ein Anteil von auf die Reflexionsfläche 28 treffender Ultraschallstrahlung kann das Markierelement 22 verlassen. Im Ergebnis läuft die Ultraschallstrahlung im Markierelement 22 hin und her.There is only one share of each on the reflection surface 26 impinging radiation is transmitted and may be the marking element 22 leave, and in each case only a portion of on the reflecting surface 28 Apt ultrasonic radiation can be the marking element 22 leave. As a result, the ultrasound radiation runs in the marking element 22 back and forth.

Ultraschallstrahlung, die an der der Ultraschallsonde 14 zugewandten Seite aus dem Markierelement 22 austritt, kann sich entgegen der Ausbreitungsrichtung 36 in Richtung auf die Ultraschallsonde 14 ausbreiten und wird von dieser detektiert. In den Ultraschallbildsignalen kann dadurch eine Struktur entstehen, die sich durch die Mehrfachreflexionen der Ultraschallstrahlung an den Reflexionsflächen 24, 26 und 28 ergibt. Aufgrund der unveränderlichen Geometrie des Markierelementes 22 macht sich die wiederholt reflektierte Ultraschallstrahlung in Form eines "Schweifes" in den Ultraschallbildsignalen bemerkbar (5).Ultrasonic radiation, which is at the ultrasound probe 14 facing side of the marking 22 can exit, contrary to the direction of propagation 36 towards the ultrasound probe 14 spread and is detected by this. In the ultrasound image signals, this may result in a structure that is due to the multiple reflections of the ultrasound radiation at the reflection surfaces 24 . 26 and 28 results. Due to the invariable geometry of the marking element 22 makes the repeatedly reflected ultrasonic radiation in the form of a "tail" noticeable in the ultrasound image signals ( 5 ).

5 zeigt Ultraschallbildsignale der Ultraschallsonde 14 in einer Matrix 37, die eine Raumrichtung 38 und eine Zeitrichtung 40 aufweist. Die Raumrichtung 38 ergibt sich durch zeilenförmig nebeneinander angeordnete Ultraschallwandler der Ultraschallsonde, welche jeweils Ultraschallstrahlung emittieren. Die Ultraschallwandler sind in 5 an der oberen Kante der Matrix 37 angeordnet anzusehen. Die Zeitrichtung 40 ergibt sich in an sich bekannter Weise durch die Zeitdauer zwischen dem Aussenden und dem Eintreffen der Ultraschallstrahlung. 5 shows ultrasound image signals of the ultrasound probe 14 in a matrix 37 that have a spatial direction 38 and a time direction 40 having. The spatial direction 38 results from ultrasound transducer arranged side by side next to one another in line form, which each emit ultrasonic radiation. The ultrasonic transducers are in 5 at the top edge of the matrix 37 arranged to look at. The time direction 40 results in a conventional manner by the time duration between the emission and the arrival of the ultrasonic radiation.

Die Matrix 37 zeigt Signalanteile 42, die sich durch das Markierelement 22 ergeben. In Zeitrichtung führend ist die Position des Markierelementes 22 (in 5 gekennzeichnet durch Bezugszeichen 22') deutlich zu erkennen. An dieser Stelle steigt die Amplitude des Ultraschallsignales aufgrund des großen Anteils an reflektierter Ultraschallstrahlung an der ersten Reflexionsfläche 24 stark an. Die hohe Signalamplitude ergibt sich durch den großen Unterschied der Schallimpedanzen des Markierelementes 22 aus Stahl einerseits und des umgebenden Körpergewebes andererseits. In Zeitrichtung dem Anstieg der Signalamplitude nachgelagert ist in der Matrix 37 der Schweif 44 infolge der wiederholten Reflexion von Ultraschallstrahlung am Markierelement 22 klar zu erkennen.The matrix 37 shows signal components 42 passing through the marking element 22 result. Leading in the time direction is the position of the marking element 22 (in 5 characterized by reference numerals 22 ' ) clearly visible. At this point, the amplitude of the ultrasonic signal increases due to the large proportion of reflected ultrasound radiation at the first reflection surface 24 strong. The high signal amplitude results from the large difference between the acoustic impedances of the marking element 22 made of steel on the one hand and the surrounding body tissue on the other. In the time direction the increase of the signal amplitude is downstream in the matrix 37 the tail 44 due to the repeated reflection of ultrasonic radiation at the marking element 22 clearly recognizable.

Als vorteilhaft erweist sich die Verwendung eines Materials für das Markierelement, bei dem die Schallgeschwindigkeit für Ultraschallstrahlung deutlich höher ist als in dem es umgebenden Gewebe. Innerhalb des Markierelementes 22 breitet sich Ultraschallstrahlung schneller aus, so dass Signalanteile 42 des Markierelementes 22 im Verhältnis zu den Signalanteilen der Umgebung in Zeitrichtung gestaucht sind. Dies gibt die Möglichkeit, einen großen Anteil von der insgesamt aus dem Markierelement 22 ausgekoppelten Ultraschallstrahlung mit der Ultraschallsonde 14 zu erfassen. Die Signalanteile 42 erlauben dadurch eine einfache und zuverlässige Detektion des Markierelementes 22' in den Ultraschallbildsignalen sowohl in Zeitrichtung als auch in Raumrichtung.It proves to be advantageous to use a material for the marking element, in which the speed of sound for ultrasonic radiation is significantly higher than in the surrounding tissue. Within the marking element 22 Ultrasonic radiation spreads faster, so that signal components 42 of the marking element 22 compressed in relation to the signal components of the environment in time direction. This gives the possibility of getting a large share of the total from the marking element 22 decoupled ultrasonic radiation with the ultrasonic probe 14 capture. The signal components 42 allow thereby a simple and reliable detection of the marking element 22 ' in the ultrasound image signals both in the time direction and in the spatial direction.

Aufgrund der wiederholten Reflexion von Ultraschallstrahlung im Markierelement 22 bilden die Signalanteile in Zeitrichtung 40 insbesondere einen Signalkamm 46, der in der vergrößerten Darstellung der 6 besser zu erkennen und in 8, auf die nachfolgend noch eingegangen wird, ebenfalls dargestellt ist.Due to the repeated reflection of ultrasonic radiation in the marking element 22 form the signal components in time direction 40 in particular a signal comb 46 in the enlarged view of the 6 better to recognize and in 8th , which will be discussed below, is also shown.

Das Markierelement 22 kann durch Darstellung der Ultraschallbildsignale als Ultraschallbild an der Anzeigeeinrichtung 18 vom Operateur auf einfache Weise erkannt werden. Es ist insbesondere auch möglich, dass die Datenverarbeitungseinrichtung 12 die Position des Markierelementes 22 in den Ultraschallbildsignalen ermittelt, indem diese auf Vorhandensein von Signalanteilen des Markierelementes 22 untersucht werden. Diesbezüglich wird insbesondere auf die 7 und 8 verwiesen.The marking element 22 can by displaying the ultrasound image signals as an ultrasound image the display device 18 be recognized by the surgeon in a simple manner. In particular, it is also possible for the data processing device 12 the position of the marking element 22 determined in the ultrasound image signals by this for the presence of signal components of the marking element 22 to be examined. In this regard, in particular on the 7 and 8th directed.

