DE19755974C2 - Device and method for obtaining 3D ultrasound data - Google Patents

Device and method for obtaining 3D ultrasound data

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Gewinnung von 3D-Ultraschalldaten von nur über eine Öffnung erreichbaren Bereichen. Die Vorrichtung und das Verfahren gewährleisten insbesondere eine minimalinvasive Chirurgie bei neurochirurgischen Eingriffen.The present invention relates to a device and a method of obtaining 3D ultrasound data from only Areas accessible through an opening. The device and the procedure particularly ensures a minimally invasive Surgery during neurosurgery.

Auf dem Gebiet der Medizin ist die bildgestützte Überwachung des Operationsbereiches während eines chirurgischen Eingriffs (intraoperatives Monitoring) ein wichtiges Hilfsmittel. Bei Operationen am Gehirn ist intraoperatives Monitoring allerdings heutzutage nur unter erheblichem Kostenaufwand oder erheblicher zusätzlicher Belastung für den Patienten durchführbar.In the field of medicine is the image-based Monitoring the operating area during a surgical intervention (intraoperative monitoring) important tool. During brain operations Intraoperative monitoring nowadays only under significant expense or significant additional Workable for the patient.

Echte intraoperative Bildgebung in der Neurochirurgie ist bisher nur unter Einsatz von sehr aufwendigen "open-MRI"- Systemen möglich. Das sind spezielle Kernspintomographen, bei denen der Operateur samt Instrumentarium im Untersuchungsfeld des Tomographen arbeitet. Die Anschaffungskosten für diese Geräte sind jedoch extrem hoch, und ihr Einsatz erfordert eine komplett neue Ausstattung mit nichtmagnetischen Instrumenten. Des weiteren sind in der Regel bauliche Voraussetzungen notwendig, deren Ausführung einem Neubau des Operationsgebäudes gleichkommt.Real intraoperative imaging in neurosurgery is so far only using very complex "open MRI" - Systems possible. These are special MRI scanners, at those of the surgeon and the instruments in the examination field of the tomograph works. The purchase cost for this However, devices are extremely high and their use requires a completely new equipment with non-magnetic Instruments. Furthermore, they are usually structural  Requirements necessary, the execution of a new building of the Operation building.

Als weiteres Verfahren der Bildgebung in der Medizin ist Röntgen-Computertomographie bekannt. Dieses Verfahren ist jedoch wegen der resultierenden Strahlenbelastung für Operateur und Patient im Bereich der intraoperativen Bildgebung nicht einsetzbar.Another imaging technique in medicine is X-ray computer tomography known. This procedure is however because of the resulting radiation exposure for Surgeon and patient in the area of intraoperative Imaging cannot be used.

Eine weitere Bildgebungstechnik mittels Ultraschall kann bisher nur bei Operationen am offenen Schädel kontinuierlich während der Operation angewendet werden. Bei minimalinvasiver Operation hingegen muß das Ultraschallgerät alternierend mit dem Einsatz der Operationsinstrumente durch eine Trepanationsbohrung geführt werden, so daß die Führung der Operationsinstrumente während der Operation nicht beobachtet werden kann.Another imaging technique using ultrasound can So far only continuous in operations on the open skull to be applied during surgery. With minimally invasive The ultrasound device, however, must alternate with the operation the use of the surgical instruments by a Trepanation bore are performed so that the leadership of the Surgical instruments not observed during surgery can be.

Möglich ist auch die Verwendung einer zweiten zusätzlichen Trepanationsbohrung zum Scannen per Ultraschall. Dies ist jedoch mit erheblicher zusätzlicher Belastung für den Patienten verbunden und wird deshalb nicht praktiziert.It is also possible to use a second one additional trepanning hole for ultrasound scanning. However, this is associated with a significant additional burden connected to the patient and is therefore not practiced.

Ein Einsatz extrakorporaler Ultraschallscanner ist bei minimalinvasiven Gehirnoperationen nicht möglich, da der Schädelknochen zusammen mit den darüber und darunter befindlichen Schichten (Kopfhaut, Dura mater) den Ultraschall nahezu vollständig reflektiert bzw. absorbiert.The use of extracorporeal ultrasound scanners is included in the minimally invasive brain surgery not possible because of Skull bones along with those above and below layers (scalp, dura mater) the ultrasound almost completely reflected or absorbed.

