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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kontrolle der Ankoppelgüte zwischen einem Stoßwellenkopf eines Lithotripters und der Körperoberfläche eines Patienten. Die Erfindung bezieht sich außerdem auf einen mit einer solchen Vorrichtung ausgestatteten Lithotripter.
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Der therapeutische Erfolg einer Behandlung mit Stoßwellen hängt wesentlich von der Güte der Ankopplung des Stoßwellenkopfes an die Körperoberfläche des Patienten ab, da Lufteinschlüsse zwischen Koppelbalg und Haut die Schallausbreitung durch Brechung und Reflexion ungünstig beeinflussen. Um sicherzustellen, dass während der Behandlung eine möglichst blasenfreie Ankopplung vorliegt, ist aus der
DE 10 2005 039 178 A1 eine Vorrichtung zur Kontrolle der Ankoppelgüte zwischen dem Stoßwellenkopf eines Lithotripters und der Körperoberfläche eines Patienten bekannt, bei der die Koppelfläche des Koppelbalges mit einer optischen Bildaufnahmeeinheit aufgenommen wird. In dem von der Bildaufnahmeeinheit erzeugten Bild wird die Koppelschicht wiedergegeben, so dass erkennbar ist, ob sich in der Koppelschicht Lufteinschlüsse befinden oder nicht. Die Auswertung des von der Koppelschicht aufgenommenen Bildes kann entweder durch das Bedienpersonal selbst oder auch automatisiert mit Methoden der digitalen Bildverarbeitung erfolgen, so dass ein objektiver Wert für die Güte der Ankoppelqualität ermittelt werden kann.
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Aus
US 2010/0217161 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem die Reflektion eines Lichtstrahls an der Koppelfläche ausgewertet wird. Die Intensität der reflektierten Welle wird in einem Bild oder einer Karte dargestellt. Dabei werden die Stellen der Koppelfläche ohne akustischen Kontakt, z. B. Luftbläschen, und Stellen mit gutem Kontrast beleuchtet dargestellt. Die
DE 195 43 344 C1 beschreibt eine Vorrichtung zur Stoßwellentherapie mit einer Stoßwellenquelle, einer Koppelanordnung zur Einleitung der Stoßwellen in den Körper eines Patienten und einer optischen Ortungseinrichtung. Mit letzterer kann eine zu therapierende Stelle des Patienten auf einer Anzeigeanordnung abgebildet oder direkt beobachtet werden.
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Da selbst relativ kleine Luftblasen die Schallausbreitung empfindlich stören können, ist eine hohe Bildqualität und ein dementsprechend hoher technischer Aufwand erforderlich, um mit Methoden der digitalen Bildverarbeitung eine automatisierte Erkennung sicher zu ermöglichen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Kontrolle der Ankoppelgüte zwischen einem Stoßwellenkopf eines Lithotripters und der Körperoberfläche eines Patienten anzugeben, das mit geringem technischen Aufwand eine sichere und objektive Beurteilung der Ankoppelgüte ermöglicht. Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde eine nach diesem Verfahren arbeitende Vorrichtung sowie einen mit einer solchen Vorrichtung ausgestatteten Lithotripter anzugeben.
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Hinsichtlich des Verfahrens wird die genannte Aufgabe gelöst mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Gemäß diesen Merkmalen wird ein Bereich einer Koppelzone der Koppelfläche eines Koppelbalges des Stoßwellenkopfes mit einem sich frei innerhalb des Koppelbalges ausbreitenden Lichtstrahl beleuchtet, der kleiner ist als die Koppelzone, und die Intensität eines von diesem Bereich reflektierten Lichtstrahls gemessen und zur Beurteilung der Ankoppelgüte herangezogen.
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Unter Koppelzone ist dabei im Folgenden der Bereich der Koppelfläche des Koppelbalges zu verstehen, in dem die fokussierte Stoßwelle aus dem Koppelbalg aus- und über die Koppelschicht in den Körper des Patienten eintritt.
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Die Erfindung beruht dabei auf der Überlegung, dass der Anteil, mit der ein Lichtstrahl an einer Grenzfläche zwischen zwei Medien reflektiert wird, signifikant von deren Brechungsindizes abhängt. So sind die Brechungsindizes von im Koppelbalg befindlichen Koppelfluid, in der Regel Wasser n = 1,33, von Koppelbalg, in der Regel ein Silikonkautschuk mit 1,41 < n < 1,46, von der aus einem Gel bestehenden Koppelschicht und von der Haut, deren Brechungsindizes etwa dem Brechungsindex von Wasser entsprechen, signifikant größer als der Brechungsindex von Luft n = 1, so dass sich gegebenenfalls innerhalb der Koppelschicht oder an der Grenzschicht zwischen Koppelfluid/Koppelbalg befindliche Lufteinschlüsse bzw. Gasblasen in einer signifikanten Erhöhung der Intensität des reflektierten Lichtstrahls bemerkbar machen. Auf diese Weise kann aus der Intensität des reflektierten Lichtstrahls geschlossen werden, ob Luft- oder Gasblasen vorhanden sind oder nicht, und es ist eine objektive Beurteilung der Ankoppelgüte möglich.
