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Die Erfindung betrifft eine Ultraschallvorrichtung, umfassend eine Ultraschallsonde zum Erzeugen von Bildsignalen bei der Untersuchung eines Untersuchungsgegenstandes mit Ultraschallstrahlung, eine Datenverarbeitungseinrichtung, von der die Bildsignale verarbeitbar sind, eine Anzeigeeinheit, der von der Datenverarbeitungseinrichtung eine Ultraschallbildinformation zur Darstellung eines Ultraschallbildes zuführbar ist, und eine Strahlformungseinheit, mit der die Emission der Ultraschallstrahlung beeinflussbar ist, ein Ultraschallfeld vorgebbarer Form zu erzeugen.
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Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Ultraschallvorrichtung.
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Die Ultraschallsonde der Ultraschallvorrichtung der eingangs genannten Art umfasst üblicherweise eine Vielzahl von Ultraschallwandlern, die zeilenförmig geradlinig (linear array) oder entlang eines Bogens (curved array) angeordnet sind, um ein zweidimensionales Ultraschallfeld zu erzeugen. Jedoch sind auch Ultraschallsonden mit flächig angeordneten Ultraschallwandlern bekannt, um ein dreidimensionales Ultraschallfeld zu erzeugen. In beiden Fällen emittieren die Ultraschallwandler Ultraschallstrahlung, die in den Untersuchungsgegenstand eindringt und an bestimmten Strukturen desselben reflektiert wird. Die Ultraschallstrahlung wird von den Ultraschallwandlern empfangen, und die Ultraschallsonde stellt der Datenverarbeitungseinrichtung Ultraschallbildsignale bereit. Ein darauf beruhendes Ultraschallbild kann zweidimensional oder dreidimensional an der Anzeigeeinheit dargestellt werden.
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Die Ultraschallvorrichtung umfasst eine Strahlformungseinheit, auch als "Beamformer" bezeichnet. Die Strahlformungseinheit erlaubt es, durch unterschiedliche Ansteuerung der einzelnen Ultraschallwandler ein Ultraschallfeld vorgebbarer Form zu generieren. Beispielsweise ist es möglich, ein nicht fokussiertes Ultraschallfeld zu erzeugen, welches von der Ultraschallsonde parallel oder fächerförmig abgestrahlt wird. Bekannt ist es auch, ein fokussiertes Ultraschallfeld zu erzeugen, bei dem die Ultraschallstrahlung an einer Brennlinie oder einem Brennpunkt im Untersuchungsgegenstand fokussiert wird. Das von der Strahlformungseinheit vorgegebene und von der Ultraschallsonde durch Emission von Ultraschallstrahlung gebildete Ultraschallfeld definiert ein Untersuchungsgebiet im Untersuchungsgegenstand. Die Strahlformungseinheit kann insbesondere beeinflussen, mit welcher zeitlichen Verzögerung und/oder mit welcher Intensität die einzelnen Ultraschallwandler Ultraschallstrahlung emittieren (transmit beamforming). In entsprechender Weise kann die Strahlformungseinheit Ultraschallsignale, die von den einzelnen Ultraschallwandlern nach Empfang der Ultraschallstrahlung generiert werden, relativ zueinander zeitlich verzögern und/oder unterschiedlich verstärken (receive beamforming).
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Die Interpretation eines medizinischen Ultraschallbildes an der Anzeigeeinheit erweist sich in der Praxis als nicht einfach. Dies liegt besonders darin, dass die Ultraschallbildgebung ein auf Reflexion von Ultraschallstrahlung beruhendes Verfahren ist. Starke Streuung und Interferenzen des Ultraschallfeldes an Gewebe und Knochen unterschiedlicher Reflektivität können zu einem schlechten Signal-Rausch-Verhältnis führen. Grenzstrukturen werden ferner oft breit und verschmiert dargestellt, und die Bildqualität kann stark vom Winkel der Ultraschallsonde zum Patientenkörper abhängen.
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Um einem Benutzer das Interpretieren eines medizinischen Ultraschallbildes und das Auffinden bestimmter Strukturen zu erleichtern, schlägt die
DE 10 2006 024 629 B4 vor, dass die Lage der Ultraschallsonde im Raum mittels eines Navigationssystems bestimmt wird und der Datenverarbeitungseinrichtung ein entsprechendes Signal bereitgestellt wird. Die Datenverarbeitungseinrichtung hält die Orientierung konstant, wenn die Änderung der Orientierung der Ultraschallsonde im Raum innerhalb eines begrenzten Winkelbereichs liegt, ändert die Orientierung des Bildes an der Anzeigeeinrichtung aber, wenn die Ultraschallsonde aus diesem Winkelbereich heraus in einen angrenzenden Winkelbereich bewegt wird.