Aus der DE 32 41 178 A1 ist ein Ultraschallapplikator für eine intrakorporale Applikation, insbesondere zur Ultraschall-Abtastung von körperinternen Organen oder körperinternen Höhlungen bekannt. Der Ultraschallapplikator weist ein Schallkopfgehäuse auf, das an seinem rückseitigen Ende an einem Führungsteil bieg-, schwenk- oder drehbar gehaltert ist. Durch weiterhin vorgesehene Stellmittel läßt sich das Schallkopfgehäuse an der Applikationsstelle exakt positionieren. Das Führungsteil weist ein freies Innenlumen auf, das als Kanal zum Einführen einer optischen Beobach­ tungseinrichtung oder von Therapiewerkzeugen dienen kann. Dieser schmale Kanal ist jedoch nicht für die Einführung von herkömmlichen Operationsinstrumenten geeignet, sondern lediglich für laparoskopische Untersuchungen zur optischen Beobachtung des Bauchinnenraumes.DE 32 41 178 A1 describes an ultrasound applicator for intracorporeal application, especially for Ultrasound scanning of internal organs or internal cavities known. The ultrasound applicator has a transducer housing on its back End on a guide part bendable, pivotable or rotatable  is supported. By means of further provided adjusting means the transducer housing at the application point position. The guide part has a free inner lumen on that as a channel for introducing an optical observer device or therapy tools. However, this narrow channel is not for the introduction of conventional surgical instruments, but only for laparoscopic examinations for optical Observation of the abdominal cavity.

Mit diesem Gerät ist somit keine intraoperative Bild­ gebung möglich, bei der parallel zur Bilderzeugung auch eine Operation mit üblichen Operationsinstrumenten durchgeführt werden kann.With this device there is therefore no intraoperative image possible, in which also a parallel to the image generation Operation carried out with common surgical instruments can be.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, die - insbesondere bei der intra­ operativen Bildgebung - zur Gewinnung von Ultraschalldaten von abzubildenden Bereichen dienen, zu denen nur ein be­ grenzter Zugang besteht, aber ein gleichzeitiger Zugang von bildgebendem und agierendem System erwünscht ist.Based on this state of the art The invention is therefore based on the object of a device and to specify a procedure that - especially for intra operative imaging - to obtain ultrasound data of areas to be mapped, to which only one be There is limited access, but simultaneous access from imaging and operating system is desired.

Die Aufgabe wird mit der Vorrichtung und dem Verfahren gemäß den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 14 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche.The task is accomplished with the device and the method solved according to the features of claims 1 and 14. Advantageous embodiments of the device are the subject of subclaims.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich der oder die Ultraschallwandler zu Beginn des Eingriffs durch die Operationsöffnung (Trepanationsbohrung) einführen und plazieren. Der Ultraschallwandler kann während der gesamten Operationsdauer in seiner Position verbleiben, so daß ein permanentes Scannen des Operationsbereiches - einschließlich der Instrumente - und dessen bildliche Darstellung ermöglicht werden. Mit dieser Vorrichtung kann somit die Operation ohne Rückgriff auf extrem teure und aufwendige Kernspintomographen mit einfachen Mitteln am Bildschirm während eines minimalinvasiven Eingriffs verfolgt werden.With the device according to the invention and the The inventive method can be the Ultrasound transducer at the beginning of the procedure Insert the surgical opening (trephine hole) and place. The ultrasound transducer can be used during the entire Operation duration remain in its position so that a  permanent scanning of the operating area - including of the instruments - and their visual representation enables become. With this device, the operation can be carried out without Use of extremely expensive and complex MRI scanners with simple means on the screen during a minimally invasive surgery.

Grundsätzlich ist die Anwendung der Vorrichtung und des Verfahrens jedoch nicht auf neurochirurgische Eingriffe begrenzt. Die Erfindung kann zunächst bei sämtlichen minimalinvasiven Eingriffen Anwendung finden. Auch im nichtmedizinischen Bereich, bei Vorgängen, bei denen nur ein begrenzter Zugang zu abzubildenden Bereichen durch kleine Öffnungen besteht, und bei denen ein gleichzeitiger Zugang von bildgebendem und agierendem System erwünscht ist, bieten der Einsatz der Vorrichtung bzw. des Verfahrens entsprechende Vorteile. Als Beispiel kann hierzu die Bildgebung bei Arbeiten an schwer zugänglichen Maschinenteilen im Bereich des Maschinenbaus angeführt werden. Basically, the application of the device and the However, the procedure does not apply to neurosurgery limited. The invention can first of all minimally invasive interventions are used. Also in non-medical field, in cases where only one limited access to areas to be imaged by small There are openings, and where there is simultaneous access of the imaging and operating system is desired the use of the device or the method corresponding Advantages. Imaging can be used as an example Work on machine parts that are difficult to access in the area mechanical engineering.  

