DE102015120099A1 - Ultrasonic probe for the detection of foreign structures in fluids - Google Patents
Ultrasonic probe for the detection of foreign structures in fluids Download PDFInfo
- Publication number
- DE102015120099A1 DE102015120099A1 DE102015120099.6A DE102015120099A DE102015120099A1 DE 102015120099 A1 DE102015120099 A1 DE 102015120099A1 DE 102015120099 A DE102015120099 A DE 102015120099A DE 102015120099 A1 DE102015120099 A1 DE 102015120099A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- sound
- ultrasonic probe
- sound field
- wedge
- piezoceramic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000000523 sample Substances 0.000 title claims abstract description 91
- 239000012530 fluid Substances 0.000 title claims abstract description 65
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title description 3
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 claims abstract description 45
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 43
- 238000013016 damping Methods 0.000 claims abstract description 35
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 41
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 10
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000012876 carrier material Substances 0.000 abstract description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 4
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 21
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 21
- 208000007536 Thrombosis Diseases 0.000 description 11
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 11
- 238000002617 apheresis Methods 0.000 description 8
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 7
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 6
- 230000004087 circulation Effects 0.000 description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 6
- 239000012503 blood component Substances 0.000 description 5
- 238000001631 haemodialysis Methods 0.000 description 5
- 230000000322 hemodialysis Effects 0.000 description 5
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 5
- 208000005189 Embolism Diseases 0.000 description 4
- 230000017531 blood circulation Effects 0.000 description 4
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 4
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 4
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 4
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 4
- 239000003146 anticoagulant agent Substances 0.000 description 3
- 229940127219 anticoagulant drug Drugs 0.000 description 3
- 239000000306 component Substances 0.000 description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 3
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 239000004696 Poly ether ether ketone Substances 0.000 description 2
- PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N Styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1 PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 210000004204 blood vessel Anatomy 0.000 description 2
- 238000002618 extracorporeal membrane oxygenation Methods 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 239000008241 heterogeneous mixture Substances 0.000 description 2
- 229910052451 lead zirconate titanate Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000001717 pathogenic effect Effects 0.000 description 2
- 229920002530 polyetherether ketone Polymers 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 2
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 2
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 2
- 210000003462 vein Anatomy 0.000 description 2
- BUHVIAUBTBOHAG-FOYDDCNASA-N (2r,3r,4s,5r)-2-[6-[[2-(3,5-dimethoxyphenyl)-2-(2-methylphenyl)ethyl]amino]purin-9-yl]-5-(hydroxymethyl)oxolane-3,4-diol Chemical compound COC1=CC(OC)=CC(C(CNC=2C=3N=CN(C=3N=CN=2)[C@H]2[C@@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O2)O)C=2C(=CC=CC=2)C)=C1 BUHVIAUBTBOHAG-FOYDDCNASA-N 0.000 description 1
- 208000009304 Acute Kidney Injury Diseases 0.000 description 1
- 206010014513 Embolism arterial Diseases 0.000 description 1
- 102000009123 Fibrin Human genes 0.000 description 1
- 108010073385 Fibrin Proteins 0.000 description 1
- BWGVNKXGVNDBDI-UHFFFAOYSA-N Fibrin monomer Chemical compound CNC(=O)CNC(=O)CN BWGVNKXGVNDBDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HTTJABKRGRZYRN-UHFFFAOYSA-N Heparin Chemical compound OC1C(NC(=O)C)C(O)OC(COS(O)(=O)=O)C1OC1C(OS(O)(=O)=O)C(O)C(OC2C(C(OS(O)(=O)=O)C(OC3C(C(O)C(O)C(O3)C(O)=O)OS(O)(=O)=O)C(CO)O2)NS(O)(=O)=O)C(C(O)=O)O1 HTTJABKRGRZYRN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010073734 Microembolism Diseases 0.000 description 1
- 208000002121 Paradoxical Embolism Diseases 0.000 description 1
- 208000010378 Pulmonary Embolism Diseases 0.000 description 1
- 208000033626 Renal failure acute Diseases 0.000 description 1
- 208000001435 Thromboembolism Diseases 0.000 description 1
- 231100001133 acute intoxication condition Toxicity 0.000 description 1
- 201000011040 acute kidney failure Diseases 0.000 description 1
- 208000012998 acute renal failure Diseases 0.000 description 1