Die Ultraschallbildsignale können von der Datenverarbeitungseinrichtung 12 in Zeitrichtung 40 aufsummiert werden. Dadurch ergibt sich ein Zeitintegral 48 der Ultraschallbildsignale in Raumrichtung 38 (7). Die Datenverarbeitungseinrichtung 12 kann in Zeitintegral 48 das Maximum 50 der Summation ermitteln und nimmt an, dass sich in Raumrichtung 38 das Markierelement 22 am Maximum 50 befindet. Anders ausgedrückt kann die Position des Maximums 50 in Raumrichtung 38 als Position des Markierelementes 22 angesehen werden. In diese Annahme fließt der Gedanke mit ein, dass aufgrund der hohen Schallimpedanz für Ultraschallstrahlung des Markierelementes 22 in Zeitrichtung mehr Ultraschallstrahlung und damit Ultraschallenergie von diesem reflektiert wird als vom es umgebenden Körpergewebe.The ultrasound image signals may be from the data processing device 12 in time direction 40 be summed up. This results in a time integral 48 the ultrasonic image signals in the spatial direction 38 ( 7 ). The data processing device 12 can be in time integral 48 the maximum 50 determine the summation and assumes that in the direction of space 38 the marking element 22 at the maximum 50 located. In other words, the position of the maximum 50 in the direction of space 38 as the position of the marking element 22 be considered. In this assumption, the idea flows in that due to the high acoustic impedance for ultrasonic radiation of the marking element 22 In the time direction more ultrasound radiation and thus ultrasound energy is reflected by this than by the surrounding body tissue.

Auf den Signalkamm 46 infolge der Mehrfachreflexion in einem Markierelement 22 wurde bereits eingegangen. 8 zeigt ausschnittsweise einen Teil des Schweifes 44 in der Matrix 37. Deutlich zu sehen ist der Signalkamm 46, der eine Abfolge von sich regelmäßig sich wiederholenden Signalamplituden ungefähr gleicher Höhe aufweist. Der Signalkamm 46 ist teilweise unterbrochen, da die empfangenen Ultraschallbildsignale auch Störeinflüssen wie beispielsweise Streuung oder Interferenzen unterliegen können, wodurch der Signalkamm 46 keine perfekte Kammform erhält. Jedoch kann die regelmäßige Abfolge von Signalamplituden ungefähr gleicher Größe von der Datenverarbeitungseinrichtung 12, vorzugsweise in Echtzeit, untersucht werden.On the signal comb 46 due to multiple reflection in a marker 22 has already been received. 8th shows part of the tail 44 in the matrix 37 , Clearly visible is the signal crest 46 which has a sequence of regularly repeating signal amplitudes of approximately equal magnitude. The signal comb 46 is partially interrupted, since the received ultrasonic image signals can also be subject to interference such as scattering or interference, whereby the signal comb 46 does not get a perfect comb shape. However, the regular sequence of signal amplitudes of approximately equal magnitude may be provided by the computing device 12 , preferably in real time.

Zum vereinfachten Auffinden des Signalkamms kann vorgesehen sein, dass Signalamplituden, die unterhalb einer vorgebbaren Schwellenwertamplitude 52 liegen, als die Schwellenwertamplitude 52 aufweisend angesehen werden. Die Ultraschallbildsignale werden also hinsichtlich ihrer Amplitude an der Schwellenwertamplitude 52 unten abgeschnitten. Die Signalanteile, die gleich der Schwellenwertamplitude 52 sind, können von dem Algorithmus der Datenverarbeitungseinrichtung 12 beim Auffinden des Signalkamms 46 übersprungen werden, wodurch eine schnellere Analyse der Ultraschallbildsignale möglich ist.For a simplified finding of the signal comb it can be provided that signal amplitudes below a predefinable threshold amplitude 52 lie as the threshold amplitude 52 be considered. The ultrasonic image signals are thus in terms of their amplitude at the threshold amplitude 52 cut off below. The signal components equal to the threshold amplitude 52 may be from the algorithm of the data processing device 12 when finding the signal crest 46 be skipped, whereby a faster analysis of the ultrasound image signals is possible.

Die Datenverarbeitungseinrichtung 12 nimmt die Position des Markierelementes 22 als in Zeitrichtung 40 führend am Signalkamm 46 an (Bezugszeichen 22' in 8).The data processing device 12 takes the position of the marking element 22 as in time direction 40 leader in the signal comb 46 on (reference numeral 22 ' in 8th ).

In der Praxis zeigt sich, dass das Auffinden von Untersuchungsgegenständen, beispielsweise besonderen Strukturen im Patienten 20, unter Einsatz der Markiervorrichtung 16 wesentlich erleichtert wird und zuverlässig von der Datenverarbeitungseinrichtung 12 durch Analyse der Ultraschallbildsignale in Echtzeit unterstützt werden kann.In practice it turns out that the finding of objects to be examined, for example special structures in the patient 20 , using the marking device 16 is much easier and reliable from the data processing device 12 can be supported by analyzing the ultrasound image signals in real time.

9 zeigt schematisch das Markierelement 22, welches drei Ultraschallbündeln ausgesetzt ist. Die Ultraschallbündel breiten sich in Ausbreitungsrichtungen 54, 56 und 58 aus, welche paarweise schief zueinander ausgerichtet sind. Beispielsweise wird eine Ultraschallsonde 14 mit Compound-Ultraschallmodus eingesetzt, um die drei Strahlenbündel zu erzeugen. 9 schematically shows the marking element 22 , which is exposed to three ultrasound beams. The ultrasound beams propagate in directions of propagation 54 . 56 and 58 out, which are aligned in pairs wrong. For example, an ultrasound probe 14 used with compound ultrasound mode to create the three beams.

Bei der Anordnung gemäß 9 ist es von Vorteil, wenn das Markierelement 22 Kugelgestalt aufweist. Die Mehrfachreflexion von eintreffenden Ultraschallbündeln ist in diesem Fall richtungsunabhängig. Es wird daher nur reflektierte Ultraschallstrahlung desselben Ultraschallbündels wieder bei der Ultraschallsonde 14 empfangen. Dadurch ist die Möglichkeit gegeben, einen Ultraschallbilddatensatz für jedes Ultraschallstrahlenbündel zu erzeugen. Erst dann, wenn die Datenverarbeitungseinrichtung 12, beispielsweise auf eine der vorstehend beschriebenen Weisen, das Markierelement 22 in den Ultraschallbilddatensätzen von zumindest zwei Strahlenbündeln detektiert, wird dieses insgesamt als detektiert angesehen.In the arrangement according to 9 it is advantageous if the marking element 22 Has spherical shape. The multiple reflection of incoming ultrasound beams in this case is direction independent. It is therefore only reflected ultrasound radiation of the same ultrasound beam back to the ultrasound probe 14 receive. This provides the possibility of generating an ultrasound image data set for each ultrasound beam. Only then, when the data processing device 12 For example, in one of the ways described above, the marking element 22 detected in the ultrasound image data sets of at least two radiation beams, this is considered to be detected as a whole.