Bei der bevorzugten Anwendung der Erfindung im Bereich der Neurochirurgie wird eine Vorrichtung mit einem oder mehreren extrem flachen Ultraschallwandlern eingesetzt, die seitlich neben der Trepanationsbohrung zwischen Dura mater und Gehirn Platz finden und dort während der Operation verbleiben können, ohne den Zugang durch die Trepanationsbohrung zu behindern.In the preferred application of the invention in the field neurosurgery is a device with or several extremely flat ultrasonic transducers used to the side of the trepanation hole between the dura mater and brain place and there during surgery can remain without access through the To obstruct trephination drilling.

Die Fixierung des Wandlers erfolgt über einen mit der Fixiereinrichtung verbundenen Verbindungssteg, der so mit dem Wandler verbunden ist, daß sich der Wandler nach Einführung durch die Trepanationsbohrung seitlich unter die Dura mater schieben läßt.The converter is fixed using a Fixing device connected connecting web, so with the The converter is connected to the converter after introduction through the trepanation hole under the dura mater can be pushed.

Durch eine vorzugsweise flache, bandartige Ausführung des Verbindungssteges wird dabei nur ein minimaler Anteil der Öffnung beansprucht, so daß nahezu der gesamte Querschnitt der Trepanationsbohrung für die Führung der Operationsinstrumente erhalten bleibt.Through a preferably flat, ribbon-like design the connecting web is only a minimal part of the Opening claimed so that almost the entire cross section the trepanning hole for guiding the Surgical instruments are retained.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bildgebung umfaßt mindestens einen Ultraschallwandler, eine Fixiereinrichtung zur örtlichen Fixierung des Ultraschallwandlers relativ zum abzubildenden Bereich, und einen Verbindungssteg, der den Ultraschallwandler mit der Fixiereinrichtung verbindet. Der Verbindungssteg ist mit einem Randbereich des Ultraschallwandlers verbunden und bildet mit der Wandlerebene einen im wesentlichen senkrechten Winkel. Der Winkel ist so gewählt, daß die Funktion der Vorrichtung, weite Bereiche der Öffnung auch nach Einführung des Wandlers frei zu halten, gewährleistet ist. Es versteht sich von selbst, daß hierzu die Dicke der Schicht, in der die Öffnung vorliegt, eine Rolle spielt. Bei dünnen Schichten ist aus geometrischen Gründen eine stärkere Abweichung vom 90°-Winkel (z. B. Winkel zwischen 70° und 110°) vertretbar als bei dickeren Schichten. Auch die innere (geometrische) Form der Schicht kann, wie nachfolgend ausgeführt, den möglichen Winkelbereich beeinflussen.The imaging device according to the invention comprises at least one ultrasonic transducer, a fixing device for local fixation of the ultrasonic transducer relative to area to be imaged, and a connecting bridge which connects the Connects ultrasonic transducer with the fixing device. Of the Connecting bridge is with an edge area of the Ultrasonic transducer connected and forms with the transducer level a substantially perpendicular angle. The angle is like this chosen that the function of the device, wide areas of Keep the opening free even after the converter has been inserted, is guaranteed. It goes without saying that this the thickness of the layer in which the opening is present is one Role play. With thin layers is made of geometric Reasons a greater deviation from the 90 ° angle (e.g. angle  between 70 ° and 110 °) acceptable than for thicker layers. The inner (geometric) shape of the layer can also, like explained below, the possible angular range influence.

Im bevorzugten Anwendungsfall des neurochirurgischen Eingriffs kann insbesondere aufgrund der kugelförmigen Schädelhöhlung ein Winkel über 90°, vorzugsweise zwischen 90° und 100°, vorteilhaft sein, damit der Ultraschallwandler nach der Einführung vollständig an der Schädeldecke anliegt. Bei dieser Ausführungsform sind die Abmessungen des Ultraschallwandlers so gewählt, daß dieser in eine Trepanationsbohrung in der Schädeldecke eines Patienten eingeführt und zwischen Hirnhaut und Gehirn untergeschoben werden kann. Eine Trepanationsbohrung hat in der Regel einen Durchmesser von 15 bis 25 mm. Die Dicke des Verbindungssteges ist dabei so gewählt, daß der Verbindungssteg nach der Einführung des Wandlers nur einen geringen Teil, d. h. weniger als 25% des Querschnitts der Trepanationsbohrung verdeckt.In the preferred application of the neurosurgical Intervention can be particularly due to the spherical Skull cavity an angle over 90 °, preferably between 90 ° and 100 °, be advantageous so that the ultrasonic transducer after the insertion is completely against the top of the skull. At this embodiment, the dimensions of the Ultrasonic transducer chosen so that this in a Trephination drilling in a patient's cranium introduced and inserted between the meninges and the brain can be. A trepanation hole usually has one Diameters from 15 to 25 mm. The thickness of the connecting bar is chosen so that the connecting web after the Introduction of the converter only a small part, d. H. fewer covered as 25% of the cross-section of the trephine hole.