- 210000001367 artery Anatomy 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 210000000601 blood cell Anatomy 0.000 description 1
- 230000023555 blood coagulation Effects 0.000 description 1
- 210000004556 brain Anatomy 0.000 description 1
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000007675 cardiac surgery Methods 0.000 description 1
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 210000001627 cerebral artery Anatomy 0.000 description 1
- 208000020832 chronic kidney disease Diseases 0.000 description 1
- 208000022831 chronic renal failure syndrome Diseases 0.000 description 1
- 230000015271 coagulation Effects 0.000 description 1
- 238000005345 coagulation Methods 0.000 description 1
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 210000004351 coronary vessel Anatomy 0.000 description 1
- 239000002537 cosmetic Substances 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000000502 dialysis Methods 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 1
- 239000002612 dispersion medium Substances 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 210000003743 erythrocyte Anatomy 0.000 description 1
- 229950003499 fibrin Drugs 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 231100001261 hazardous Toxicity 0.000 description 1
- 208000014951 hematologic disease Diseases 0.000 description 1
- 238000002615 hemofiltration Methods 0.000 description 1
- 230000001951 hemoperfusion Effects 0.000 description 1
- 230000023597 hemostasis Effects 0.000 description 1
- 229960002897 heparin Drugs 0.000 description 1
- 229920000669 heparin Polymers 0.000 description 1
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 1
- 210000003734 kidney Anatomy 0.000 description 1
- HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N lead zirconate titanate Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ti+4].[Zr+4].[Pb+2] HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 230000004199 lung function Effects 0.000 description 1
- 238000012067 mathematical method Methods 0.000 description 1
- 239000008268 mayonnaise Substances 0.000 description 1
- 235000010746 mayonnaise Nutrition 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 1
- 239000008267 milk Substances 0.000 description 1
- 235000013336 milk Nutrition 0.000 description 1
- 210000004080 milk Anatomy 0.000 description 1
- 208000010125 myocardial infarction Diseases 0.000 description 1
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 1
- 238000011275 oncology therapy Methods 0.000 description 1
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 1
- 238000000053 physical method Methods 0.000 description 1
- 210000002381 plasma Anatomy 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 208000037244 polycythemia vera Diseases 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000012959 renal replacement therapy Methods 0.000 description 1
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 1
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 1
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000004513 sizing Methods 0.000 description 1
- 210000000130 stem cell Anatomy 0.000 description 1
- 230000001225 therapeutic effect Effects 0.000 description 1
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 1
- 238000002054 transplantation Methods 0.000 description 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/04—Analysing solids
- G01N29/11—Analysing solids by measuring attenuation of acoustic waves
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
- A61M1/00—Suction or pumping devices for medical purposes; Devices for carrying-off, for treatment of, or for carrying-over, body-liquids; Drainage systems
- A61M1/36—Other treatment of blood in a by-pass of the natural circulatory system, e.g. temperature adaptation, irradiation ; Extra-corporeal blood circuits
- A61M1/3621—Extra-corporeal blood circuits
- A61M1/3626—Gas bubble detectors
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
- G01N29/225—Supports, positioning or alignment in moving situation
- G01N29/226—Handheld or portable devices
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
- G01N29/30—Arrangements for calibrating or comparing, e.g. with standard objects
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/34—Generating the ultrasonic, sonic or infrasonic waves, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
- G01N29/348—Generating the ultrasonic, sonic or infrasonic waves, e.g. electronic circuits specially adapted therefor with frequency characteristics, e.g. single frequency signals, chirp signals
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
- A61M1/00—Suction or pumping devices for medical purposes; Devices for carrying-off, for treatment of, or for carrying-over, body-liquids; Drainage systems
- A61M1/36—Other treatment of blood in a by-pass of the natural circulatory system, e.g. temperature adaptation, irradiation ; Extra-corporeal blood circuits
- A61M1/3672—Means preventing coagulation
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
- G01N2291/04—Wave modes and trajectories
- G01N2291/045—External reflections, e.g. on reflectors
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