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Die nicht-vorveröffentlichte Patentanmeldung die
DE 10 2012 100 504 derselben Patentanmelderin beschreibt eine Ultraschallvorrichtung, bei der mit einer Orientierungserfassungseinrichtung eine Änderung der Orientierung der Anzeigeeinheit im Raum erfasst und ein diesbezügliches Änderungssignal an die Datenverarbeitungseinrichtung übermittelt wird. Die Datenverarbeitungseinrichtung verändert die Orientierung des Ultraschallbildes an der Anzeigeeinheit in Abhängigkeit von der Änderung der Orientierung der Anzeigeeinheit im Raum.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Ultraschallvorrichtung der eingangs genannten Art und ein Verfahren bereitzustellen, die bzw. das benutzerfreundlicher ist.
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Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Ultraschallvorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Ultraschallvorrichtung eine Erfassungseinheit aufweist, mit der eine Änderung der Orientierung und/oder der Lage der Ultraschallsonde im Raum erfassbar und der Strahlformungseinheit ein diesbezügliches Änderungssignal bereitstellbar ist und dass die Strahlformungseinheit abhängig vom Änderungssignal die Emission der Ultraschallstrahlung beeinflusst, das Ultraschallfeld so zu verändern, dass das vom Ultraschallfeld erfasste Untersuchungsgebiet im Untersuchungsgegenstand beibehalten oder im Wesentlichen beibehalten wird.
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In die Erfindung fließt der Gedanke mit ein, das sich das vom Ultraschallfeld definierte Untersuchungsgebiet im Untersuchungsgegenstand normalerweise ändert, wenn die Ultraschallsonde relativ zum Untersuchungsgegenstand bewegt wird. Dementsprechend ändert sich das Ultraschallbild an der Anzeigeeinheit. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass mit der Erfassungseinheit eine Änderung der Orientierung und/oder der Lage der Ultraschallsonde im Raum erfasst wird. Um dem Benutzer zu ermöglichen, die gewünschte Struktur im Untersuchungsgegenstand weiterhin betrachten zu können, wird das vom Ultraschallfeld definierte Untersuchungsgebiet im Untersuchungsgegenstand beibehalten. Dies wird dadurch erzielt, dass ein Änderungssignal der Erfassungseinheit der Strahlformungseinheit bereitgestellt wird und dass die Strahlformungseinheit die Emission der Ultraschallstrahlung so verändert, dass das Ultraschallfeld weiterhin auf das vorherige Untersuchungsgebiet gerichtet ist. Wie erwähnt erfolgt dies insbesondere dadurch, dass die Ultraschallwandler zeitlich verzögert und/oder mit unterschiedlicher Intensität Ultraschallstrahlung emittieren. Ist der Untersuchungsgegenstand ortsfest zum Raum positioniert, kann insbesondere das Untersuchungsgebiet ortsfest im Raum beibehalten werden. Insbesondere bei medizinischem Ultraschall erweist sich die erfindungsgemäße Ultraschallvorrichtung als vorteilhaft. Der Benutzer kann die Ultraschallsonde relativ zum Patientenkörper bewegen, um den Störeinfluss von Reflexionen und Interferenzen zu verringern, wobei er dieselbe Gewebe- oder Körperstruktur untersucht.
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Vorteil ist es, wenn das Ultraschallfeld abhängig vom Änderungssignal durch eine Änderung der Wellenfront der Ultraschallstrahlung relativ zur Ultraschallsonde verändert wird. Die Richtung, in der Ultraschall von der Ultraschallsonde abgestrahlt wird, kann dadurch verändert werden, so dass bei einer Bewegung der Ultraschallsonde das Untersuchungsgebiet konstant oder im Wesentlichen konstant gehalten werden kann.
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Günstig ist es insbesondere, wenn das Ultraschallfeld abhängig vom Änderungssignal so verändert wird, dass ein Brennpunkt oder eine Brennlinie des Ultraschallfeldes im Untersuchungsgegenstand beibehalten oder im Wesentlichen beibehalten wird. Der Brennpunkt oder die Brennlinie im Untersuchungsgegenstand, insbesondere einem Patientenkörper, ist dadurch ortsfest im Untersuchungsgegenstand und bevorzugt ortsfest im Raum. Die sich im Brennpunkt oder in der Brennlinie befindende Struktur kann dadurch auch einer Änderung der Lage und/oder der Orientierung der Ultraschallsonde weiterhin an der Anzeigeeinheit angezeigt werden.