Vorteilhafterweise weist der Verbindungssteg eine Dicke von maximal 3 mm und eine Länge von ca. 15-20 mm auf. Die Abmessungen des Ultraschallwandlers betragen bevorzugt maximal 3 mm senkrecht zur Wandlerebene (Dicke des Wandlers).The connecting web advantageously has a thickness of maximum 3 mm and a length of approx. 15-20 mm. The Dimensions of the ultrasonic transducer are preferred maximum 3 mm perpendicular to the transducer level (thickness of the transducer).

Die Fixiereinrichtung kann durch einen Wandlerschaft, beispielsweise in Form eines Handgriffes, gebildet werden. Im Falle eines neurochirurgischen Eingriffs wird diese Fixiereinrichtung zur Fixierung des Ultraschallwandlers starr mit der Fixiervorrichtung für den Kopf des Patienten verbunden.The fixing device can be replaced by a converter shaft, for example in the form of a handle. in the In the event of a neurosurgical intervention, this will be Fixing device for fixing the ultrasonic transducer rigid with the fixation device for the patient's head connected.

Der Verbindungssteg hat die Funktion, den Ultraschallwandler mechanisch mit der Fixiereinrichtung und elektrisch mit der Primärelektronik und/oder der Auswerteelektronik zu verbinden. Er muß daher zur Aufnahme elektrischer Verbindungen (z. B. dünner Drähte oder Leiterbahnen) geeignet sein. Weiterhin muß er mechanisch genügend steif sein, um eine starre Verbindung zwischen Wandler und Fixiereinrichtung zu gewährleisten, so daß verwackelfreie Bilder des abzubildenen Bereiches geliefert werden können. Der Verbindungssteg ist möglichst flach bzw. dünn ausgestaltet, damit er die Öffnung nur in geringem Maße ausfüllt. Bevorzugte Abmessungen des Verbindungssteges für die Anwendung bei neurochirurgischen Eingriffen sind im Ausführungsbeispiel angegeben.The connecting bridge has the function that Ultrasonic transducer mechanically with the fixing device and  electrically with the primary electronics and / or the To connect evaluation electronics. He must therefore be admitted electrical connections (e.g. thin wires or Conductor tracks). Furthermore, it must be mechanical be rigid enough to provide a rigid connection between Ensure converter and fixing device so that blur-free images of the area to be displayed delivered can be. The connecting bridge is as flat as possible or designed thin so that it only slightly opens fills out. Preferred dimensions of the connecting web for the application in neurosurgical interventions are in Embodiment specified.

Der Ultraschallwandler selbst hat vorzugsweise eine münzförmige Gestalt mit einer Dicke von weniger als 1 cm. Er ist über den Verbindungssteg mit einer Primärelektronik (z. B. Verstärker, Multiplexer, usw.) verbunden, die im Bereich des dem Ultraschallwandler gegenüberliegenden Endes des Verbindungssteges vorgesehen ist. Die Primärelektronik kann beispielsweise im Wandlerschaft integriert sein. Es ist jedoch auch möglich, zumindest einen Teil der Primärelektronik im Ultraschallwandler selbst zu integrieren.The ultrasonic transducer itself preferably has one coin-shaped shape with a thickness of less than 1 cm. He is connected to primary electronics (e.g. Amplifiers, multiplexers, etc.) connected in the field of the ultrasonic transducer opposite end of the Connecting web is provided. The primary electronics can for example, be integrated into the traveling community. It is however also possible at least part of the Integrate primary electronics in the ultrasonic transducer itself.

Die vom Ultraschallwandler gewonnenen Signale werden zu einer Bildverarbeitungseinheit weitergeleitet, so daß sie beispielsweise an einem Monitor darstellbar sind.The signals obtained by the ultrasonic transducer become forwarded to an image processing unit so that it can be displayed on a monitor, for example.