- G01N2291/10—Number of transducers
- G01N2291/102—Number of transducers one emitter, one receiver
Abstract
Die Erfindung betrifft eine Ultraschallsonde zur Ermittlung und/oder Überwachung und/oder Größenbestimmung des Auftretens von Fremdstrukturen in einem extrakorporalen Fluid oder einem extrakorporalen Fluidstrom, insbesondere von Luftblasen. Das extrakorporale Fluid wird beispielsweise durch einen Schlauch geleitet und die Sonde umfasst ein Gehäuse, einen Ultraschallsensor, ein Schallfeld, einen Reflektor, ein Trägermaterial, einen Dämpfungskörper und mindestens eine Piezokeramik. Durch einen geeigneten Aufbau der Sonde wird ein homogenes Schallfeld im Messvolumen erzeugt. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Ermittlung und/oder Überwachung des Auftretens und/oder zur Größenbestimmung von Fremdstrukturen, insbesondere Luftblasen, in einem extrakorporalen Fluid oder einem extrakorporalen Fluidstrom, mit Hilfe der erfindungsgemäßen Ultraschallsonde und einem Auswertemittel. The invention relates to an ultrasound probe for determining and / or monitoring and / or determining the size of the occurrence of foreign structures in an extracorporeal fluid or an extracorporeal fluid flow, in particular of air bubbles. The extracorporeal fluid is passed through a hose, for example, and the probe comprises a housing, an ultrasonic sensor, a sound field, a reflector, a carrier material, a damping body and at least one piezoceramic. By a suitable design of the probe, a homogeneous sound field is generated in the measuring volume. Furthermore, the invention relates to a method for determining and / or monitoring the occurrence and / or size determination of foreign structures, in particular air bubbles, in an extracorporeal fluid or an extracorporeal fluid flow, with the aid of the ultrasound probe according to the invention and an evaluation means.
Description
Die Erfindung betrifft eine Ultraschallsonde zur Ermittlung und/oder Überwachung und/oder Größenbestimmung des Auftretens von Fremdstrukturen in einem extrakorporalen Fluid oder einem extrakorporalen Fluidstrom. Das extrakorporale Fluid wird durch einen Schlauch geleitet und die Sonde umfasst ein Gehäuse, einen Ultraschallsensor, ein Schallfeld, einen Reflektor, ein Trägermaterial, einen Dämpfungskörper und mindestens eine Piezokeramik. Durch einen geeigneten Aufbau der Sonde wird ein homogenes Schallfeld im Messvolumen erzeugt. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Ermittlung und/oder Überwachung des Auftretens und/oder zur Größenbestimmung von Fremdstrukturen in einem extrakorporalen Fluid oder einem extrakorporalen Fluidstrom, mit Hilfe der erfindungsgemäßen Ultraschallsonde und einem Auswertemittel. The invention relates to an ultrasonic probe for determining and / or monitoring and / or determining the size of the occurrence of foreign structures in an extracorporeal fluid or an extracorporeal fluid flow. The extracorporeal fluid is passed through a tube and the probe comprises a housing, an ultrasonic sensor, a sound field, a reflector, a carrier material, a damping body and at least one piezoceramic. By a suitable design of the probe, a homogeneous sound field is generated in the measuring volume. Furthermore, the invention relates to a method for determining and / or monitoring the occurrence and / or size determination of foreign structures in an extracorporeal fluid or an extracorporeal fluid flow, with the aid of the ultrasound probe according to the invention and an evaluation means.
Es werden verschiedene extrakorporale Verfahren unterschieden. Am gebräuchlichsten ist die Hämodialyse, darüber hinaus werden die Hämofiltration und Hämodiafiltration angewendet. Weitere extrakorporale Verfahren sind auch die Hämoperfusion, die bei bestimmten akuten Vergiftungen angewendet wird, und das Aphereseverfahren. Extrakorporale Blutkreisläufe finden zudem in Herz-Lungen-Maschinen Anwendung. Different types of extracorporeal procedures are distinguished. The most common is hemodialysis, in addition, hemofiltration and hemodiafiltration are used. Other extracorporeal procedures include hemoperfusion, which is used in certain acute intoxications, and the apheresis procedure. Extracorporeal blood circuits are also used in heart-lung machines.
Unter Hämodialyse versteht man die Entfernung von Flüssigkeit und gelösten Molekülen aus dem extrakorporal zirkulierenden Blut über Filtersysteme, die in der Regel eine semipermeable Membran enthalten. Die Hämodialyse ist ein sogenanntes Nierenersatzverfahren. Die Dialyse ist neben der Nierentransplantation die wichtigste Nierenersatztherapie bei chronischem Nierenversagen und eine der Behandlungsmöglichkeiten bei akutem Nierenversagen. Hemodialysis refers to the removal of fluid and dissolved molecules from the extracorporeal circulating blood via filtration systems, which typically contain a semi-permeable membrane. Hemodialysis is a so-called renal replacement procedure. In addition to kidney transplantation, dialysis is the most important renal replacement therapy for chronic kidney failure and one of the treatment options for acute renal failure.
