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Die Erfindung betrifft eine Einführsonde, insbesondere Transvaginalsonde, für die Durchführung von medizinischen Ultraschalluntersuchungen, mit einem Sondenkopf, der über einen Schaft mit einem Haltegriff verbunden ist, wobei der Sondenkopf einen über eine Koppelflüssigkeit und eine schalldurchlässige Aussenhülle des Sondenkopfes an das Untersuchungsobjekt ankoppelbaren Multielement-Schallwandler aufweist, der in einer Ruhelage im wesentlichen eine Abtastebene bestimmt und über eine im Haltegriff untergebrachte Antriebseinheit und ein durch den Schaft geführtes Übertragungsglied verstellbar ist, so dass seine Abtastebene einen Volumsbereich des Untersuchungsobjektes überstreicht,
wobei die Lage jedes Punktes innerhalb des überstrichenen Volumsberelches durch seine Lage in der Abtastebene und die erfasste Momentanstellung des Schallwandlers im Abtastkopf definiert ist.
Eine Abtastung eines Volumsbereiches eines untersuchten Objektes bei lagerichtiger Speicherung der aus dieser Abtastung erhaltenen Signale hat gegenüber der sonst üblichen Abtastung in einer einzigen Abtastebene (8- oder C-Bild) entscheidende Vorteile, von denen die wesentlichen bereits in der AT 358 155 B angegeben sind.
Es ist insbesondere möglich, Einschreibreihenfolge und-geschwindigkeit der erfassten Daten in einen Speicher unabhängig von der Auslesegeschwindigkeit und -reihenfolge vorzunehmen, aus den gespeicherten Daten Ansichten aus verschiedenen Blick-
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richtungen und Schnittbilddarstellungen nach verschiedenen Ebenen auszuwählen, ohne dass dazu exakte Einstellungen der Schallwandler in die entsprechende Richtung bzw. auf die jeweilige Ebene erforderlich sind. Bei Folgeuntersuchungen können aus den gespeicherten Volumsdaten der ersten und zweiten Untersuchung einander genau entsprechende Bilder bzw. Darstellungen ausgewählt und damit für eine Diagnose einwandfrei verglichen werden.
Wählt man im Untersuchungsbereich nur Oberflächenechos eines bestimmten Körpers für die Darstellung aus, so kann man am Bildschirm quasi dreidimensionale Darstellungen dieses Körpers erhalten. Ein klassisches Beispiel für eine entsprechende Anwendung ist die Darstellung eines Fötus in verschiedenen Entwicklungsstadien, wobei nicht nur Einzelheiten der Gliedmassen, sondern sogar im günstigen Fall Gesichtszüge erkennbar werden.
Konstruktiv unterliegt eine Einführsonde je nach ihrem Bestimmungszweck verschiedenen Einschränkungen. Vor allem muss Grösse und Durchmesser der Sonde an die jeweilige Körperöffnung angepasst werden (neben Transvaginalsonden sind auch Rektalsonden und durch Speiseröhre oder Luftröhre einführbare Sonden bekannt).
Damit ist es praktisch unmöglich, den arbeitenden Teil einer Antriebseinrichtung, also einen Motor und ein entsprechendes Getriebe, innerhalb des Sondenkopfes oder des Schaftes unterzubringen, wozu noch kommt, dass hier wegen der vorgesehenen Flüssigkeitsfüllung weitere Schwierigkeiten auftreten würden. Die einzige bisher gängige und brauchbare Antriebslösung besteht in einem einfachen Spindelantrieb, bei dem von der im Haltegriff untergebrachten Antriebseinheit, nämlich einem Motor mit Untersetzungsgetriebe, eine Spindel durch den Schaft in den Sondenkopf führt und einen Träger, auf dem der Schallwandler sitzt, rotierend antreibt.