Der Ultraschallwandler besteht vorzugsweise aus einer Vielzahl von arrayförmig in einer Ebene angeordneten Wandlerelementen, die ein elektronisch steuerbares zweidimensionales Phasenarray bilden. Durch phasenversetzte Ansteuerung der einzelnen Wandlerelemente kann der gesamte abzubildende Bereich mit dem Ultraschallstrahl abgetastet werden. Auf diese Weise ist es möglich, ohne mechanische Bewegung des Wandlers die Daten für ein vollständiges Bild des abzubildenden Bereiches zu erhalten.The ultrasound transducer preferably consists of a A large number of arrays arranged in a plane Transducer elements that are electronically controllable form a two-dimensional phase array. Through out of phase The entire transducer can be controlled area to be imaged scanned with the ultrasound beam become. This way it is possible without mechanical  Movement of the transducer data for a complete picture of the area to be imaged.

Der Ultraschallwandler kann jedoch auch als elektronisch steuerbares Lineararray ausgestaltet sein. Bei einer Anordnung dieses Lineararrays in einem dünnen Röhrchen kann durch einen mechanischen Antrieb das Array um seine Längsachse geschwenkt werden. Hierdurch wird ebenfalls der gesamte Bereich abgetastet.However, the ultrasonic transducer can also be electronic controllable linear array. At a This linear array can be arranged in a thin tube by a mechanical drive the array around its Longitudinal axis are pivoted. This will also entire area scanned.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Gewinnung von 3D- Ultraschalldaten für die Bildgebung an nur über eine Öffnung erreichbaren Bereichen, wird eine Vorrichtung mit einem Ultraschallwandler eingesetzt, der über einen dünnen Verbindungssteg mit einer Fixiereinrichtung verbunden ist und mit dem Verbindungssteg eine abgewinkelte Form bildet. Ein Beispiel für eine derartige Vorrichtung ist Gegenstand des Anspruches 1. Die Vorrichtung wird durch die Öffnung eingeführt, unterhalb der Öffnung seitlich neben diese geschoben, mittels der Fixiereinrichtung fixiert und nachfolgend betrieben, um Daten für die Bilddarstellung von dem Bereich zu liefern. Aufgrund der besonderen Form der Vorrichtung bleibt nach deren Fixierung der größte Teil der Öffnung zur Einführung weiterer Vorrichtungen nahezu ungehindert zugänglich.In the method according to the invention for obtaining 3D Ultrasound data for imaging only through one aperture accessible areas, a device with a Ultrasonic transducer used, the thin Connecting web is connected to a fixing device and forms an angled shape with the connecting web. A An example of such a device is the subject of Claim 1. The device is through the opening inserted, below the opening to the side of this pushed, fixed by means of the fixing device and subsequently operated to provide data for imaging to deliver the area. Because of the special shape of the After fixation, most of the device remains Almost opening for the introduction of further devices freely accessible.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert, in denenThe invention is described below with reference to the drawings explained in more detail in which

Fig. 1 ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bildgebung in Seitenansicht, und Fig. 1 shows an example of a device for imaging according to the invention in side view, and

Fig. 2 ein Beispiel für den Einsatz der Vorrichtung aus Fig. 1 zeigen. Fig. 2 show an example of the use of the device of Fig. 1.

Anhand von Fig. 1 wird nun eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung erläutert.A preferred embodiment of the invention will now be explained with reference to FIG. 1.

Fig. 1 zeigt in Seitenansicht ein Beispiel für die erfindungsgemäße Vorrichtung (1) zur Bildgebung, bei der ein miniaturisierter Ultraschallwandler (2) über einen Verbindungssteg (3) mit einem Wandlerschaft (4) verbunden ist. Am Wandlerschaft (4) ist die wandlernahe Elektronik (5) angebracht. Diese Elektronik umfaßt die in unmittelbarer Nähe des Wandlers notwendige Primärelektronik (Vorverstärker, Sendestufen, usw.). Durch Anbringen dieser Primärelektronik in unmittelbarer Nähe des äußeren Endes des Verbindungssteges können minimale Signalwege und damit kleinstmögliche Störeinflüsse realisiert werden. Der Ultraschallwandler steht über den Verbindungssteg, den Wandlerschaft mit der Primärelektronik und ein Anschlußkabel (6) mit einer Bildverarbeitungs-/Bilddarstellungseinheit (nicht dargestellt) in Verbindung. Fig. 1 shows a side view of an example of the inventive device ( 1 ) for imaging, in which a miniaturized ultrasonic transducer ( 2 ) is connected to a transducer shaft ( 4 ) via a connecting web ( 3 ). The electronics ( 5 ) close to the transducer are attached to the transducer shaft ( 4 ). This electronics includes the primary electronics (preamplifier, transmitters, etc.) necessary in the immediate vicinity of the converter. By attaching this primary electronics in the immediate vicinity of the outer end of the connecting web, minimal signal paths and thus the smallest possible interference can be realized. The ultrasonic transducer is connected to an image processing / image display unit (not shown) via the connecting web, the transducer shaft with the primary electronics and a connecting cable ( 6 ).