Zum Festlegen am Untersuchungsgegenstand, beispielsweise einem Knochen, kann die Markiervorrichtung 16 eine Befestigungseinrichtung 60 aufweisen (10 bis 13). Die Befestigungseinrichtung 60 ist bevorzugt mit dem Markierelement 22 verbunden und aus einem andersartigen Material gefertigt. Das Material der Befestigungseinrichtung 60 weist bevorzugt eine Schallimpedanz für Ultraschallstrahlung auf, die sich wesentlich unterscheidet von derjenigen des Materials, aus dem das Markierelement 22 gefertigt ist. Vorzugsweise kann das Material der Befestigungseinrichtung 60 eine Schallimpedanz aufweisen, die gleich oder ähnlich ist zu derjenigen der Umgebung, in der das Markierelement 22 positioniert ist. Ein Störeinfluss von Reflexionen an der Befestigungseinrichtung 60 auf die Signalanteile 42 infolge des Markierelementes 22 kann dadurch verringert werden.For fixing to the examination subject, such as a bone, the marking device 16 a fastening device 60 exhibit ( 10 to 13 ). The fastening device 60 is preferred with the marking element 22 connected and made of a different material. The material of the fastening device 60 preferably has a sound impedance for ultrasonic radiation, which differs substantially from that of the material from which the marking element 22 is made. Preferably, the material of the fastening device 60 have a sound impedance equal to or similar to that of the environment in which the marking element 22 is positioned. A disturbing influence of reflections on the fastening device 60 on the signal components 42 as a result of the marking element 22 can be reduced.

Beim Markierelement 22 gemäß 10 ist die Befestigungseinrichtung 60 eine Knochenschraube 62.At the marking element 22 according to 10 is the fastening device 60 a bone screw 62 ,

Beim Markierelement 22 gemäß 11 ist die Befestigungseinrichtung 60 ein chirurgischer Dübel 64, insbesondere zur Verankerung am Knochen.At the marking element 22 according to 11 is the fastening device 60 a surgical dowel 64 , in particular for anchoring to the bone.

Beim Markierelement 22 gemäß 12 umfasst die Befestigungseinrichtung 60 zwei voneinander beabstandete Stifte 66. Die Befestigungseinrichtung 60 ist dadurch krampenartig. At the marking element 22 according to 12 includes the fastening device 60 two spaced pins 66 , The fastening device 60 is thereby cramp-like.

Beim Markierelement 22 gemäß 13 umfasst die Befestigungseinrichtung 60 einen Stift 68, der von einer Beschichtung überzogen ist. Die Beschichtung ist beispielsweise eine osteointegrative Beschichtung, insbesondere mit Titanpulver, um eine bessere Verankerung am Knochen zu ermöglichen.At the marking element 22 according to 13 includes the fastening device 60 a pen 68 coated with a coating. The coating is, for example, an osteointegrative coating, in particular with titanium powder, in order to allow better anchoring to the bone.

Die Vorrichtung 10, die Markiervorrichtung 16 und das vorstehend erläuterte Verfahren eignen sich insbesondere für den Einsatz bei einer ultraschallgestützten Biopsie, beispielsweise an der Wirbelsäule des Patienten 20. Besonders vorteilhaft ist beispielsweise die Anwendung bei einer ADCT-Operation (Autologous Disc-derived Chondrocyte Transplantation), einem Verfahren zur biologischen Rekonstruktion geschädigter Bandscheiben, auf das kurz eingegangen wird. Bei einem derartigen Verfahren werden einer geschädigten Bandscheibe, beispielsweise nach einem Bandscheibenvorfall (Prolaps) patienteneigene Bandscheibenzellen entnommen. Die Zellen werden in vitro außerhalb des Patienten 20 expandiert und nach einer Latenzzeit von einigen Monaten, beispielsweise drei Monaten, erneut in wässriger Lösung in die geschädigte Bandscheibe injiziert. Das Entnehmen und das Injizieren der Zellen erfolgt bislang unter nur eingeschränkter Kontrollmöglichkeit durch röntgenbasierte Bildgebung.The device 10 , the marking device 16 and the method described above are particularly suitable for use in an ultrasound-assisted biopsy, for example on the patient's spine 20 , Particularly advantageous is, for example, the application in an ADCT operation (Autologous Disc-derived Chondrocyte Transplantation), a method for the biological reconstruction of damaged discs, which will be briefly discussed. In such a method, a damaged intervertebral disc, for example, after a herniated disc (prolapse) patient's own intervertebral disc cells are removed. The cells are in vitro outside the patient 20 expanded and after a latency period of a few months, for example, three months, injected again in aqueous solution into the damaged disc. The removal and the injection of the cells is so far under limited control by X-ray-based imaging.

Bekannt ist es auch, das Verfahren der konventionellen ADCT dadurch zu verbessern, dass ergänzend oder alternativ zu den körpereigenen Zellen Biomaterial in die Bandscheibe injiziert wird. Das Biomaterial kann beispielsweise nach Injektion in der Bandscheibe polymerisieren.It is also known to improve the method of the conventional ADCT in that biomaterial is injected into the disc additionally or alternatively to the body's own cells. For example, the biomaterial may polymerize after injection into the disc.

Bei der bisherigen ADCT, die unter Röntgenkontrolle durchgeführt wird, unterliegt die Operation erheblichen Einschränkungen. Es ist insbesondere keine Darstellung einer transversalen Schnittebene durch die Wirbelsäule möglich, sondern die Darstellung der Wirbelsäule erfolgt lediglich in anterior-posteriorer oder lateraler Darstellung. Weiter besteht das Problem, dass bei Röntgenkontrolle nur die Positionierung der Injektionskanülen vor der Injektion oder Entnahme an der Bandscheibe kontrolliert werden kann, die eigentliche Injektion oder Entnahme der Zellen oder des Biomaterials jedoch ohne Röntgensicht "blind" durchzuführen ist, um Schädigungen durch ionisierende Röntgenstrahlung zu vermeiden. Negativ ist in diesem Zusammenhang natürlich auch die Belastung des Patienten oder des OP-Personals durch ionisierende Röntgenstrahlung.In the previous ADCT, which is carried out under X-ray control, the operation is subject to considerable restrictions. In particular, no representation of a transverse sectional plane through the spine is possible, but the representation of the spine takes place only in anterior-posterior or lateral representation. Further, there is the problem that in X-ray control, only the positioning of the injection cannulas before injection or removal on the disc can be controlled, the actual injection or removal of the cells or the biomaterial, however, "blind" to perform without X-ray vision to damage by ionizing X-rays avoid. Of course, the burden on the patient or the surgical staff due to ionizing X-ray radiation is also negative in this context.