Bei einer Transvaginalsonde ist der Schallwandler im Kopf nach vorne gerichtet und wird um die durch seine Mitte gehende Längsachse rotierend angetrieben, so dass die in ihrer Grundform dreieckige oder trapezförmige Abtastebene einen kegel- oder kegelstumpfförmigen Volumsbereich des Untersuchungsobjektes bestreicht, wobei die Achse dieses Volumsbereiches koaxial zur Drehachse verläuft. Eine Änderung dieser Volumsform und-grosse ist nicht möglich. In der Praxis ergibt sich, dass die der Einfachheit halber als "Abtastebenen" bezeichneten, tatsächlich aber eine endliche Dicke aufweisenden, einer bestimmten Stellung des Multielement-Schallwandlers zugeordneten Abtastbereiche am Sondenkopf ineinander übergehen und dann relativ stark divergieren.
Es kann daher in der Praxis nur ein relativ kleiner Volumsbereich mit
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hinreichend grossem Auflösungsvermögen abgetastet werden, wobei sich bei einer 3DDarstellung infolge der Überlagerungen Artefakte, also "Geisterechodarstellungen" ergeben können. Die brauchbare Abtastung eines bestimmten Volumsbereiches erfordert überdies, wenn eine einigermassen genaue Speicherung erzielt werden soll, einen beträchtlichen Zeitaufwand von z. B. 10 sec, in welcher Zeit sich aber im lebenden Organismus verschiedene Lageänderungen ergeben können, so dass die Darstellung wieder unsauber bzw. ungenau wird. Für die Erfassung der Momentanstellung des Schallwandlers im Abtastkopf wird bei dieser bekannten Ausführung ein auf der Welle sitzender, relativ aufwendiger Drehgeber verwendet.
Die Stellungssignale dieses Drehgebers müssen von der übergeordneten Steuereinheit zusätzlich verarbeitet und in Adressensignale für die Speicherung bzw. Darstellung der empfangenen Daten umgesetzt werden.
Bei Aufsetzsonden, z. B. Abdominalsonden, ist es an und für sich bekannt, einen Multielement-Schallwandler zwecks Abtastung eines bestimmten Volumsbereiches nicht um seine Mittelachse zu verdrehen, sondern um eine mit Abstand hinter der Abstrahlseite des Schallwandlers angeordnete Querachse hin-und hergehend zu verschwenken. Eine entsprechende Konstruktion entnimmt man der US 5 152 294 A Bei einer derartigen Sonde ist kein ausgeprägter Sondenkopf vorhanden, sondern Haltegriff und Sondenteil sind zu einem gemeinsamen Gehäuse vereinigt. Der Multie- lement-Schallwandler ist vorzugsweise in seiner Längsrichtung konvex gewölbt und sitzt an einem Tragkörper, der um eine mit ihrer geometrischen Achse in der Hauptebene des Schallwandlers und mit Abstand von dessen Rückseite angeordnete Querachse verschwenkbar ist.
Diese Querachse wird von einem Motor über ein Zahnradgetriebe hin-und herschwenkend angetrieben. Zur Bestimmung der momentanen Schwenklage dient wieder ein Drehmelder, dessen Messscheibe mit der Querachse dreht. Es ist nur ein dem maximalen Ausschlagweg von Träger und Schallwandler entsprechender Abtastbereich erfassbar. Bei der Auswertung der Stellungsignale ergeben sich die oben erwähnten Nachteile. Eine Unterbringung der hier gezeigten Antriebseinrichtung im Sondenkopf einer Einführsonde wäre unmöglich.
Nachteilig bei der bekannten Konsturktion ist noch, dass zum Schutz der Antriebseinheit und des Stellungsgebers die Koppelflüssigkeit durch eine zwischen dem Multielementschallwandler und der Aussenhülle des Abstrahlbereiches angeordnete elastische Membran gekapselt werden muss, wobei diese Membran zusätzliche, unerwünschte
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Schallreflexionen bedingt, den Durchgangswiderstand für den Schall erhöht, unter dauerndem Reibungseingriff mit dem bewegten Multielement-Schallwandler steht, der Abnützung unterliegt und sich überdies bei längerer Betriebsdauer so verformen kann, dass keine einwandfreie Ankoppelung mehr gewährleistet ist.