Bei der therapeutischen Apherese, die auch als Blutwäsche oder Blutreinigungsverfahren bezeichnet wird, handelt es sich um eine Methode zur extrakorporalen Entfernung von pathogenen Bestandteilen, wie Proteinen, proteingebundenen Substanzen und Zellen, aus dem Blut oder Blutplasma von Patienten. Nach der Entfernung der pathogenen Substanzen wird das gereinigte Blut wieder zurückgeführt. Die Apherese kann auch dazu eingesetzt werden, um Blutbestandteile von einem Menschen zu gewinnen, beispielsweise für die Verwendung als Spendersubstanzen. Aphereseverfahren dienen insbesondere dazu, von einzelnen Spendern ausreichende Mengen von solchen Blutbestandteilen zu gewinnen, die nur einen geringen Anteil des Blutes ausmachen, wie zum Bespiel Thrombozyten oder Blutstammzellen. Bei Aphereseverfahren wird Blut des Spenders aus der Armvene entnommen und in ein geschlossenes, steriles und nur einmal verwendetes Schlauchsystem geleitet. Dort wird es mit einer notwendigen Menge an Antikoagulantia vermischt, die die Gerinnung des Blutes im Apherese-System verhindern sollen. Diese Mischung wird in eine Zentrifuge geleitet, in der die Blutbestandteile entsprechend ihrer Dichte in Schichten aufgetrennt werden. Die zu gewinnenden Blutbestandteile können nun abgetrennt werden. Alle nicht benötigten Blutbestandteile werden dem Blutspender wieder zurückgegeben. Therapeutic apheresis, also referred to as blood washing or blood purification, is a method of extracorporeal removal of pathogenic components, such as proteins, protein-bound substances and cells, from the blood or blood plasma of patients. After removal of the pathogenic substances, the purified blood is returned. Apheresis can also be used to obtain blood components from a human, for example for use as donor substances. Apheresis techniques are particularly useful for obtaining from individual donors sufficient amounts of those blood components that make up only a small portion of the blood, such as platelets or blood stem cells. In the apheresis procedure, blood from the donor is removed from the arm vein and transferred to a closed, sterile and once-used tubing system. There it is mixed with a necessary amount of anticoagulantia, which should prevent the coagulation of the blood in the apheresis system. This mixture is passed into a centrifuge, in which the blood components are separated according to their density in layers. The blood components to be collected can now be separated. Any unused blood components will be returned to the blood donor.
Die Apherese wird beispielsweise in der modernen Krebstherapie oder zur Behandlung von verschiedenen Blutkrankheiten eingesetzt, so zum Bespiel bei der Krankheit Polycythaemia Vera. Apheresis is used for example in modern cancer therapy or for the treatment of various blood diseases, such as the disease Polycythaemia Vera.
Die Herz-Lungen-Maschine ist ein medizintechnisches Gerät, das die Pumpfunktion des Herzens sowie die Lungenfunktion für einen beschränkten Zeitraum ersetzen kann. Das Blut wird dabei einer extrakorporalen Zirkulation unterworfen, in dem es dem Körper über ein Schlauchsystem entnommen wird, mit Sauerstoff angereichert und wieder zurückgeführt wird. Eine der häufigsten Anwendungen findet die Herz-Lungen-Maschine in der Herzchirurgie, in der Notfall- und Intensivmedizin werden kleinere Systeme (so genannte Extrakorporale Membranoxygenierung, ECMO) eingesetzt. Bei der Anwendung der Herz-Lungen-Maschine sind Mirkoembolien als Problem bekannt. Die Ursachen der Mirkoembolien können Fibringerinnsel sein, oder auch Plastikpartikel, die von Schlauchoberflächen abgerieben werden oder z.B. aus dem Oxygenator der Herz-Lungen-Maschine stammen. The heart-lung machine is a medical device that can replace the heart's pumping function and lung function for a limited period of time. The blood is subjected to an extracorporeal circulation in which it is removed from the body via a tube system, enriched with oxygen and returned again. One of the most common uses is the heart-lung machine in cardiac surgery, and in emergency and intensive care, smaller systems (so-called extracorporeal membrane oxygenation, ECMO) are used. When using the heart-lung machine, microembolics are known as a problem. The causes of the microembolisms may be fibrin clots, or also plastic particles which are abraded by tube surfaces or e.g. come from the oxygenator of the heart-lung machine.