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Die vorstehende vorteilhafte Ausführungsform der Ultraschallvorrichtung erweist sich insbesondere als besonders günstig, wenn die Emission des Ultraschallfeldes in einer Ebene erfolgt und wenn die Ultraschallsonde in der Ebene des Ultraschallfeldes gedreht oder geneigt wird.
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In entsprechender Weise ist es günstig, wenn das Ultraschallfeld abhängig vom Änderungssignal so verändert wird, dass die Wellenfront der Ultraschallstrahlung relativ zur Ultraschallsonde geneigt wird. Wird wie vorstehend erwähnt die Ultraschallsonde beispielsweise in der Ebene des Ultraschallfeldes gedreht, kann die Wellenfront ebenfalls gedreht werden. Die Abstrahlungsrichtung des Ultraschallfeldes von der Ultraschallsonde ändert sich dadurch. Die Ausbreitungsrichtung von Ultraschall im Untersuchungsgegenstand, und damit das Untersuchungsgebiet, kann dadurch konstant oder im Wesentlichen konstant gehalten werden.
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Günstig ist es, wenn die Erfassungseinheit zum Erfassen einer Änderung der Lage und/oder der Orientierung der Ultraschallsonde mindestens einen Neigungssensor, einen Beschleunigungssensor, einen Kompasssensor und/oder einen optischen Sensor, insbesondere eine Digitalkamera, umfasst, und wenn das Änderungssignal ein Sensorsignal des mindestens einen Sensors ist. Beispielsweise ist es möglich, mit einem Neigungssensor eine Änderung der Orientierung der Ultraschallsonde im Raum zu erfassen. Mit dem Beschleunigungssensor ist es möglich, eine Änderung der Lage der Ultraschallsonde im Raum zu erfassen. Unter Einsatz des Kompasssensors (Magnetfeldsensors) kann ebenfalls eine Änderung der Orientierung der Ultraschallsonde im Raum erfasst werden. Eine Änderung der Orientierung und/oder der Lage der Ultraschallsonde im Raum kann unter Einsatz eines optischen Sensors, insbesondere der Digitalkamera, erfasst werden. Der optische Sensor kann Landmarken im Raum erfassen und aufgrund der Änderung der Position der Landmarken ermitteln, dass und wie sich die Ultraschallsonde im Raum bewegt. Das Signal des mindestens einen Sensors wird der Strahlformungseinheit als Änderungssignal übermittelt.
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Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass eine Mehrzahl von Sensoren zum Einsatz kommt. Die Sensorsignale und darauf beruhende Änderungssignale können auf Übereinstimmung überprüft werden und/oder hinsichtlich ihrer Plausibilität geprüft werden, so dass an eine Redundanz an Information betreffend die Änderung der Lage und/oder der Orientierung der Ultraschallsonde geschaffen werden kann.
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Vorzugsweise ist die Strahlformungseinheit in die Datenverarbeitungseinrichtung integriert. Dadurch kann die Ultraschallvorrichtung kompakter ausgestaltet werden. Die Strahlformungseinheit kann hardware- und/oder softwaremäßig in die Datenverarbeitungseinrichtung integriert sein.
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In entsprechender Weise ist es vorteilhaft, wenn die Erfassungseinheit in die Datenverarbeitungseinrichtung integriert ist. Insbesondere kann die Erfassungseinheit mindestens einen der vorstehend genannten Sensoren aufweisen, der in die Datenverarbeitungseinrichtung integriert ist.
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Bei einer andersartigen vorteilhaften Ausgestaltung ist es günstig, wenn die Erfassungseinheit räumlich getrennt von der Datenverarbeitungseinrichtung ausgebildet ist, wenn die Ultraschallsonde eine Markierungseinrichtung umfasst oder eine solche an der Ultraschallsonde angeordnet ist und wenn vorzugsweise die Erfassungseinheit zum Erfassen von von der Markierungseinrichtung ausgesandter und/oder reflektierter Strahlung ausgebildet ist. Dies ermöglicht beispielsweise den Einsatz eines Navigationssystems, insbesondere eines chirurgischen Navigationssystems bei Verwendung medizinischen Ultraschalls. Mittels der Erfassungseinheit kann Strahlung erfasst werden, insbesondere Infrarotstrahlung, wenn die Ultraschallsonde sich im Raum bewegt und dadurch ihre Lage und/oder Orientierung ändert. Das Änderungssignal kann von der räumlich getrennten Erfassungseinheit an die Strahlformungseinheit übertragen werden.