Die vorliegende Erfindung erlaubt es, die Entnahme von Zellen oder die Injektion von Zellen oder Biomaterial in die Bandscheibe unter Ultraschallsicht durchzuführen. Hierzu ist vorzugsweise die Möglichkeit gegeben, die Wirbelsäule 70 des Patienten 20 an Wirbelkörpern 72, 74 und/oder der Bandscheibe 76 zu markieren. Zu diesem Zweck wird die Markiervorrichtung 16 mit mindestens einem und vorzugsweise mehreren Markierelementen 22 eingesetzt.The present invention makes it possible to carry out the removal of cells or the injection of cells or biomaterial into the disc under ultrasound vision. For this purpose, the possibility is preferably given to the spine 70 of the patient 20 on vertebral bodies 72 . 74 and / or the intervertebral disc 76 to mark. For this purpose, the marking device 16 with at least one and preferably several marking elements 22 used.

Die Verwendung von Ultraschallstrahlung der Ultraschallsonde 14 erweist sich dabei als besonders vorteilhaft, da ohne Strahlenbelastung für den Patienten 20 Zellen entnommen und injiziert werden können. Die Wahl der Schnittebene kann durch Orientierung der Ultraschallsonde 14 und damit des Ultraschallfeldes frei gewählt werden. Orientiert an dem oder den Markierelementen 22 ist es für den Operateur auf einfache Weise möglich, die Kanülen zur Extraktion oder Emission sicher und zuverlässig an der Bandscheibe 76 zu platzieren (nicht gezeigt).The use of ultrasonic radiation of the ultrasound probe 14 proves to be particularly advantageous because 20 cells can be removed and injected without radiation exposure for the patient. The choice of the cutting plane can be made by orientation of the ultrasonic probe 14 and thus the ultrasonic field can be chosen freely. Oriented on the marking element (s) 22 It is possible for the surgeon in a simple manner, the needles for extraction or emission safely and reliably on the intervertebral disc 76 to place (not shown).

Nachfolgend wird unter Verweis insbesondere auf die 14 bis 32 auf unterschiedliche Möglichkeiten der Platzierung von Markierelementen 22 an der Wirbelsäule 72 eingegangen. Die Markierelemente 22 können beispielsweise an den Wirbelkörpern 72, 74, deren cranialen oder caudalen Endplatten, deren Laminae, den Facettengelenken benachbarter Wirbelkörper 72, 74 oder Dornfortsätzen der Wirbelkörper 72, 74 positioniert werden.The following is by reference in particular to the 14 to 32 on different possibilities of the placement of marking elements 22 on the spine 72 received. The marking elements 22 can, for example, on the vertebral bodies 72 . 74 , their cranial or caudal end plates, their laminae, the facet joints of adjacent vertebral bodies 72 . 74 or spinous processes of the vertebral bodies 72 . 74 be positioned.

Bei den Darstellungen gemäß den 14 und 15 ist ein Markierelement 22 über die Befestigungseinrichtung 60, beispielsweise den Dübel 64 in eine Endplatte 78 von caudal oder cranial eingebracht. Zum Einbringen des Markierelementes 22 kann beispielsweise ein Distraktionswerkzeug verwendet werden, das mit einem Arbeitsende das Markierelement 22 mit der Befestigungseinrichtung 60 aufnimmt und in die Endplatte 78 eindrückt. Ein weiteres Arbeitsende des Werkzeuges kann sich an der gegenüberliegenden Endplatte 78 des Wirbelkörpers 74 abstützen.In the representations according to the 14 and 15 is a marker 22 over the fastening device 60 , for example, the dowel 64 in an end plate 78 introduced by caudal or cranial. For introducing the marking element 22 For example, a distraction tool can be used which with one working end the marking element 22 with the fastening device 60 picks up and into the end plate 78 presses. Another working end of the tool may be at the opposite end plate 78 of the vertebral body 74 support.

Bei der Darstellung gemäß 16 ist an den Wirbelkörpern 72, 74 jeweils ein Markierelement 22 festgelegt, vorzugsweise nahe der Bandscheibe 76, insbesondere angrenzend an die Bandscheibe 76. Die Bandscheibe kann als Mitte zwischen den Markierelementen 22 erkannt werden. Für eine Positionierung der beiden Markierelemente kann eine Schablone vorgesehen sein, beispielsweise eine Abstandsbohrhülse, durch deren Einsatz Aufnahmen für die Markierelemente 22 mit Befestigungseinrichtungen in definiertem Abstand voneinander in die Wirbelkörper 72, 74 eingebracht werden können.In the presentation according to 16 is on the vertebral bodies 72 . 74 one marking element each 22 fixed, preferably near the intervertebral disc 76 , in particular adjacent to the intervertebral disc 76 , The intervertebral disc can be used as the middle between the marking elements 22 be recognized. For a positioning of the two marking elements, a template may be provided, for example a spacer sleeve, by their use receptacles for the marking 22 with fasteners at a defined distance from each other in the vertebral bodies 72 . 74 can be introduced.

Bei der Verwendung von zwei oder mehr Markierelementen 22 ist es möglich, eine Richtung (Gerade durch die Markierelemente) oder eine Ebene zu definieren, die durch drei Markierelemente 22 aufgespannt wird.When using two or more marking elements 22 It is possible to choose a direction (straight line through the marking elements) or a plane too define by three marking elements 22 is spanned.

Bei der Darstellung gemäß 17 kommen zwei Markierelemente 22 zum Einsatz, die an einem Dornfortsatz 80 und einer Lamina 82 des Wirbelkörpers 72 festgelegt sind, wobei anstelle der Festlegung an der Lamina auch eine Festlegung an einem Facettengelenk erfolgen kann. Bevorzugter ist die Verwendung von drei Markierelementen 22, vgl. die 18 und 19, beispielsweise am Dornfortsatz 80, an einem Facettengelenk 84 superior und einem Facettengelenk 84 inferior.In the presentation according to 17 come two markers 22 For use on a spinous process 80 and a lamina 82 of the vertebral body 72 are fixed, wherein instead of fixing to the lamina can also be a determination on a facet joint. More preferred is the use of three marking elements 22 , see. the 18 and 19 , for example on the spinous process 80 , on a facet joint 84 superior and a facet joint 84 inferior.