In Fig. 1 ist deutlich die flache Form des Ultraschallwandlers (2) zu erkennen, an dessen Rand der Verbindungssteg (3) senkrecht zur Wandlerebene befestigt ist, so daß Verbindungssteg und Wandler zusammen eine "L"-Form bilden. Der Verbindungssteg (3) ist in dieser Seitenansicht ebenfalls sehr flach ausgestaltet.In Fig. 1 the flat shape of the ultrasonic transducer ( 2 ) can be clearly seen, at the edge of which the connecting web ( 3 ) is attached perpendicular to the transducer plane, so that the connecting web and transducer together form an "L" shape. The connecting web ( 3 ) is also very flat in this side view.

Für den im folgenden gezeigten Einsatz der Vorrichtung bei neurochirurgischen Eingriffen hat der Ultraschallwandler vorzugsweise einen Durchmesser bzw. eine Breite/Länge von ca. 20 mm und eine Dicke von maximal 3 mm. Der Verbindungssteg weist hier vorzugsweise eine Länge von ca. 15-20 mm, eine Breite von ca. 10-15 mm und eine Dicke von 2-3 mm auf. Das Wandlermaterial wie auch das Material des Verbindungssteges sind hierbei selbstverständlich hinsichtlich Biokompatibilität und Sterilisierbarkeit ausgewählt. For the use of the device shown below the ultrasound transducer is used for neurosurgical interventions preferably a diameter or a width / length of approx. 20 mm and a maximum thickness of 3 mm. The connecting bridge preferably has a length of about 15-20 mm, one Width of about 10-15 mm and a thickness of 2-3 mm. The Converter material as well as the material of the connecting bridge are of course regarding Biocompatibility and sterilizability selected.  

Fig. 2 zeigt den Einsatz dieser Vorrichtung bei einem minimalinvasiven Eingriff am Gehirn (7) eines Patienten. Bei einem solchen Eingriff wird zunächst eine Trepanationsbohrung (8) gesetzt, die die Kopfhaut (9), den Schädelknochen (10) und die Hirnhaut (11, Dura mater) durchdringt. Bei einer Operation am Gehirn werden die chirurgischen Instrumente (12, z. B. Endoskop,..) durch die Trepanationsbohrung (8) an das Gehirn (7) geführt. Mit der vorliegenden Vorrichtung ist es nun möglich, während der Operation, d. h. während chirurgische Instrumente in der Trepanationsbohrung geführt werden, den Einsatz dieser Instrumente im Operationsbereich des Gehirnes zu erfassen und bildlich darzustellen. Hierzu wird der Ultraschallgeber (2) der Vorrichtung (1) vor Beginn der Operation oder des zu beobachtenden Abschnittes der Operation durch die Trepanationsbohrung (8) geführt und flach seitlich neben der Bohrung zwischen das Gehirn (7) und die Hirnhaut (11) geschoben. Dort verbleibt die Vorrichtung während der Operation, so daß ständig Ultraschalldaten aus dem Operationsbereich geliefert und zur bildlichen Darstellung an einem Monitor verwendet werden können. Aufgrund der gegenseitigen Anordnung und Form von Verbindungssteg (3) und Ultraschallgeber (2) bleibt in diesem Fall der größte Teil der Trepanationsöffnung (8) frei, so daß die Einführung der chirurgischen Instrumente nicht behindert wird. Fig. 2 shows the use of this device in a minimally invasive procedure on the brain ( 7 ) of a patient. In such an intervention, a trephine hole ( 8 ) is first made, which penetrates the scalp ( 9 ), the skull bone ( 10 ) and the meninges ( 11 , dura mater). During an operation on the brain, the surgical instruments ( 12 , eg endoscope, ..) are guided through the trepanation hole ( 8 ) to the brain ( 7 ). With the present device it is now possible, during the operation, that is to say while surgical instruments are being guided in the trepanation bore, to record and depict the use of these instruments in the operating area of the brain. For this purpose, the ultrasound transmitter ( 2 ) of the device ( 1 ) is guided through the trepanation hole ( 8 ) before the operation or the section of the operation to be observed and is pushed flat to the side next to the hole between the brain ( 7 ) and the meninges ( 11 ). The device remains there during the operation, so that ultrasound data from the operating area can be continuously supplied and used for image display on a monitor. Due to the mutual arrangement and shape of the connecting web ( 3 ) and ultrasound transmitter ( 2 ), the majority of the trepanation opening ( 8 ) remains free in this case, so that the introduction of the surgical instruments is not hindered.