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Vorzugsweise ist die Anzeigeeinheit in die Datenverarbeitungseinrichtung integriert, insbesondere in einem gleichen Gehäuse mit der Datenverarbeitungseinrichtung angeordnet. Die Anzeigeeinheit kann lösbar in die Datenverarbeitungseinrichtung integriert sein, so dass sie bei Bedarf von dieser gelöst und getrennt von dieser betrachtet werden kann.
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Vorteilhafterweise ist die Datenverarbeitungseinrichtung ein mobiles Gerät, das mit der Ultraschallsonde verbunden ist oder lösbar mit dieser verbindbar ist. Dies erleichtert die Handhabung der Ultraschallvorrichtung. Die Datenverarbeitungseinrichtung kann kraftschlüssig und/oder formschlüssig und insbesondere rastend und/oder klemmend mit der Ultraschallsonde verbunden werden.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Ultraschallvorrichtung ist die Datenverarbeitungseinrichtung ein Smartphone oder ein Tablet-Computer.
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Wie bereits erwähnt, ist es möglich, die Lage und/oder Orientierung der Ultraschallsonde im Raum zu ermitteln. Von Vorteil ist es, wenn die Datenverarbeitungseinrichtung so ausgebildet und programmiert ist, dass sie die Lage und/oder die Orientierung des Ultraschallfeldes im Raum anhand eines Signals der Erfassungseinheit ermittelt, mit der die Lage und/oder die Orientierung der Ultraschallsonde im Raum ermittelbar ist. Dies erlaubt es, die Lage und/oder die Orientierung des Untersuchungsgebietes im Raum zu bestimmen, wodurch einem Benutzer die Position der untersuchten Strukturen in Raumkoordinaten bereitgestellt werden können.
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Vorteilhafterweise ist die Datenverarbeitungseinrichtung so ausgebildet und programmiert, dass bei einer Änderung des Ultraschallfeldes abhängig vom Änderungssignal dieses mit den geänderten Ultraschallbildsignalen verknüpft wird und eine räumliche Darstellung untersuchter Strukturen erstellt wird. Die Verknüpfung erfolgt vorzugsweise mit den Phasen- und Frequenzinformation aufweisenden RF-Bildsignalen, die die Ultraschallsonde bereitstellt.
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Vorzugsweise weist die Ultraschallvorrichtung eine Eingabeeinheit auf, mit der der Strahlformungseinheit an einem Benutzer ein durch die Ultraschallsonde zu erzeugendes Ultraschallfeld vorgebbar ist. Dadurch ist für den Benutzer eine handhabungsfreundliche Möglichkeit gegeben, das Ultraschallfeld vorzugeben, woraufhin die Strahlformungseinheit die Emission der Ultraschallstrahlung durch die Ultraschallwandler entsprechend beeinflussen kann. Die Eingabeeinheit kann beispielsweise ein berührungssensitiver Bildschirm und damit eine Eingabeeinheit eines integrierten mobilen Gerätes sein, in dem die Datenverarbeitungseinrichtung und die Anzeigeeinheit integriert sind.
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Vorteilhafterweise hält die Datenverarbeitungseinrichtung das Ultraschallbild an der Anzeigeeinheit bei einer Änderung des Ultraschallfeldes konstant. Dies erleichtert einem Benutzer das Auffinden und Erkennen von Strukturen im Untersuchungsgegenstand.
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Günstigerweise berücksichtigt die Strahlformungseinheit das Änderungssignal bei der Ausgabe von Frequenz- und Phaseninformation enthaltenden RF-Ultraschallbildsignalen. Auch Frequenz und Phase der Signalverläufe, die von den einzelnen Ultraschallwandlern der Ultraschallsonde bereitgestellt werden, können dadurch unter Berücksichtigung des Änderungssignals von der Strahlformungseinheit beeinflusst werden. Dadurch erweist sich die Ultraschallvorrichtung als vielseitiger, da die von der Ultraschallsonde direkt bereitgestellten hochfrequenten (RF) Ultraschallbildsignale beeinflusst werden können.