Aufgabe der Erfindung ist demnach die Schaffung einer Einführsonde der eingangs genannten Art, bei der unter Einhaltung der für solche Sonden vorgegebenen Abmessungsbedingungen eine günstigere Art der Volumsabtastung bei Verkürzung der Abtastzeiten möglich ist, die Lage jedes Punktes innerhalb des abgetasteten Volu- mens einfacher als bisher definiert werden kann, die Steuerung vereinfacht wird und im Bedarfsfall innerhalb des möglichen Abtastbereiches kleinere Volumsbereiche gezielt für die Untersuchung ausgewählt werden können.
Die gestellte Aufgabe wird bei einer Einführsonde der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der Multielement-Schallwandler an einem Träger sitzt, der von der Antriebseinheit über eine durch den Schaft geführte Schubstange um eine quer zur Längsachse von Sondenkopf und Schaft verlaufende Schwenkachse hin-und hergehend schwenkend antreibbar ist, wobei im Haltegriff Fühler zur Erfassung wenigstens einer, insbesondere der neutralen Mittelstellung des Schallwandlers entsprechenden Verstellage der Schubstange vorgesehen sind.
Durch die besondere Anordnung wird im wesentlichen ein vor der Sonde liegender, in seiner Grundform pyramidenstumpfförmiger Volumsbereich abgetastet, wobei im Vergleich zur bekannten rotierendne Sonde die aufeinanderfolgenden Abtastebenen wesentlich geringer divergieren, so dass in der Praxis ein Volumen innerhalb wesentlich kürzerer Abtastzeiten als mit den bekannten Sonden erfasst und abgetastet werden kann. Bei gleicher Volumsgrösse lässt sich in der Praxis die Abtastzeti auf etwa ein Viertel der bisher notwendigen Zeiten, beim erwähnten Beispiel also von 10 auf eta 2, 5 sec. verringern. Der vorgesehene Schubstangenantrieb benötigt im Sondenkopf und -schaft nicht mehr Raum als der bisherige Wellenantrreb. Überdies lässt sich mit einfachen Antriebsmitteln eine Hin- und Herbewegung der Schubstange erzeugen.
Eine besonders einfache Konstruktion ergibt sich, wenn die Antriebseinheit einen Schrittmotor aufweist, der die Schubstange über einen aus Gewindespindel und Mutter
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bestehenden Schraubentrieb antreibt.
Die momentane Drehstellung eines Schrittmotors ist durch die Anzahl und die Richtung der ihm zugeführten Steuerimpulse definiert. Daraus lassen sich weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes ableiten. Nach einer dieser Möglichkeiten sind durch entsprechende Ansteuerung des Schrittmotores innerhalb des möglichen Gesamtschwenkbereiches des Trägers und damit des MultielementSchallwandlers kleinere Schwenkbereiche auswählbar. Trifft man eine ähnliche Auswahlmöglichkeit bei der Aktivierung der Einzelelemente des Multielement-Schall- wandlers, so kann man auch den Öffnungswinkel der durch den Schallwandler bestimmten Abtastfläche an verschiedene gewünschte Volumsbereiche anpassen..
Durch Verwendung des Schrittmotors ergibt sich als weitere Möglichkeit, dass jede momentane Relativstellung des Trägers und damit des Multielement-Schallwandlers im Sondenkopf durch ein vom Fühler erzeugtes Signal und durch nach dem Auftreten dieses Signales von den Steuerimpulsen für den Schrittmotor abgeleitete Zählsignale definiert ist. Das vom Fühler abgeleitete Signal wird aus Sicherheitsgründen verwendet, um bei theoretisch auftretenden Fehlern den Bezug auf die richtige Relativlage gleich wieder herstellen zu können.
Theoretisch wäre es auch möglich, bei jedem duch eine Hin- und Herbewegung von Träger und Multielement-Schallwandler definierten Arbeitstakt eine Signalerfassung über einen schwenkrichtungsabhängig umsteuerbaren Vor-Rückwärtszähler für die Steuerimpulse des Schrittmotors durchzuführen, wobei klar ist, dass aus den Steuerimpulsen für den Schrittmotor, z. B. durch Vervielfacherschaltungen, auch andere Impulsfolge für die Lagebestimmung abgeleitet werden können.