Die von den Markierelementen 22 definierte Ebene erlaubt es, ein Koordinatensystem zu definieren, anhand dessen eine Orientierung erfolgen kann. Insbesondere bilden die Markierelemente 22 eine chirurgische Referenzierungseinrichtung in Gestalt eines sogenannten "Rigid body". Der Rigid body erleichtert es insbesondere, eine Extraktion oder Injektion an der Bandscheibe 76 durchzuführen. Mit der Ultraschallsonde 14 kann die Ebene der Markierelemente 22 erfasst werden. Beispielsweise kann durch eine mechanische Kopplung die Lage der Ultraschallebene relativ zur Kanüle eingestellt werden. Beispielsweise wird die Kanüle senkrecht zur Ultraschallebene ausgerichtet. Die Positionierung der Kanüle in caudaler-cranialer Richtung kann dabei dadurch eingestellt werden, dass aufgrund des Abstandes von Markierelementen 22 voneinander die Lage der Bandscheibe 76 ermittelt werden kann.The of the marking elements 22 Defined level allows to define a coordinate system by means of which an orientation can be made. In particular, the marking elements form 22 a surgical referencing device in the form of a so-called "rigid body". In particular, the rigid body facilitates extraction or injection on the intervertebral disc 76 perform. With the ultrasound probe 14 can be the level of the marking elements 22 be recorded. For example, the position of the ultrasound plane relative to the cannula can be adjusted by a mechanical coupling. For example, the cannula is aligned perpendicular to the ultrasonic plane. The positioning of the cannula in caudal-cranial direction can be adjusted by the fact that due to the distance of marking elements 22 from each other the position of the intervertebral disc 76 can be determined.

Zwei oder mehr Markierelemente 22 können auch über eine gemeinsame Befestigungseinrichtung verbunden sein, beispielsweise eine der Befestigungseinrichtungen 60 der 10 bis 13. Dementsprechend kann die Befestigungseinrichtung einen Träger, gewissermaßen einen "Rigid body" für zwei oder mehr Markierelemente 22 sein, die über diesen Träger an einer Körperstruktur fixiert werden können.Two or more marking elements 22 may also be connected via a common fastening device, for example one of the fastening devices 60 of the 10 to 13 , Accordingly, the attachment means may be a carrier, in a sense a "rigid body" for two or more marking elements 22 be that can be fixed on a support structure on a body structure.

Einem oder mehreren Markierelementen 22 kann auch ein Halteteil 86 zugeordnet sein zum Festlegen an Körpergewebe oder, wie nachfolgend erwähnt, an einem Implantat. Das Halteteil 86 gemäß 20 hat eine klammerförmige Gestalt mit zwei voneinander beabstandeten Schenkeln 88, 90. Das Markierelement 22 kann zwischen die Schenkel 88, 90 geklemmt oder gepresst sein.One or more marking elements 22 can also be a holding part 86 be assigned for attachment to body tissue or, as mentioned below, on an implant. The holding part 86 according to 20 has a clamp-like shape with two spaced apart legs 88 . 90 , The marking element 22 can between the thighs 88 . 90 clamped or pressed.

Bei dem Halteteil 86 gemäß 21 ist eine sacklochförmige Aufnahme 92 gebildet, in die das Markierelement 22 eingesetzt sein kann. Das Markierelement 22 kann beispielsweise verklemmt oder verpresst oder durch Verklebung in der Aufnahme 92 gehalten sein.At the holding part 86 according to 21 is a blind hole-shaped recording 92 formed, in which the marking element 22 can be used. The marking element 22 For example, it can be jammed or crushed or stuck in the receptacle 92 be held.

Denkbar ist auch, dass ein Markierelement 22 in einem Halteteil durch Eingießen fixiert ist (nicht gezeigt).It is also conceivable that a marking element 22 is fixed in a holding part by pouring (not shown).

Wie bei der Befestigungseinrichtung 60 ist es von Vorteil, wenn die Schallimpedanz für Ultraschallstrahlung eines Halteteils 86 von derjenigen des Materials unterschiedlich ist, aus dem das Markierelement 22 gefertigt ist. Idealerweise ist die Schallimpedanz des Materials des Halteteils 26 gleich oder ungefähr gleich der Schallimpedanz von Körpergewebe.As with the fastening device 60 It is advantageous if the sound impedance for ultrasonic radiation of a holding part 86 is different from that of the material from which the marking element 22 is made. Ideally, the sound impedance of the material of the holding part 26 equal to or approximately equal to the acoustic impedance of body tissue.

Wie bereits erwähnt, betrifft die vorliegende Erfindung auch ein chirurgisches Instrumentarium mit mindestens einem Implantat und einer dieser zugeordneten Markiervorrichtung. Das Implantat und das mindestens eine Markierelement der Markiervorrichtung sind in vorgegebener oder vorgebbarer räumlicher Beziehung zueinander angeordnet oder anordenbar. Dadurch ist es möglich, die Markiervorrichtung als Zielvorrichtung zur Bestimmung der Lage und vorzugsweise der Orientierung des Implantates heranzuziehen. Dem Operateur ist auf einfache Weise die Möglichkeit gegeben, das Implantat mit Hilfe des mindestens einen Markierelementes aufzufinden. Dabei kann insbesondere die Vorrichtung 10, deren Bestandteil das Instrumentarium sein kann oder das Bestandteil des Instrumentariums sein kann, und unter deren Einsatz eines der vorstehend beschriebenen Verfahren zum Einsatz kommen.As already mentioned, the present invention also relates to a surgical instrument with at least one implant and a marking device associated therewith. The implant and the at least one marking element of the marking device are arranged or can be arranged in a predefined or predeterminable spatial relationship to one another. This makes it possible to use the marking device as a target device for determining the position and preferably the orientation of the implant. The surgeon is easily given the opportunity to locate the implant using the at least one marking element. In particular, the device may 10 which may be part of the instrumentation or which may form part of the instrumentation and which use one of the methods described above.

Nachfolgend wird unter Verweis auf die 22 bis 32 auf unterschiedliche Instrumentarien eingegangen und die jeweils von diesen umfassten Implantate. Markierelemente von Markiervorrichtungen der Instrumentarien werden jeweils mit dem Bezugszeichen 22 belegt. Diese sind insbesondere kugelförmig und beispielsweise aus einem Metall gefertigt.The following is with reference to the 22 to 32 on different instruments and their respective implants. Markers of Markiervorrichtungen the instrumentation are each denoted by the reference numeral 22 busy. These are in particular spherical and made for example of a metal.

Bei einem Instrumentarium 94 gemäß 22 sind zwei identische Implantate 96 vorgesehen, jeweils ausgestaltet als chirurgisches Nahtmaterial 98. Das fadenförmige Nahtmaterial 98 weist jeweils ein an ihm festgelegtes Markierelement 22 auf. Das Implantat 96 bildet dadurch jeweils eine Befestigungseinrichtung für das Markierelement 22.With an instrument 94 according to 22 are two identical implants 96 provided, each designed as a surgical suture 98 , The thread-like suture 98 each has a marking element attached to it 22 on. The implant 96 thereby forms in each case a fastening device for the marking element 22 ,

Die Implantate 96 dienen insbesondere zum Schließen eines Defektes 100 in einem Anulus fibrosus 102 der Bandscheibe 76. Das Markierelement 22 kann jeweils außerhalb oder innerhalb der Bandscheibe 76 platziert werden. Die Nahtmaterialien 98 können beispielsweise vernäht oder verknotet werden, um den Defekt 100 zu schließen.The implants 96 especially serve to close a defect 100 in a annulus fibrosus 102 the intervertebral disc 76 , The marking element 22 can each be outside or inside the intervertebral disc 76 to be placed. The sutures 98 can be sewn or knotted, for example, to the defect 100 close.