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Das Änderungssignal kann kabellos und/oder kabelgebunden von der Erfassungseinheit an die Strahlformungseinheit übermittelt werden.
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Wie eingangs erwähnt, betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Betreiben einer Ultraschallvorrichtung. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Ultraschallvorrichtung der vorstehend beschriebenen Art verwendet wird und dass mit der Erfassungseinheit eine Änderung der Orientierung und/oder der Lage der Ultraschallsonde im Raum erfasst und der Strahlformungseinheit ein diesbezügliches Änderungssignal bereitgestellt wird und dass die Strahlformungseinheit abhängig vom Änderungssignal die Emission der Ultraschallstrahlung beeinflusst, das Ultraschallfeld so zu verändern, dass das vom Ultraschallfeld erfasste Untersuchungsgebiet im Untersuchungsgegenstand beibehalten oder im Wesentlichen beibehalten wird.
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Die bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ultraschallvorrichtung beschriebenen Vorteile können unter Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens ebenfalls erzielt werden, so dass diesbezüglich zur Vermeidung von Wiederholungen auf voranstehende Erläuterungen verwiesen wird.
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Insbesondere sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorteilhafte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens denkbar, deren Merkmale sich aus der Erläuterung der vorteilhaften Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Ultraschallvorrichtung ergeben. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird diesbezüglich ebenfalls auf voranstehende Ausführungen verwiesen.
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Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:
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1: Eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Ultraschallvorrichtung;
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2: Die Ultraschallvorrichtung aus 1 bei der Untersuchung eines Oberschenkels (schematisch), wobei die Ultraschallsonde nicht fokussierten Ultraschall emittiert;
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3: Eine Darstellung entsprechend 2 nach Änderung der Orientierung der Ultraschallvorrichtung;
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4: Eine Darstellung entsprechend 2, wobei die Ultraschallsonde ein fokussiertes Ultraschallfeld emittiert;
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5: Eine Darstellung entsprechend 4, nachdem die Orientierung der Ultraschallvorrichtung geändert wurde;
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6: Eine schematische Darstellung der Ultraschallvorrichtung bei der Untersuchung eines Patienten und
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7: Eine schematische Darstellung einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ultraschallvorrichtung, ebenfalls bei der Untersuchung eines Patienten.
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Die Erfindung wird vorliegend am Beispiel einer Ultraschalluntersuchung eines Untersuchungsgegenstandes in Gestalt eines Oberschenkels beschrieben. Allerdings versteht es sich, dass die Erfindung auch bei der Betrachtung beliebiger Gegenstände und anderer Körper angewendet werden kann, beispielsweise bei der Untersuchung von Maschinenteilen, Werkzeugteilen etc. Dementsprechend ist die Erfindung nicht auf Anwendung bei der Untersuchung eines menschlichen oder tierischen Körpers beschränkt.
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1 zeigt in schematischer Ansicht eine mit dem Bezugszeichen 10 belegte vorteilhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ultraschallvorrichtung (nachfolgend Vorrichtung 10). Die Vorrichtung 10 kann beispielsweise bei der Untersuchung eines Oberschenkels 12 eines Patienten 14 zum Einsatz kommen (6), wie dies vorliegend zur Erläuterung der Erfindung gezeigt ist.
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Die Vorrichtung 10 umfasst eine Ultraschallsonde 16, die eine Vielzahl von zeilenförmig geradlinig nebeneinander angeordneten Ultraschallwandern 18 aufweist. Die Ultraschallwandler 18 können jeweils Ultraschallstrahlung emittieren und empfangen. Aufgrund der zeilenförmigen Anordnung der Ultraschallwandler 18 kann von der Ultraschallsonde 16 ein sich im Wesentlichen in einer Ultraschallebene ausbreitendes zweidimensionales Ultraschallfeld 20 erzeugt werden.
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Die Vorrichtung 10 umfasst ferner eine Datenverarbeitungseinrichtung 22. Die Datenverarbeitungseinrichtung 22 ist vorliegend ausgestaltet als mobiles Gerät, insbesondere als Smartphone 24. Das Smartphone 24 umfasst eine integrierte Anzeigeeinheit 26 der Vorrichtung 10. Die Anzeigeeinheit 26, ein Bildschirm, ist als berührungssensitiver Touchscreen ausgebildet. Das Smartphone 24 umfasst ferner eine Recheneinheit 28 der Vorrichtung 10 zur Verarbeitung von Ultraschallbildsignalen, die dem Smartphone 24 von der Ultraschallsonde 16 zur Verfügung gestellt werden. Die Recheneinheit 28 ist über Hardware, beispielsweise über einen Mikroprozessor, oder über Software im Smartphone 24 implementiert. In die Recheneinheit 28 ist eine Strahlformungseinheit 30 der Vorrichtung 10 integriert, ebenfalls über Hardware und/oder Software.