Der Ultraschallwandler kann als rein elektronisch steuerbares Phasenarray, eine matrizenartige Anordnung vieler kleiner Elementarwandler, realisiert werden. Mit einem derartigen Ultraschallwandler kann eine freie Steuerung der Richtung des Ultraschalls ohne mechanische Bewegung des Wandlers erreicht werden. Das Phasenarray kann so groß dimensioniert sein, daß es zum Einführen nahezu den gesamten Querschnitt der Trepanationsöffnung beansprucht, danach jedoch seitlich unter der Hirnhaut verschwindet. Im Falle eines derartigen Wandlerarrays ist es von Vorteil, Teile der Primärelektronik direkt im Wandler zu integrieren. So kann insbesondere durch einen im Wandler integrierten Multiplexer die Zahl der notwendigen Verbindungen durch den Verbindungssteg deutlich reduziert werden.The ultrasonic transducer can be purely electronic controllable phase array, a matrix-like arrangement of many small elementary converter. With a Such ultrasonic transducers can freely control the Direction of ultrasound without mechanical movement of the Converter can be achieved. The phase array can be that big be dimensioned so that it is able to insert almost the entire  Cross section of the trepanation opening claimed, thereafter however disappears laterally under the meninges. In the event of Such a converter array, it is advantageous to parts of the Integrate primary electronics directly in the converter. So can in particular through a multiplexer integrated in the converter the number of connections required by the Connecting web can be significantly reduced.

Der Ultraschallwandler kann auch als wenige Millimeter breites Lineararray realisiert werden, das ein zweidimensionales Scannen gestattet. Eine Anordnung des Wandlers in einem dünnen Röhrchen ermöglicht ein Schwenken des Lineararrays senkrecht zu seiner Scanebene. Damit kann ebenfalls das interessierende Volumen vollständig abgetastet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Röhrchen eine Dicke von maximal 3 mm und eine Länge von ca. 20 mm auf.The ultrasonic transducer can also be a few millimeters wide linear array can be realized that a two-dimensional scanning allowed. An arrangement of the Transducer in a thin tube allows swiveling of the linear array perpendicular to its scan plane. So that can the volume of interest is also completely sampled become. In a preferred embodiment, this Tubes with a maximum thickness of 3 mm and a length of approx. 20 mm on.

Wie bereits oben ausgeführt, können die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren auch bei anderen Operationstechniken Anwendung finden. Die gleichen Vorteile bringt ein Einsatz im Bereich nichtmedizinischer Anwendungen, beispielsweise bei der Materialbearbeitung oder bei Arbeiten im Maschinenbau, allgemein in allen Bereichen in denen ein Arbeitsvorgang durch eine Öffnung hindurch erfolgt und mittels Ultraschall überwacht werden soll.As already stated above, the inventive Device and the method according to the invention also at other surgical techniques apply. The same Use in the field of non-medical brings advantages Applications, for example in material processing or when working in mechanical engineering, generally in all areas in which an operation takes place through an opening and should be monitored using ultrasound.

Claims (14)