Bei einem Instrumentarium 104 gemäß 23 ist ein Implantat 106 in Gestalt von Nahtmaterial 108 und einem daran festgelegten Markierelement 22 vorgesehen. Zwei Abschnitte 110, 112 des Nahtmaterials können miteinander vernäht oder verknotet werden, um den Defekt 110 zu schließen.With an instrument 104 according to 23 is an implant 106 in the form of suture 108 and one attached to it marking 22 intended. Two sections 110 . 112 of the suture can be sutured or knotted together to form the defect 110 close.

Die 24 bis 27 zeigen verschiedene Varianten eines Instrumentariums 114, die jeweils ein Schließimplantat 116 zum Verschließen eines Defektes im Anulus fibrosus 102 umfassen. Das Schließimplantat 116 weist zwei Anlagebereiche 118, 120 zum außenseitigen bzw. innenseitigen Anliegen am Anulus fibrosus 102 auf. Die Anlagebereiche 118, 120 sind über einen Verbindungsbereich 122, der den Defekt 100 durchgreifen kann, miteinander verbunden. The 24 to 27 show different variants of an instrument 114 , each a closing implant 116 for closing a defect in the annulus fibrosus 102 include. The closing implant 116 has two investment areas 118 . 120 to the outside or inside concerns on Anulus fibrosus 102 on. The investment areas 118 . 120 are over a connection area 122 that the defect 100 can pass through, interconnected.

Das Schließimplantat 116 ist bevorzugt elastisch, beispielsweise mit einer textilen Struktur.The closing implant 116 is preferably elastic, for example with a textile structure.

Bei der Variante gemäß 24 ist ein Markierelement innenseitig in der Bandscheibe am Anlagebereich 120 festgelegt, bei der Variante 25 ein Verbindungselement 22 am Anlagebereich 118 außerhalb der Bandscheibe 76. Die Variante gemäß 26 umfasst zwei Markierelemente 22 innenseitig und außenseitig an den Anlagebereichen 118, 120.In the variant according to 24 is a marking element on the inside in the intervertebral disc at the contact area 120 set, in the variant 25 a connecting element 22 at the investment area 118 outside the disc 76 , The variant according to 26 includes two marking elements 22 inside and outside of the investment areas 118 . 120 ,

Die Variante gemäß 27 weist vier Markierelemente auf, die außenseitig am Anlagebereich 120 angeordnet sind. Drei oder mehr Markierelemente 22 können konzentrisch bezüglich einer Achse 124 angeordnet sein, welche eine Zielachse für die Kanüle darstellen kann.The variant according to 27 has four marking elements on the outside of the contact area 120 are arranged. Three or more marking elements 22 can be concentric with respect to an axis 124 be arranged, which can represent a target axis for the cannula.

Markierelemente 22 können auch in das Schließimplantat 116 eingebettet sein.marking elements 22 can also in the closing implant 116 be embedded.

Ein in 28 dargestelltes Instrumentarium 126 umfasst ein Implantat 128, das ein Schließimplantat zum Verschließen des Anulus fibrosus 102 ist. Das Implantat 128 hat eine netzförmige Gestalt. Mindestens ein Markierelement 22 ist am Implantat 128 befestigt. Das Implantat 128 kann zum Verschließen eines Defektes 100 beispielsweise außenseitig auf den Anulus fibrosus 102 aufgenäht werden.An in 28 illustrated instrumentation 126 includes an implant 128 , which is a closing implant for closing the annulus fibrosus 102 is. The implant 128 has a reticular shape. At least one marking element 22 is on the implant 128 attached. The implant 128 can be used to close a defect 100 for example, on the outside of the annulus fibrosus 102 be sewn on.

29 zeigt ein Instrumentarium 130 mit einem Implantat 132, das ein Bandscheibenersatzimplantat ist. Es kann zwischen die Wirbelkörper 72, 74 eingebracht werden und hat vorzugsweise eine schwammartige Struktur und Gestalt. Zusätzlich kann das vorstehend erwähnte polymerisierende Biomaterial und Zellen durch Injektion eingebracht werden. Das Implantat 132 dient insbesondere als Ersatz für den Nucleus pulposus einer Bandscheibe. 29 shows an instrument 130 with an implant 132 which is a disc replacement implant. It can be between the vertebral bodies 72 . 74 are introduced and preferably has a sponge-like structure and shape. In addition, the above-mentioned polymerizing biomaterial and cells may be introduced by injection. The implant 132 serves in particular as a replacement for the nucleus pulposus of an intervertebral disc.

Mindestens ein Markierelement 22 kann in das Implantat 132 eingebettet sein oder daran befestigt sein. Dadurch ist insbesondere die Möglichkeit gegeben, postoperativ unter Ultraschallsicht das Implantat 132 wieder aufzufinden, insbesondere um dort weiteres Biomaterial und Nucleuszellen zu injizieren. At least one marking element 22 can in the implant 132 be embedded or attached to it. As a result, in particular the possibility exists, postoperatively under ultrasound view the implant 132 again, especially to inject more biomaterial and nucleus cells there.

30 zeigt ein Implantat 138 zur gegenseitigen Abstützung von Dornfortsätzen 80, 136 benachbarter Wirbelkörper 72, 74, wie es beispielsweise in der WO 2010/000488 A1 beschrieben ist. Das Implantat 138 ist Bestandteil eines Instrumentariums 140 und umfasst ein erstes Stützelement 142 und ein zweites Stützelement 144 für die Dornfortsätze 80 bzw. 136 sowie ein Spannelement 146 zum Spannen der Stützelemente 142, 144 relativ zueinander. An den Stützelementen 142, 144 und am Spannelement 146 ist jeweils ein Markierelement 22 festgelegt. 30 shows an implant 138 for the mutual support of spinous processes 80 . 136 adjacent vertebral body 72 . 74 as it is for example in the WO 2010/000488 A1 is described. The implant 138 is part of an instrument 140 and includes a first support member 142 and a second support element 144 for the spinous processes 80 respectively. 136 and a clamping element 146 for tensioning the support elements 142 . 144 relative to each other. On the support elements 142 . 144 and on the clamping element 146 is in each case a marking element 22 established.