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Wenn in einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens der sich innerhalb des Koppelbalges ausbreitende Lichtstrahl aus einer Lichtleitfaser ausgekoppelt und der reflektierte Lichtstrahl in eine Lichtleitfaser eingekoppelt und in dieser zu einem Lichtempfänger geleitet wird, können Lichtquelle und Lichtempfänger sowie die zu deren Betrieb erforderlichen elektronischen Komponenten außerhalb des Stoßwellenkopfes angeordnet werden.
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Nur lokal vorkommende Gas- oder Luftblasen können dann mit hoher Empfindlichkeit nachgewiesen werden, wenn nacheinander unterschiedliche Bereiche der Koppelzone beleuchtet werden, d. h. wenn der beleuchtete Flächenbereich kleiner ist als die von der Koppelzone eingenommene Fläche und dieser sukzessive abgetastet wird, so dass auch in diesem Fall die gesamte Koppelzone erfasst wird. Auf diese Weise ist es außerdem möglich, diejenigen Bereiche in der Koppelzone zu lokalisieren, in denen eine schlechte Ankopplung vorliegt, so dass die zur Verbesserung der Ankoppelgüte erforderlichen Maßnahmen effizienter durchgeführt werden können.
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Hinsichtlich der Vorrichtung wird die Aufgabe gemäß der Erfindung gelöst mit den Merkmalen des Patentanspruches 4, deren ren Vorteile sinngemäß den zu Patentanspruch 1 genannten Vorteilen entsprechen.
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Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Vorrichtung sind in Patentanspruch 4 untergeordneten Patentansprüchen 5 bis 7 angegeben deren Vorteile ebenfalls sinngemäß den vorstehend zu den entsprechenden Verfahrensanspruchen genannten Vorteilen entsprechen.
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Hinsichtlich des Lithoripters wird die Aufgabe mit einem Lithotripter gemäß Anspruchs 8 gelöst.
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Zur weiteren Erlauterung der Erfindung wird auf die Ausführungsbeispiele der Zeichnungen verwiesen. Es zeigen:
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1 einen Lithotripter gemaß der Erfindung in einer schematischen Prinzipdarstellung,
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2 eine schematisch vereinfachte Darstellung eines sich im Bereich der Koppelzone ausbreitenden und an unterschiedlichen Grenzflächen reflektierten Lichtstrahls,
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3 eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung eines mit einer erfindungsgemaßen Vorrichtung ausgestatteten Stoßwellenkopfes in einem Teilschnitt.
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Gemaß 1 umfasst ein Lithotripter einen an einem Tragarm 2 gelagerten Stoßwellenkopf 4 zum Erzeugen einer fokussierten Stoßwelle 6. Der Stoßwellenkopf 4 umfasst einen mit einer Koppelflussigkeit F, in der Regel Wasser, gefullten Koppelbalg 8, der mit seiner Koppelflache 10 uber eine Koppelschicht 12 auf die Körperoberflache eines Patienten 14 aufgesetzt ist. Die Stoßwelle 6 durchquert die Koppelflache 10 bzw. die Koppelschicht 12 in einer durch die Randstrahlen der Stoßwelle 6 festgelegten Koppelzone 16.
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Zum Fokussieren der von einem elektromagnetischen Stoßwellengenerator 18 erzeugten Stoßwelle 6 ist eine akustische Linse 20 vorgesehen. Stoßwellengenerator 18 und akustische Linse 20 sind mit einer zentralen Öffnung versehen, in der koaxial zur akustischen Achse 21 der Linse 20 ein Tubus 22 angeordnet ist. Der Tubus 22 ist an seiner dem Koppelbalg 8 zugewandten und an die Koppelflussigkeit F angrenzende Stirnseite fluiddicht mit einer optisch transparenten Abdeckung 23 verschlossen und fluiddicht aus dem Gehäuse 24 des Stoßwellenkopfes 4 herausgeführt. Die durch die Abdeckung 23 gebildete Stirnfläche des Tubus 22 regt im Ausführungsbeispiel in das Innere des Koppelbalges 8 hinein. Im Tubus 22 befindet sich eine Lichtleiteranordnung 26, die im Beispiel aus zwei nebeneinander verlegten Lichtleitfasern 28, 30 besteht, die mit ihren freien Enden bis an die Abdeckung 23 des Tubus 22 herangefuhrt sind. Eine der Lichtleitfasern, im dargestellten Beispiel die Lichtleitfaser 28 ist optisch an eine außerhalb des Stoßwellenkopfes 4 angeordnete Lichtquelle 32, beispielsweise eine Laserdiode, gekoppelt. Das von der Lichtquelle 32 emittierte und in die Lichtleitfaser 28 eingekoppelte Licht tritt aus dem freien Ende der Lichtleitfaser 28 aus. Der austretende Lichtstrahl LSa, durchquert die Abdeckung 23 des Tubus 22 und breitet sich frei im Koppelfluid F des Koppelbalges 4 zur Koppelflache 10 hin aus und beleuchtet einen Bereich B der Koppelflache 10, der im dargestellten Beispiel innerhalb der Koppelzone 16 liegt und kleiner ist als diese.