Obwohl bei der Durchführung des Hämodialyseverfahrens das Blut mit Antikoagulantien, wie z.B. Heparin als häufigstes eingesetztes Antikoagulanz, versetzt wird, besteht die Gefahr des Auftretens von Blutgerinnseln. Dafür gibt es verschiedene Ursachen. Neben falscher Dosierung von Antikoagulantien kann es zum kurzzeitigen Blutstillstand im extrakorporalen Kreislauf kommen. Auf Grund der konstruktiven Vorgaben der verwendeten medizintechnischen Geräte können unter Umständen Stagnationen auftreten. Außerdem kann der Kontakt mit Luft oder mit den künstlichen Oberflächen des extrakorporalen Blutkreislaufes die Blutgerinnung auslösen. Although, in carrying out the hemodialysis procedure, the blood is supplied with anticoagulants, e.g. Heparin is the most common anticoagulant used, there is a risk of blood clots. There are several causes for this. In addition to incorrect dosage of anticoagulants, there may be a short-term haemostasis in the extracorporeal circulation. Due to the design specifications of the medical devices used can sometimes stagnation occur. In addition, contact with air or with the artificial surfaces of the extracorporeal blood circulation can cause blood clotting.
Darüber hinaus können Luftbläschen in den extrakorporalen Kreislauf gelangen. Fremdstrukturen wie Luftbläschen oder Blutgerinnsel die sich in einem extrakorporalen Blutstrom befinden können, wenn sie in den Kreislauf eines Patienten gelangen, eine Embolie auslösen. Unter einer Embolie versteht man die teilweise oder vollständige Verstopfung eines Blutgefäßes mit einer Fremdstruktur, die mit dem Blut eingeschwemmt wird. In addition, air bubbles can enter the extracorporeal circulation. Foreign structures such as air bubbles or blood clots that may be in an extracorporeal bloodstream when they enter a patient's circulation trigger an embolism. An embolism is the partial or complete blockage of a blood vessel with a foreign structure, which is washed in by the blood.
Embolien können an verschiedenen Orten im Körper entstehen. Man unterscheidet Lungenembolien, arterielle Embolien und paradoxe Embolien. Am häufigsten sind Thromben der tiefen Beinvenen und Thrombembolien in den Arterien des Gehirns. Letzter lösen den sogenannten Schlaganfall aus. Pro Jahr sterben in Deutschland ungefähr 20000 bis 25000 Menschen an den Folgen einer Embolie. Emboli can arise in different places in the body. A distinction is made between pulmonary embolism, arterial embolism and paradoxical embolism. Most common are thrombi of deep leg veins and thromboembolisms in the arteries of the brain. Last trigger the so-called stroke. Every year approximately 20,000 to 25,000 people in Germany die as a result of an embolism.
Der Thrombus kann feine Kapillaren in dem extrakorporalen Kreislauf verschließen. Es besteht aber auch die Gefahr, dass ein in dem extrakorporalen Kreislauf gebildeter Thrombus in den Blutkreislauf des Patienten gelangt und dort ein Blutgefäß so dicht verschließt, dass in das nachfolgende Versorgungsgebiet kein Blut mehr fließt und damit die Versorgung mit Sauerstoff und Nährstoffen unterbleibt (Thrombose). Als Folge kann es zum Untergang von Gewebe und sogar zum teilweisen Ausfall bestimmter Organe kommen. The thrombus can occlude fine capillaries in the extracorporeal circuit. However, there is also the danger that a thrombus formed in the extracorporeal circulation enters the bloodstream of the patient and closes a blood vessel there so tightly that no blood flows into the following supply area and thus the supply of oxygen and nutrients is prevented (thrombosis). , As a result, it can lead to the destruction of tissue and even partial failure of certain organs.