1. Vorrichtung zur Gewinnung von 3D-Ultraschalldaten von nur über eine Öffnung erreichbaren Bereichen mit einem Ultraschallwandler, einer Fixiereinrichtung zur örtlichen Fixierung des Ultraschallwandlers relativ zu einem zu erfassenden Bereich, und einem Verbindungssteg, der den Ultraschallwandler mit der Fixiereinrichtung verbindet, wobei der Verbindungssteg mit einem Randbereich des Ultraschallwandlers verbunden ist und mit der Wandlerebene einen im wesentlichen senkrechten Winkel bildet.1. Device for obtaining 3D ultrasound data from areas that can only be reached via an opening an ultrasonic transducer, one Fixing device for local fixation of the Ultrasonic transducer relative to one to be detected Area, and a connecting bridge that connects the Connects the ultrasonic transducer to the fixing device, the connecting web with an edge region of the Ultrasonic transducer is connected and with the Transducer plane an essentially perpendicular angle forms. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallwandler Abmessungen aufweist, die die Einführung des Wandlers in eine Trepanationsbohrung in der Schädeldecke eines Patienten und das Unterschieben des Wandlers zwischen Hirnhaut und Gehirn ermöglichen, wobei die Dicke des Verbindungssteges so gewählt ist, daß der Verbindungssteg nach der Einführung des Wandlers nur einen geringen Teil des Querschnittes der Trepanationsbohrung verdeckt.2. Device according to claim 1, characterized, that the ultrasonic transducer has dimensions that the Introduction of the converter into a trephine hole in a patient's skullcap and slipping it under enable the transducer between the meninges and the brain, the thickness of the connecting web is chosen so that the connecting bridge after the introduction of the converter only a small part of the cross section of the Trepanation hole covered. 3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungssteg eine flache, bandförmige Gestalt aufweist. 3. Device according to one of claims 1 or 2, characterized, that the connecting web has a flat, ribbon-like shape having.   4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungssteg eine Dicke von maximal 3 mm aufweist.4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized,  that the connecting web has a maximum thickness of 3 mm having. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungssteg eine Länge von ca. 15-20 mm aufweist.5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized, that the connecting web has a length of about 15-20 mm having. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallwandler senkrecht zur Wandlerebene Abmessungen von maximal 3 mm aufweist.6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized, that the ultrasonic transducer is perpendicular to the transducer plane Has dimensions of maximum 3 mm. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der im wesentlichen senkrechte Winkel zwischen Wandlerebene und Verbindungssteg zwischen 90° und 100° liegt.7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized, that the substantially perpendicular angle between Transducer level and connecting bridge between 90 ° and 100 ° lies. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallwandler über den Verbindungssteg mit einer Primärelektronik verbunden ist, die im Bereich des dem Ultraschallwandler gegenüberliegenden Endes des Verbindungssteges vorgesehen ist.8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized, that the ultrasonic transducer with the connecting web a primary electronics connected in the area of the ultrasonic transducer opposite end of the Connecting web is provided. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil einer Primärelektronik im Ultraschallwandler integriert ist.9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized, that at least part of a primary electronics in Ultrasonic transducer is integrated. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine Einheit zur Weiterleitung der vom Ultraschallwandler gewonnenen Signale zu einer Bildverarbeitungseinheit aufweist. 10. The device according to one of claims 1 to 9, characterized,  that the device is a unit for forwarding the signals obtained by the ultrasound transducer to a Has image processing unit.   11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallwandler eine Vielzahl von Wandlerelementen aufweist, die ein elektronisch steuerbares zweidimensionales Phasenarray bilden.11. The device according to one of claims 1 to 10, characterized, that the ultrasonic transducer a variety of Has transducer elements that are electronically form controllable two-dimensional phase array. 12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallwandler als elektronisch steuerbares Lineararray ausgestaltet ist.12. The device according to one of claims 1 to 10, characterized, that the ultrasonic transducer as an electronically controllable Linear array is designed. 13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Lineararray in einem dünnen Röhrchen angeordnet und durch einen mechanischen Antrieb um seine Längsachse schwenkbar ist.13. The apparatus according to claim 12, characterized, that the linear array is arranged in a thin tube and by a mechanical drive around its longitudinal axis is pivotable. 14. Verfahren zur Gewinnung von 3D-Ultraschalldaten von nur über eine Öffnung erreichbaren Bereichen, bei dem ein Ultraschallwandler, der über einen dünnen Verbindungssteg mit einer Fixiereinrichtung verbunden ist und mit dem Verbindungssteg eine abgewinkelte Form bildet, durch die Öffnung eingeführt, unterhalb der Öffnung seitlich neben diese geschoben, mittels der Fixiereinrichtung fixiert und nachfolgend betrieben wird, um Daten von dem Bereich zu liefern, während die Öffnung zur Einführung weiterer Vorrichtungen nahezu ungehindert zugänglich bleibt.14. Method for obtaining 3D ultrasound data from only areas accessible via an opening, where an ultrasonic transducer that is over a thin Connecting web connected to a fixing device is and with the connecting web an angled shape educates inserted through the opening, below the opening pushed to the side of this, using the Fixing device fixed and operated subsequently to deliver data from the area while the Almost opening for the introduction of further devices remains freely accessible.
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