Wenn das Fühlersignal in der neutralen Mittelstellung des Multiele- ment-Schallwandlers ausgelöst wird, ist es bei der erfindungsgemässen Ausführung sogar möglich, ausgehend von diesem Signal, nach links und rechts verschieden gosse Arbeitsschwenkbereiche innerhalb des möglichen Gesamtschwenkbereiches für den Schallwandler vorzugeben Zur Erzeugung des Fühlersignals können verschiedene an sich bekannte Tast- und Fühleinrichtungen vorgesehen werden.
Wenn im Schaft für solche Einrichtungen kein Platz vorhanden ist bzw. solche Einrichtungen wegen einer Flüssigkeitsfüllung des Schaftes dort nicht untergebracht werden sollen, kann man in Weiterbildung der
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Erfindung eine Ausführung wählen, nach der der Schrittmotor eine zusätzliche Messspindel antreibt, die mit einem Gewindeteil eine den Erregermagnet einer im Griff feststehend angebrachten Hallsonde tragenden Mutter verstellt. Das Signal der Hallsonde wird hier in einer bestimmten Relativlage des Erregermagneten zur Hallsonde ausgelöst. Eine noch genauere Definition der Nullage wird hier durch eine Weiterbildung ermöglicht, bei der auf der Messspindel ein mit ihr umlaufender Erregermagnet einer weiteren Hallsonde sitzt und die beiden Hallsonde in einer UNDSchaltung zur Abgabe des Positionssignales verbunden sind.
Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegenstandes entnimmt man der nachfolgenden Zeichnungsbeschreibung.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise veranschaulicht. Es zeigen Fig. 1 eine erfindungsgemässe Transvaginalsonde im Längsschnitt, Fig. 2 einen weiteren Längsschnitt nach einer Normalschnittebene gegenüber Fig. 1, Fig. 3 als Detail eine Ansicht des Trägers mit dem Multielement-Schallwandler, wobei die Anschlussleitungen angedeutet wurden, Fig. 4 eine Seitenansicht zu Fig. 3 und Fig. 5 wieder als Detail das Kernstück der Antriebseinheit mit zugeordneten Stellung- fühlern.
Die gezeigte Sonde besitzt einen Sondenkopf 1, einen sich vom Sondenkopf 1 weg verjüngenden Rohrschaft 2 und einen Haltegriff 3, an den über einen Knickschutz 4 ein zu einem Untersuchungsgerät führendes Kabel 5 anschliesst.
Im Sondenkopf 1, der mit einer elastischen, schallduchlässigen Aussenkappe 6 versehen ist, ist ein aus zwei Halbschalen 7,8 bestehender Träger für einen Multiele- ment-Schallwandler 9 um eine Querachse 10 schwenkbar gelagert. Die Zuführungsleitungen 11 zu den Einzelelementen wurden in den Fig. 3 und 4 angedeutet, wo auch ersichtlich ist, dass diese Leitungen in der Nähe des Trägers 7,8 zu einer Schleife gelegt sind, um ohne das Auftreten von Zugkräften eine rasche Schwingbewegung des Trägers 7,8 mit dem Multielement-Schallwandler 9 zuzulassen.
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Der Schaft 2 ist aus steifem Isoliermaterial hergestellt und bildet ein Rohr, in dem die in den Fig. 1 und 2 nicht dargestellten Leitungen verlegt sind und eine Schubstange
12 verläuft, deren kopfseitiges Ende 13 seitlich ausgekröpft ist und über eine Drehachse 14 an der einen Trägerhalbschale 7 seitlich angreift, so dass der Träger 7,8 mit dem Schallwandler 9 bei seinem Antrieb über die hin-und hergehende Schubstange
12 einen vorgegebenen Schwenkbereich bestreichen kann.