Die Markierelemente 22 erlauben es, das Implantat 138 im Körper aufzufinden und dessen Lage an den Dornfortsätzen 80, 136 und deren Spreizung relativ zueinander zu kontrollieren. Vorzugsweise ist es auch möglich, das Implantat 138 postoperativ und perkutan zu kontrollieren und insbesondere nachzujustieren. Die Markierelemente 22 können auch zum postoperativen Auffinden der Bandscheibe 76 eingesetzt werden, soll postoperativ eine weitere Injektion in diese im Rahmen eines ADCT-Eingriffs erfolgen.The marking elements 22 allow it, the implant 138 in the body and its location on the spinous processes 80 . 136 and control their spread relative to each other. Preferably, it is also possible for the implant 138 postoperative and percutaneous control and especially readjustment. The marking elements 22 can also be used to postoperatively locate the intervertebral disc 76 be used postoperatively, another injection into this in the context of an ADCT intervention.

Ein Instrumentarium 148 gemäß 31 umfasst ein Implantat 150 mit Pedikelschrauben 152, die durch ein Stabilisierungselement in Gestalt eines Stabes 154 miteinander verbunden sind. Die Pedikelschrauben 152 sind in an sich bekannter Weise mit Wirbelkörpern 72, 74 und 155 verschraubt. Dadurch können diese relativ zueinander abgestützt werden. An zumindest einer Implantatkomponente, beispielsweise einer Pedikelschraube 152, kann mindestens ein Markierelement 22 festgelegt sein. Beispielsweise, siehe 31, sind an einer Pedikelschraube 152 drei Markierelemente 22 festgelegt. Diese können einen vorstehend erwähnten "rigid body" zur Definition eines Koordinatensystems bilden. Auch hier kann postoperativ eine Injektion in eine Bandscheibe 76 im Rahmen eines ADCT-Eingriffs erfolgen, indem die Markierelemente 22 zum Auffinden der Bandscheibe 76 herangezogen werden.An instrument 148 according to 31 includes an implant 150 with pedicle screws 152 by a stabilizing element in the form of a rod 154 connected to each other. The pedicle screws 152 are in a conventional manner with vertebral bodies 72 . 74 and 155 screwed. As a result, they can be supported relative to each other. On at least one implant component, for example a pedicle screw 152 , at least one marking element 22 be set. For example, see 31 , are attached to a pedicle screw 152 three marking elements 22 established. These can form a previously mentioned "rigid body" for the definition of a coordinate system. Again, postoperatively, an injection into an intervertebral disc 76 as part of an ADCT intervention done by the marking elements 22 to find the intervertebral disc 76 be used.

Ein Instrumentarium 156 mit einem Implantat 158 ist beispielsweise von der Art eines Fixationssystems, wie es in der WO 2011/128220 A1 beschrieben ist. Das Implantat 158 kann beispielsweise eine Pedikelschraube 160 und ein mit dieser zu verbindendes Stabilisierungselement in Gestalt eines Stabes 162 umfassen. Es kann sich dabei um das Implantat 150 gemäß 31 handeln.An instrument 156 with an implant 158 is for example of the type of fixation system, as in the WO 2011/128220 A1 is described. The implant 158 For example, a pedicle screw 160 and a stabilizing element to be connected thereto in the form of a rod 162 include. It can be the implant 150 according to 31 act.

Das Instrumentarium 156 umfasst ferner ein Werkzeug 164. Das Werkzeug 164 kann vorliegend perkutan mit der Pedikelschraube 160 verbunden werden, und deren Ausrichtung perkutan einzustellen. Dies dient dazu, eine Öffnung der Pedikelschraube 160 relativ zum Stab 162 auszurichten, damit dieser in die Öffnung eingeführt werden kann. Zu diesem Zweck kann das Werkzeug 164 eine Einführöffnung 166 aufweisen, welche mit der Öffnung der Pedikelschraube fluchtet. An einem Rand der Einführöffnung 166 kann mindestens ein Markierelement 22 festgelegt sein, vorzugsweise mehrere Markierelemente 22. Unter Sicht mittels der Ultraschallsonde 14 ist es möglich, die Markierelemente 22 wie vorstehend erläutert zu erfassen und dadurch die Einführöffnung 166 zum Einführen des Stabes 162 auf einfache Weise aufzufinden.The instrumentation 156 also includes a tool 164 , The tool 164 can present percutaneously with the pedicle screw 160 and adjust their orientation percutaneously. This serves to open the pedicle screw 160 relative to the staff 162 to align with it this can be inserted into the opening. For this purpose, the tool 164 an insertion opening 166 have, which is aligned with the opening of the pedicle screw. At one edge of the insertion opening 166 can be at least one marking element 22 be set, preferably a plurality of marking elements 22 , Under view by means of the ultrasound probe 14 is it possible to use the marking elements 22 as explained above, and thereby the insertion opening 166 for insertion of the rod 162 easy to find.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • WO 2010/000488 A1 [0144] WO 2010/000488 A1 [0144]
  • WO 2011/128220 A1 [0147] WO 2011/128220 A1 [0147]

Claims (25)