Das Auftreten von Luftblasen stellt ein ebenso großes Risiko für eine Embolie dar. Während kleinere Gasmengen ohne Folgen vom Körper absorbiert werden, ist eine Gaszufuhr von mehr als 100 ml/s in der Regel tödlich. Bereits 0,5 ml Gas in den Koronararterien genügen um einen Myokardinfarkt auszulösen und 2 ml in den Hirnarterien sind hinreichen für einen tödlichen Schlaganfall. The presence of air bubbles also poses a high risk of embolism. While smaller amounts of gas are absorbed without consequences from the body, a gas intake of more than 100 ml / s is usually fatal. As little as 0.5 ml of gas in the coronary arteries is enough to trigger a myocardial infarction and 2 ml in the cerebral arteries are sufficient for a fatal stroke.
Im extrakorporalen Blutkreislauf, wie z.B. einer Hämodialysemaschine, einer Herz-Lungen-Maschine oder eines Apherese-Apparates ist es deshalb zwingend notwendig, das Vorkommen von Fremdstrukturen wie Luftblasen oder Blutgerinnseln zu überwachen. Sollten diese in dem extrakorporalen Kreislauf auftretet müssen sie mit geeigneten Maßnahmen korrigiert bzw. zurückgehalten werden, so dass negative Auswirkungen auf den zu behandelnden Patienten vermieden werden können. In extracorporeal blood circulation, e.g. A hemodialysis machine, a heart-lung machine or an apheresis apparatus, it is therefore imperative to monitor the occurrence of foreign structures such as air bubbles or blood clots. If these occur in the extracorporeal circulation, they must be corrected or retained with appropriate measures, so that negative effects on the patient to be treated can be avoided.
Herkömmliche Behandlungssysteme umfassen deshalb Mittel zur Erkennung von gefährlichen Bestandteilen im extrakorporalen Blutkreislauf, wie z.B. Luftblasen, und verfügen weiterhin über entsprechende Einrichtungen, die einen Alarm auslösen und/oder zu einem Behandlungsstopp führen. Blutgerinnsel versucht man mittels sogenannter Gerinnselfänger zurückzuhalten, bevor sie in den Körper eines Patienten gelangen können. Conventional treatment systems therefore include means for detecting hazardous components in extracorporeal blood circulation, such as e.g. Air bubbles, and continue to have appropriate facilities that trigger an alarm and / or lead to a treatment stop. Blood clots are attempted to be retained by means of so-called clot traps before they can enter the body of a patient.
Sonden und Geräte zur Detektion von Luftblasen sind im Stand der Technik bereits bekannt. Jedoch haben herkömmliche Mittel zur Detektion von Luftblasen ihre Grenzen insbesondere dahingehend, dass besonders kleine Luftblasen und Mikroluftblasen nicht zuverlässig detektiert werden können. Probes and devices for the detection of air bubbles are already known in the art. However, conventional means for detecting air bubbles have their limitations particularly in that particularly small air bubbles and micro bubbles can not be reliably detected.
Aus dem Stand der Technik sind bereits Verfahren zur Überwachung von extrakorporalen Kreisläufen oder zur Durchführung von Materialprüfungen bekannt. Methods for monitoring extracorporeal circuits or performing material tests are already known from the prior art.
Aus dem Stand der Technik ist somit bekannt, dass ein keilförmiger Körper als Vorlaufstrecke für den Ultraschall genutzt wird, um eine Schrägeinstrahlung der Schallwellen zu realisieren. Dieser Körper wird im Folgenden als Schallkeil bezeichnet. Die im Stand der Technik beschriebene Anordnung hat jedoch Nachteile. Aufgrund von Schallwellen, die an Grenzflächen des Schallkeils mehrfach reflektiert werden und anschließend zum Schallfeld im Messvolumen beitragen, entsteht ein inhomogenes Schallfeld, wodurch die Auswertung der gemessenen Signale deutlich erschwert wird. Dieser Effekt wird von den im Stand der Technik offenbarten Verfahren und Vorrichtungen nicht berücksichtigt. It is thus known from the prior art that a wedge-shaped body is used as a lead-in path for the ultrasound in order to realize a slanting radiation of the sound waves. This body is referred to below as a sound wedge. However, the arrangement described in the prior art has disadvantages. Due to sound waves, which are reflected several times at interfaces of the sound wedge and then contribute to the sound field in the measurement volume, an inhomogeneous sound field is created, whereby the evaluation of the measured signals is significantly more difficult. This effect is not taken into account by the methods and devices disclosed in the prior art.
Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ultraschallsonde bereitzustellen, die es ermöglicht, Fremdstrukturen in extrakorporalen Fluiden oder extrakorporalen Fluidströmen zu ermitteln und/oder zu überwachen und/oder deren Größe exakter zu bestimmen. It is therefore the object of the present invention to provide an ultrasound probe which makes it possible to detect and / or monitor foreign structures in extracorporeal fluids or extracorporeal fluid flows and / or to determine their size more accurately.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Bereitstellung einer Ultraschallsonde, die ein homogenes Schallfeld erzeugt, das im Wesentlichen frei von Beiträgen von mehrfach reflektierten Schallwellen ist. This object is achieved by providing an ultrasound probe which is a homogeneous Sound field generated, which is essentially free of contributions of multi-reflected sound waves.
Als homogenes Schallfeld wird in diesem Zusammenhang ein Schallfeld bezeichnet, dessen Intensität und maximale Schalldruckamplitude innerhalb des betrachteten Volumens im zeitlichen Verlauf räumlich im Wesentlichen konstant ist. In this context, a homogeneous sound field is referred to as a sound field whose intensity and maximum sound pressure amplitude are spatially substantially spatially constant over the course of time within the volume considered.
Ebenso wird ein Verfahren zur Ermittlung und/oder Überwachung des Auftretens und/oder Größenbestimmung von Fremdstrukturen in einem extrakorporalen Fluid oder einem extrakorporalen Fluidstrom mit Hilfe der vorgeschlagenen Ultraschallsonde und einem Mittel zur Signalauswertung bereitgestellt. Likewise, a method for determining and / or monitoring the occurrence and / or size determination of foreign structures in an extracorporeal fluid or an extracorporeal fluid flow with the aid of the proposed ultrasound probe and a means for signal evaluation is provided.
Bei dem Fluid bzw. Fluidstrom handelt es sich vorzugsweise um eine Flüssigkeit, die sowohl gelöste Stoffe als auch suspendierte Partikel enthalten kann. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Fluid eine Suspension. Eine Suspension ist ein heterogenes Stoffgemisch aus einer Flüssigkeit und darin fein verteilten Festkörpern, die in der Flüssigkeit mit geeigneten Aggregaten (Rührer, Dissolver, Flüssigkeitsstrahlen, Nassmühle) sowie meist mithilfe zusätzlicher Dispergiermittel aufgeschlämmt und in der Schwebe gehalten werden. Eine Suspension ist eine grobdisperse Dispersion und tendiert zur Sedimentation und Phasentrennung. Die Feststoffe sind in der flüssigen Phase suspergiert. Der Fluidzustand ist insbesondere der Misch- bzw. Entmischungszustand der einzelnen Phasen. The fluid or fluid stream is preferably a liquid which may contain both solutes and suspended particles. In a preferred embodiment of the invention, the fluid is a suspension. A suspension is a heterogeneous mixture of a liquid and finely divided solids therein, which are slurried in the liquid with suitable aggregates (stirrer, dissolver, liquid jets, wet mill) and usually with the help of additional dispersants and kept in suspension. A suspension is a coarsely dispersed dispersion and tends to sediment and phase separate. The solids are suspended in the liquid phase. The fluid state is in particular the mixing or demixing state of the individual phases.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Fluid eine Dispersion. Eine Dispersion ist ein heterogenes Gemisch aus mindestens zwei Stoffen, die sich nicht oder kaum ineinander lösen oder chemisch miteinander verbinden. Dabei ist ein Stoff (disperse Phase) fein verteilt in einem anderen Stoff (Dispersionsmedium). In der Regel handelt es sich um Kolloide. Die einzelnen Phasen können deutlich voneinander abgegrenzt und in der Regel durch physikalische Methoden wieder voneinander getrennt werden (z. B. Filtrieren, Zentrifugieren), oder sie entmischen sich von selbst (Sedimentieren). Der Fluidzustand ist insbesondere der Misch- bzw. Entmischungszustand der einzelnen Phasen. In a further preferred embodiment of the invention, the fluid is a dispersion. A dispersion is a heterogeneous mixture of at least two substances that do not or hardly dissolve or chemically bond with each other. One substance (disperse phase) is finely distributed in another substance (dispersion medium). As a rule, they are colloids. The individual phases can be clearly delimited from each other and usually separated again by physical methods (eg filtration, centrifugation), or they separate by themselves (sedimentation). The fluid state is in particular the mixing or demixing state of the individual phases.