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Die Strahlformungseinheit 30, auch als "Beamformer" bezeichnet, steht mit den Ultraschallwandlern 18 in Wirkverbindung. Die Strahlformungseinheit 30 erlaubt es, die Emission der Ultraschallstrahlung von der Ultraschallsonde 16 so zu beeinflussen, dass ein Ultraschallfeld 20 gewünschter Form vorgegeben werden kann. Insbesondere ist es möglich, die Ultraschallwandler 18 über die Strahlformungseinheit 30 mit Zeitverzögerung und/oder mit unterschiedlicher Intensität so anzusteuern, das gewünschte Ultraschallfeld 20 zu erzeugen.
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Beispielsweise kann das Ultraschallfeld 20 unfokussiert von der Ultraschallsonde 16 abgestrahlt werden (2 und 3). Eine Wellenfront der Ultraschallstrahlung ist dabei im Wesentlichen geradlinig und in der Ebene angeordnet, in der sich die Ultraschallstrahlung ausbreitet.
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Es ist auch möglich (3 und 4), die Ultraschallwandler 18 so anzusteuern, dass das Ultraschallfeld 20 fokussiert ist und einen Fokus 32 bildet. In diesem Fall ist die Wellenfront des Ultraschallfeldes bogenförmig gekrümmt und in der Ebene des Ultraschallfeldes 20 angeordnet.
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Das Ultraschallfeld 20, ob fokussiert oder nicht fokussiert, definiert im Untersuchungsgegenstand, vorliegend im Oberschenkel 12, ein Untersuchungsgebiet 34. Das Untersuchungsgebiet 34 ist im Untersuchungsgegenstand der vom Ultraschallfeld 12 erfasste Bereich. Im Untersuchungsgebiet 34 liegende Strukturen können vom Ultraschall erfasst werden, d. h. Ultraschall kann an diesen Strukturen reflektiert werden. Reflektierter Ultraschall wird von den Ultraschallwandlern 18 erfasst, und entsprechende Ultraschallbildsignale werden dem Smartphone 24 übermittelt.
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Das Smartphone 24 kann mittels der Recheneinheit 28 die Ultraschallbildsignale verarbeiten und an der Anzeigeeinheit 26 als Ultraschallbild 36 darstellen.
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Das Smartphone 24 ist zur Erzielung einer kompakten Bauform der Vorrichtung 10 und zur erleichterten Handhabung lösbar mit der Ultraschallsonde 16 verbindbar, beispielsweise durch Verklemmung und/oder Verrastung. Dies erlaubt es einem Benutzer, das Ultraschallbild 36 während des Hantierens mit der Ultraschallsonde 16 im Blickfeld zu behalten, was die Untersuchung des Patienten 14 erleichtert.
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Da die Anzeigeeinheit 26 als Touchscreen ausgebildet ist, können Benutzereingaben vom Smartphone 24 erfasst werden. Das Smartphone 24 erlaubt es dem Benutzer, über Eingaben an der Anzeigeeinheit 26 ein Ultraschallfeld 20 gewünschter Form vorzugeben. Die Eingaben des Benutzers können von der Strahlformungseinheit 30 erfasst und die Ultraschallwandler 18 zur Erzeugung des gewünschten Ultraschallfeldes 20 angesteuert werden.
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Die Vorrichtung 10 umfasst ferner eine Erfassungseinheit 38. Mit der Erfassungseinheit 38 ist eine Änderung der Lage und/oder der Orientierung der Ultraschallsonde 16 im Raum ermittelbar. Vorliegend ist die Erfassungseinheit 38 in das Smartphone 24 integriert. Aufgrund der Verbindung des Smartphones 24 mit der Ultraschallsonde 16 besteht zwischen diesen eine feste räumliche Beziehung miteinander. Ändert sich die Lage und/oder die Orientierung des Smartphones 24 im Raum, kann dies mit der Erfassungseinheit 38 ermittelt werden, so dass sich zugleich eine Änderung der Lage und/oder der Orientierung der Ultraschallsonde 16 im Raum erfassen lässt, und umgekehrt.