Markiervorrichtung für Ultraschalluntersuchungen, umfassend mindestens ein Markierelement zur Markierung eines Untersuchungsgegenstandes, das zumindest eine erste Reflexionsfläche und eine davon beabstandete zweite Reflexionsfläche für Ultraschallstrahlung aufweist, wobei die erste Reflexionsfläche und die zweite Reflexionsfläche parallele Flächennormalen aufweisen. A marking device for ultrasound examinations, comprising at least one marking element for marking an examination subject, which has at least a first reflection surface and a second reflection surface for ultrasonic radiation spaced therefrom, wherein the first reflection surface and the second reflection surface have parallel surface normals. Markiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Markierelement mehr als zwei Reflexionsflächen aufweist, wobei die Flächennormalen parallel zueinander sind.Marking device according to claim 1, characterized in that the at least one marking element has more than two reflection surfaces, wherein the surface normals are parallel to each other. Markiervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionsflächen an einer Außenseite oder an einer Innenseite des Markierelementes angeordnet sind.Marking device according to claim 1 or 2, characterized in that the reflection surfaces are arranged on an outer side or on an inner side of the marking element. Markiervorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Reflexionsfläche planar ist.Marking device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one reflection surface is planar. Markiervorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Reflexionsfläche gekrümmt ist.Marking device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one reflection surface is curved. Markiervorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionsflächen parallel zueinander ausgerichtet sind.Marking device according to one of the preceding claims, characterized in that the reflection surfaces are aligned parallel to each other. Markiervorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Markierelement eine Kugelform aufweist oder eine Kugel ist. Marking device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one marking element has a spherical shape or is a ball. Markiervorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Markierelement eine Größe in einer Raumrichtung, insbesondere einem Durchmesser, von ungefähr 2 mm bis ungefähr 4 mm aufweist.Marking device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one marking element has a size in a spatial direction, in particular a diameter, of about 2 mm to about 4 mm. Markiervorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Markierelement ein Vollkörper ist.Marking device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one marking element is a solid body. Markiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Markierelement ein Hohlkörper ist.Marking device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the at least one marking element is a hollow body. Markiervorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Markierelement aus Knochen oder einem Knochenersatzmaterial besteht.Marking device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one marking element consists of bone or a bone substitute material. Markiervorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Markierelement aus einem resorbierbaren Material besteht.Marking device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one marking element consists of a resorbable material. Markiervorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallimpedanz des mindestens einen Markierelementes für medizinische Ultraschallstrahlung größer ist als ungefähr 20·106 kg/(m2s), bevorzugt größer als 20·106 kg/(m2s).Marking device according to one of the preceding claims, characterized in that the ultrasonic impedance of the at least one marking element for medical ultrasound radiation is greater than approximately 20 · 10 6 kg / (m 2 s), preferably greater than 20 · 10 6 kg / (m 2 s) , Markiervorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schallgeschwindigkeit im mindestens einen Markierelement für medizinische Ultraschallstrahlung größer ist als ungefähr 1.500 m/s bevorzugt größer als ungefähr 3.000 m/s.Marking device according to one of the preceding claims, characterized in that the speed of sound in the at least one marking element for medical ultrasound radiation is greater than about 1,500 m / s, preferably greater than about 3,000 m / s. Markiervorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem mindestens einen Markierelement eine Befestigungseinrichtung zum Festlegen am Untersuchungsgegenstand zugeordnet ist.Marking device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one marking element is associated with a fixing device for fixing on the examination subject. Markiervorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Markiervorrichtung mehrere Markierelemente umfasst.Marking device according to one of the preceding claims, characterized in that the marking device comprises a plurality of marking elements. Verwendung eines Körpers, der mindestens eine erste Reflexionsfläche und eine davon beabstandete zweite Reflexionsfläche mit parallelen Flächennormalen aufweist, als Markierelement zur Markierung eines Untersuchungsgegenstandes, der mit Ultraschallstrahlung untersucht wird. Use of a body which has at least a first reflection surface and a second reflection surface with parallel surface normals spaced apart therefrom, as a marking element for marking a test object, which is examined with ultrasound radiation. Verfahren zum Auffinden von Signalbeiträgen eines Markierelementes einer Markiervorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche in Ultraschallbildsignalen, die einer Datenverarbeitungseinrichtung von einer Ultraschallsonde übermittelt werden, wobei die Ultraschallbildsignale von der Datenverarbeitungsanlage auf Vorhandensein von Signalanteilen untersucht werden, die sich durch Mehrfachreflexion der Ultraschallstrahlung am Markierelement infolge eines Sprungs der Schallimpedanz zwischen dem Untersuchungsgegenstands und des Markierelementes ergeben. Method for finding signal contributions of a marking element of a marking device according to one of the preceding claims in ultrasound image signals which are transmitted to a data processing device by an ultrasound probe, wherein the ultrasound image signals are examined by the data processing system for the presence of signal components which are caused by multiple reflection of the ultrasound radiation at the marking element as a result of a jump give the acoustic impedance between the object under investigation and the marking element. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren in Echtzeit durchgeführt wird.A method according to claim 18, characterized in that the method is carried out in real time. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinrichtung von der Ultraschallsonde bereitgestellte hochfrequente (RF/HF) Ultraschallbildsignale untersucht.The method of claim 18 or 19, characterized in that the data processing device of the ultrasonic probe provided high-frequency (RF / RF) ultrasound image signals examined. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallbildsignale in einer Matrix aus Signalanteilen vorliegen, die in einer ersten Richtung eine Rauminformation enthält und in einer zweiten Richtung eine Zeitinformation, und dass die Signalanteile in Zeitrichtung aufsummiert werden und die Position des Markierelementes in Raumrichtung angesehen wird als Position des Maximums der Summation. Method according to one of Claims 18 to 20, characterized in that the ultrasound image signals are present in a matrix of signal components which contain spatial information in a first direction and time information in a second direction, and in which the signal components are summed up in the time direction and the position of the signal Markierelementes in the spatial direction is considered as the position of the maximum of the summation. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallbildsignale in einer Matrix aus Signalanteilen vorliegen, die in einer ersten Richtung eine Rauminformation enthält und in einer zweiten Richtung eine Zeitinformation, und dass die Signalanteile auf in Zeitrichtung, zumindest abschnittsweise, regelmäßig angeordnete Signalamplituden untersucht werden.Method according to one of Claims 18 to 21, characterized in that the ultrasound image signals are present in a matrix of signal components which contain spatial information in a first direction and time information in a second direction, and in which the signal components regularly, at least in sections arranged signal amplitudes are examined. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Untersuchung Signalanteile, die unterhalb einer vorgebbaren Schwellenwertamplitude liegen, als die Schwellenwertamplitude aufweisen angesehen werden.A method according to claim 22, characterized in that in the investigation signal portions which are below a predetermined threshold amplitude, are considered to have the threshold amplitude. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass Ultraschallstrahlung in zwei oder mehr paarweise schief zueinander ausgerichteten Strahlrichtungen verwendet wird, dass die Untersuchung der Ultraschallbildsignale für jede der Strahlrichtung an einem jeweiligen Ultraschallbildsignaldatensatz gesondert vorgenommen wird und dass das Markierelement erst als aufgefunden angesehen wird, wenn es in zumindest zwei Ultraschallbildsignaldatensätzen als vorhanden angesehen wird.Method according to one of claims 18 to 23, characterized in that ultrasound radiation is used in two or more pairs of obliquely aligned beam directions, that the examination of the ultrasound image signals for each of the beam direction is performed separately on a respective ultrasound image signal data set and that the marking element only found to be found when considered present in at least two ultrasound image signal sets. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 18 bis 24, umfassend eine Markiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, eine Ultraschallsonde und eine Datenverarbeitungseinrichtung, wobei die Ultraschallsonde der Datenverarbeitungseinrichtung Ultraschallbildsignale bereitstellt und die Datenverarbeitungseinrichtung so ausgebildet und programmiert ist, dass sie die Ultraschallbildsignale auf Vorhandensein von Signalanteilen untersucht, die sich durch Mehrfachreflexion der Ultraschallstrahlung am mindestens ein Markierelement der Markiervorrichtung infolge eines Sprungs der Schallimpedanz zwischen dem Untersuchungsgegenstand und dem mindestens einen Markierelement ergeben. Apparatus for carrying out the method according to any of claims 18 to 24, comprising a marking device according to one of claims 1 to 16, an ultrasound probe and a data processing device, wherein the ultrasound probe provides ultrasound image signals to the data processing device and the data processing device is designed and programmed such that it transmits the ultrasound image signals investigated for the presence of signal components resulting from multiple reflection of the ultrasonic radiation at the at least one marking element of the marking device as a result of a jump in the acoustic impedance between the object to be examined and the at least one marking element.
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Title
GAMPT mbH: Gebrauchshinweise für die Ultraschall-Reflexionsplatten, erstellt am 15.06.2007, Seiten 1 bis 3 -Firmenschrift, aufgerufen im Internet am 02.06.2014 unter http://www.gampt.de/content/cms/downloads/pdf/manuals/sdev_10202_deu.pdfwww.gampt.de *

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