Zum Antrieb der Schubstange 12 ist im Haltegriff 3 in einem Einsatzteil 15 für eine äussere Rohrhülse 16 ein Schrittmotor 17 untergebracht, dessen schaftseitige Welle eine Gewindespindel 18 antreibt, die ihrerseits in eine mit der Schubstange 12 verbundene Mutter 19 eingreift, so dass diese Schubstange 12 je nach Drehrichtung des Schrittmotors 17 in der einen oder anderen Richtung verstellt wird und dadurch die Schwenkbewegung des Multielement-Schallwandlers 9 erzeugt.
Zur Erfassung wenigstens einer Stellung des Multielement-Schallwandlers ist eine aus Fig. 5 näher ersichtliche Fühleranordnung vorgesehen. Diese besteht beim Ausführungsbeispiel aus zwei Hallsonde 20, 21, denen Erregermagnete 22,23 zugeordnet sind. Der Erregermagnet 22 sitzt auf der Mutter 24 einer von einer an der anderen Seite herausgeführten Welle 25 des Schrittmotors 17 angetriebenen Gewindespindel 26, wird also je nach Drehrichtung des Motors 17 in Längsrichtung der Spindel 26 verstellt. Der zweite Erregermagnet 23 ist in einer auf der Welle 25 sitzenden Scheibe 27 untergebracht und kommt also bei jeder Umdrehung der Welle einmal in den Bereich der Sonde 21.
Die Ableitungen der Sonden 20,21 sind über eine UND-Schaltung verbunden, so dass nur dann ein Bezugssignal erzeugt wird, wenn sich der Magnet 22 über der Sonde 20 und der Magnet 23 genau über der Sonde 21 befindet.
Der gesamte freibleibende Raum des Schaftes 2 und des Kopfes 1 ist mit einer Koppelflüssigkeit 28 gefüllt. Für den Druck- und Temperaturausgleich kann ein im Hohlraum 29 des Haltegriffes 16 untergebrachter elastischer Ballon vorgesehen werden, der über eine Bohrung des Teiles 15 mit dem Schafthohlraum 29 verbunden ist. Wie die Fig. 1 und 2 zeigen, sind die Einzelleitungen in Form von Bündelleitungen 30 zum Kabel 5 geführt, das vorzugsweise als Koaxialkabel ausgebildet werden kann.
Jede Schwenkstellung des Multielement-Schallwandlers 9 ist durch die Anzahl der
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Antriebsschritte und damit der Antriebsimpulse für den Schrittmotor 17 seit dem letzten Auftreten des von 20,21 ausgelösten Synchronisierimpulses definiert. Über entsprechende Steuerschaltungen der übergeordneten Steuereinheit können, da die Einzellagen definiert sind, gezielt in jeder dafür vorbestimmten Lage Schallsendeim- pulse für den Schallwandler 9 ausgelöst werden, wobei, wieder wegen der definierten Lage, auch eine lagerichtige Speicherung der empfangenen Signale in einem entsprechenden Speicher möglich ist. Aus diesem Speicher können dann die bei der Volumsabtastung erfassten Gesamtdaten nach verschiedenen Abfrageprinzipien, z.
B. nach verschiedenen wählbaren Schnittebenen durch das Objekt ausgelesen werden.
Zu erwähnen ist noch, dass nicht nur Schnittbild- und 3D-Darstellungen möglich sind, sondern dass man auch durch eine entsprechende Programmierung und Ausbildung der Steuereinheit und der Sonde zusätzliche Untersuchungen vornehmen kann. Es ist insbesondere möglich, Schallsignale zur reinen Echoerfassung von Trennschichten und Oberflächen, also zur Schnittbild- und 3D-Darstellung auszusenden, sondern auch ausschliesslich oder zwischen diesen Signalen zur Echoerfassung andere Schallsignale abzugeben, die nach dem Dopplereffekt ausgewertet werden und damit bei der Untersuchung von Blutgefässen Rückschlüsse über die Fliessrichtung des Blutes relativ zur Sonde im entsprechenden Gefäss zulassen. Üblicherweise werden die "Bildsignale" und die "Dopplersignale" getrennt verarbeitet und gespeichert.
Für die 3D-Darstellung erfolgt eine Auswertung der benötigten Signale in einem Rechenprogramm.