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Die Erfassungseinheit 38 umfasst mindestens einen Sensor, insbesondere einen Neigungssensor und/oder einen Beschleunigungssensor und/oder einen Kompasssensor (Magnetfeldsensor) und/oder einen optischen Sensor, bei dem es sich insbesondere um eine Digitalkamera des Smartphones 24 handeln kann.
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Die Erfindung wird nachfolgend am Beispiel der Anwendung eines Neigungssensors und zunächst unter Verweis insbesondere auf die 2 und 3 erläutert.
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2 zeigt die Untersuchung des Oberschenkels 12 durch einen in der Zeichnung nicht dargestellten Operateur mit Ultraschall. Wie erwähnt ist das Ultraschallfeld 20 nicht fokussiert. Ultraschallstrahlung wird von der Ultraschallsonde 20 mit einer geradlinigen Wellenfront 39 abgestrahlt, die parallel zu den Ultraschallwandlern 18 ausgerichtet ist. Das Ultraschallbild 36 des Untersuchungsgebietes 34 wird dem Benutzer an der Anzeigeeinheit 26 dargestellt. Ändert sich die Lage und/oder die Orientierung der Ultraschallsonde 16 im Raum, kann dies von der Erfassungseinheit 38 erfasst werden. Beispielsweise sind die Ultraschallsonde 16 und das damit verbundene Smartphone 24 bei der in der 3 dargestellten Situation relativ zu der in 2 dargestellten Situation geneigt. Die Neigung erfolgt in der Ebene des Ultraschallfeldes 20, was einer Verschwenkung um eine senkrecht zur Ebene des Ultraschallfeldes 20 definierte Schwenkachse entspricht. Diese Neigung kann anhand des Neigungssensors der Erfassungseinheit 38 ermittelt und der Strahlformungseinheit 30 ein diesbezügliches Änderungssignal bereitgestellt werden.
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Abhängig vom Änderungssignal beeinflusst die Strahlformungseinheit 30 die Emission der Ultraschallstrahlung durch die Ultraschallwandler 18 derart, dass das Ultraschallfeld 20 so von der Ultraschallsonde 16 abgestrahlt wird, dass das Untersuchungsgebiet 34 beibehalten oder im Wesentlichen beibehalten wird. Dies erfolgt im vorliegenden Fall insbesondere dadurch, dass die einzelnen, von den Ultraschallwandlern 18 ausgesandten Ultraschallsignale mit geänderter zeitlicher Verzögerung und/oder unterschiedlicher Intensität emittiert werden. Dies hat zur Folge, dass die Wellenfront 39 des Ultraschallfeldes 20 unter einem Neigungswinkel zu den Ultraschallwandlern 18 abgestrahlt wird, der vom Betrag her gleich groß ist wie der Schwenkwinkel, um den die Ultraschallsonde 16 in der Ebene 20 verschwenkt wird. Die Neigung der Wellenfront relativ zur Ultraschallsonde 16 im Bezugssystem des Raumes erfolgt in Gegenrichtung der Verschwenkung der Ultraschallsonde 16. Dadurch wird das Untersuchungsgebiet 34 beibehalten, und das entsprechende Ultraschallbild 36 wird dem Benutzer an der Anzeigeeinheit 26 weiterhin dargestellt.
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Dadurch, dass das Untersuchungsgebiet 34 beibehalten wird, wenn sich die Lage und/oder die Orientierung der Ultraschallsonde 16 im Raum ändert, wird einem Benutzer das Betrachten der untersuchten Struktur am Ultraschallbild 36 und die Handhabung der Vorrichtung 10 erleichtert. Beispielsweise ist dem Benutzer die Möglichkeit gegeben, die Ultraschallsonde 16 relativ zum Oberschenkel 12 zu bewegen, um störende Einflüsse zu verringern, die beispielsweise auf Streuung oder Interferenzen zurückzuführen sind. Dennoch kann der Benutzer durch die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 weiterhin das Untersuchungsgebiet 34 untersuchen, das ihm über das Ultraschallbild 36 an der Anzeigeeinheit 26 dargestellt wird.