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Ein von den im beleuchteten Bereich B befindlichen Grenzflächen reflektierter Lichtstrahl LSr wird in die Stirnfläche der Lichtleitfaser 30 eingekoppelt und von dieser zu einem Lichtempfanger 40 geleitet, der ebenso wie die Lichtquelle 32 in einer außerhalb des Stoßwellenkopfes 4 angeordneten Steuer- und Auswerteeinrichtung 42 des Lithotripters angeordnet ist. Mit dem Lichtempfänger 40 wird die Intensitat des in die Lichtleitfaser 30 eingekoppelten Lichtstrahls LSr gemessen und als Maß fur die Ankoppelgute herangezogen, und es wird von der Steuer- und Auswerteeinrichtung 42 ein die Ankoppelgute wiedergebendes Signal S ausgegeben. Bei diesem Signal S kann es sich grundsätzlich um ein einfaches binares Signal handeln, mit dem lediglich angezeigt wird, ob die Ankopplung in Ordnung oder mangelhaft ist.
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Im dargestellten Beispiel befindet sich innerhalb der Koppelschicht 12 eine Luftblase 50, an deren Grenzflachen ein hoher Anteil des auf diese Grenzflächen auftreffenden Lichtstrahls LSa reflektiert wird. Mit anderen Worten: Durch die Anwesenheit einer oder mehrerer Luftblasen 50 wird die Intensitat des reflektierten Lichtstrahles LSr signifikant gegenuber einer blasenfreien Koppelschicht 12 erhoht, so dass die mit dem Lichtempfänger 40 gemessene Intensitat unmittelbar Aufschluss daruber gibt, ob Luftblasen 50 vorhanden sind oder nicht. Dies gilt in gleicher Weise fur Gasblasen, die sich durch Kavitation innerhalb des Koppelbalges 8 gebildet und in der Koppelzone 16 angelagert haben, sowie fur Luftblasen, die durch Undichtigkeiten im System in das Innere des Koppelbalges 8 gelangt sind.
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Das schematische Prinzipbild der 2 erlautert die zur Intensitat des reflektierten Lichtstrahles beitragenden Prozesse. Der sich zum Koppelbalg 8 hin ausbreitende Lichtstrahl LSa wird nacheinander an der Grenzflache zwischen Koppelfluid F und Koppelbalg 8, an der Grenzfläche zwischen Koppelbalg 8 und Koppelschicht 12, an einer Grenzfläche zwischen Koppelschicht 12 und Luftblase 50 und an der Grenzflache zwischen Luftblase 50 und Koppelschicht 12 sowie anschließend an der Hautoberflache des Patienten 14 reflektiert, wobei in der vereinfachten Darstellung die durch Brechung jeweils entstehenden Winkelanderungen des einfallenden Lichtstrahles LSa nicht dargestellt sind. Der reflektierte Lichtstrahl LSr setzt sich somit aus Anteilen a–e zusammen, wobei die Anteile c, d nur vorhanden sind, falls sich im Strahlengang des einfallenden Lichtstrahles LSa Luft- bzw. Gasblasen 50 befinden. Diese Anteile c, d erhöhen dementsprechend die Intensitat des in die Lichtleitfaser 30 (1) eingekoppelten reflektierten Lichtstrahles LSr.
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Im Ausführungsbeispiel der 3 umfasst die Lichtleiteranordnung 26 einen y-Koppler 60, so dass der erzeugte Lichtstrahl LSa an derselben Stirnflache ausgekoppelt wird, an der der reflektierte Lichtstrahl LSr in die Lichtleiteranordnung 26 eingekoppelt wird. Im Ausfuhrungsbeispiel ist außerdem der Stirnflache des y-Kopplers 60 ein optisches System 61, im Beispiel eine Kollimatorlinse zugeordnet, mit der der austretende Lichtstrahl LSa kollimiert und der reflektierte Lichtstrahl LSr zur Apertur des y-Kopplers 60 hin gebundelt wird. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist außerdem der Tubus 22 mit einem elastisch verformbaren Dichtring 62 innerhalb der akustischen Linse 20 und dementsprechend auch am in der Figur nicht dargestellten Gehäuse 24 gelagert, so dass er mit einer in der Figur schematisch veranschaulichten Schwenkeinrichtung 63 in einem begrenzten Winkelbereich um zur Systemachse bzw. akustischen Achse 21 senkrechte Achsen geschwenkt werden kann, wie dies durch den Doppelpfeil 64 veranschaulicht ist. Auf diese Weise kann die Ausbreitungsrichtung eines gebündelten Lichtstrahls, der einen Bereich beleuchtet, der kleiner ist als die Koppelzone 16 (1) über die Koppelzone 16 bewegt werden, so dass nacheinander unterschiedliche Bereiche der Koppelzone 16 beleuchtet werden.