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Die Beibehaltung des Untersuchungsgebietes 34 ist unter Verweis insbesondere auf die 4 und 5 auch dann möglich, wenn ein fokussiertes Ultraschallfeld 20 von der Ultraschallsonde 16 emittiert wird. Wird die Ultraschallsonde 16 in der Ebene des Ultraschallfeldes 20 geneigt (5), wird die Änderung der Orientierung mittels der Erfassungseinheit 38, speziell des Neigungssensors erfasst. Der Strahlformungseinheit 30 wird ein diesbezügliches Änderungssignal bereitgestellt. Die Strahlformungseinheit 30 steuert die Ultraschallwandler 18 derart an, dass die Emission der Ultraschallstrahlung 30 unter Beibehaltung des Fokus 32 erfolgt. Dies geschieht dadurch, dass die Wellenfront 39 des Ultraschallfeldes 20 so generiert wird, dass die Ultraschallstrahlung der einzelnen Ultraschallwandler 18 weiterhin im Fokus 32 zusammenläuft. Auch bei fokussiertem Ultraschall bleibt bei Beibehaltung des Fokus 32 das Ultraschallbild 36 in der Anzeigeeinheit 26 erhalten.
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Ist der Untersuchungsgegenstand, vorliegend der Oberschenkel 12, ortsfest im Raum, bleibt das Untersuchungsgebiet 34 ebenfalls ortsfest im Raum.
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Es ist möglich, anhand der Erfassungseinheit 38 zu ermitteln, welche Lage und/oder Orientierung das Untersuchungsgebiet 34 im Raum aufweist. Dem Benutzer können dadurch Raumkoordinaten der untersuchten Struktur bereitgestellt werden. Dies kann beispielsweise unter Einsatz eines optischen Sensors, speziell der bereits erwähnten Digitalkamera als Bestandteil der Erfassungseinheit 38 erfolgen. Mit dem optischen Sensor können Landmarken des Raumes (nicht gezeigt) aufgenommen und die Lage und/oder die Orientierung der Ultraschallsonde 16 im Raum ermittelt werden. Aufgrund der bekannten Form des Ultraschallfeldes 20 und dessen räumlicher Beziehung zum Smartphone 24 ist auch die Lage des Untersuchungsgebietes 34 im Raum bekannt. In entsprechender Weise kann eine Änderung der Lage und/oder Orientierung des Untersuchungsgebietes 34 im Raum erfasst und ermittelt werden.
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7 zeigt in schematischer Darstellung eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 40 belegte vorteilhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ultraschallvorrichtung (nachfolgend Vorrichtung 40). Für gleiche oder gleichwirkende Merkmale und Bauteile der Vorrichtungen 10 und 40 werden dieselben Bezugszeichen benutzt. Die mit der Vorrichtung 10 erzielbaren Vorteile können mit der Vorrichtung 40 ebenfalls erzielt werden, so dass diesbezüglich auf voranstehende Erläuterungen verwiesen werden kann.
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Bei der Vorrichtung 40 ist die Datenverarbeitungseinrichtung 22 insbesondere ein Computer 42, der räumlich getrennt von der Ultraschallsonde 16 ist. Die Anzeigeeinheit 26 ist ein räumlich von der Datenverarbeitungseinrichtung 22 getrennter Bildschirm 44. Die Strahlformungseinheit 30 ist in den Computer 42 integriert.
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Die Erfassungseinheit 38 umfasst vorliegend ein chirurgisches Navigationssystem 46, welches eine Nachweiseinrichtung 48 für elektromagnetische Strahlung aufweist, insbesondere für Infrarotstrahlung. Die Nachweiseinrichtung 48 ist ausgestaltet als Stereokamera 50.
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An der Ultraschallsonde 16 ist eine Markierungseinrichtung 52 festgelegt. Elektromagnetische Strahlung, die von der Nachweiseinrichtung 48 emittiert wird, wird von der Markierungseinrichtung 52 reflektiert und durch die Stereokamera 50 erfasst. Alternativ kann vorgesehen sein, dass elektromagnetische Strahlung von der Markierungseinrichtung 52 emittiert und von der Stereokamera 50 erfasst wird. Dies gibt die Möglichkeit, eine Änderung der Lage und/oder der Orientierung der Ultraschallsonde 16, zu der die Markierungseinrichtung 52 in fester räumlicher Beziehung steht, zu verfolgen. Ein diesbezügliches Änderungssignal kann den Computer 42 und dessen Strahlformungseinheit 30 bereitgestellt werden. Die Strahlformungseinheit 30 kann, beispielsweise über eine in der Zeichnung nicht gezeigtes Anschlusskabel, die Ultraschallsonde 16 zur Erzeugung des gewünschten Ultraschallfeldes 20 ansteuern.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006024629 B4 [0006]
- DE 102012100504 [0007]