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Fluid eine Emulsion. Unter einer Emulsion versteht man ein fein verteiltes Gemisch zweier normalerweise nicht mischbarer Flüssigkeiten ohne sichtbare Entmischung. Beispiele für Emulsionen sind zahlreiche Kosmetika, Milch oder Mayonnaise. Der Fluidzustand ist insbesondere der Misch- bzw. Entmischungszustand der einzelnen Flüssigkeiten. In a further preferred embodiment of the invention, the fluid is an emulsion. An emulsion is a finely divided mixture of two normally immiscible liquids without visible segregation. Examples of emulsions are numerous cosmetics, milk or mayonnaise. The fluid state is in particular the mixing or demixing state of the individual fluids.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Fluid Blut, besonders bevorzugt in einem Kreislauf, wie einem extrakorporalen Kreislauf. Fremdstrukturen im Blut können sowohl Festkörper, wie Thromben- oder Erythrozytenaggregate, aber auch gasförmige Fremdkörper wie Luftblasen sein. In a preferred embodiment of the invention, the fluid is blood, more preferably in a circuit such as an extracorporeal circuit. Foreign structures in the blood can be both solid bodies, such as thrombus or erythrocyte aggregates, but also gaseous foreign bodies, such as air bubbles.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden als Fremdkörper Luftblasen, insbesondere Mikroluftblasen im Fluid detektiert. In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Größe der Luftblasen, insbesondere der Mikroluftblasen im Fluid bestimmbar. In a particularly preferred embodiment of the invention, air bubbles, in particular microbubbles in the fluid, are detected as foreign bodies. In a very particularly preferred embodiment, the size of the air bubbles, in particular the microbubbles in the fluid can be determined.
Zur Ultraschallüberwachung kann jede herkömmliche bekannte Messmethode herangezogen werden. Vorzugsweise erfolgt die Ultraschallüberwachung mittels Messung der Rückstreuung. For ultrasound monitoring, any conventional known measuring method can be used. The ultrasound monitoring preferably takes place by means of measuring the backscattering.
Die erfindungsgemäße Ultraschallsonde umfasst ein Gehäuse, welches bevorzugt eine Vorklemme umfasst, die die Geometrie des Schlauchs, indem sich ein extrakorporales Fluid befindet, in vertikaler und/oder horizontaler Richtung, vorzugsweise in vertikaler Richtung, einengt. In einer Ausführungsform der Erfindung kann Vorklemme gleichzeitig dazu dienen, den Deckel des Gehäuses zu fixieren bzw. zu verschlossen zu halten. The ultrasound probe according to the invention comprises a housing, which preferably comprises a pre-clamp, which constricts the geometry of the tube, in which an extracorporeal fluid is located, in the vertical and / or horizontal direction, preferably in the vertical direction. In one embodiment of the invention, pre-clamp can simultaneously serve to fix the lid of the housing or to keep it closed.
Der Schallkeil sowie der Reflektor und der Dämpfungskörper werden bevorzugt geometrisch so angeordnet, dass die Geometrie des Schlauchs an der Stelle des Messfeldes durch das Schließen der Ultraschallsonde in horizontaler und/oder vertikaler Richtung, vorzugsweise in horizontaler Richtung eingeengt wird. The sound wedge and the reflector and the damping body are preferably geometrically arranged so that the geometry of the tube is narrowed at the location of the measuring field by closing the ultrasonic probe in the horizontal and / or vertical direction, preferably in the horizontal direction.
Durch die Einengung der Schlauchgeometrie und damit des Schlauchdurchmessers an der Stelle des Messfeldes werden Fremdstrukturen wie zum Beispiel Luftblasen gezielt in das homogene Messfelde eingebracht. By narrowing the hose geometry and thus the hose diameter at the point of the measuring field, foreign structures such as air bubbles are deliberately introduced into the homogeneous measuring field.
Die Einengung der Schlauchgeometrie führt an dieser Stelle zu einer erhöhten Fließgeschwindigkeit und einem erhöhten Strömungswiderstand. Diese Effekte sind oft nicht erwünscht. Daher wird die maximale Einengung der Geometrie des Schlauchs, durch den das Fluid geleitet wird, nur an der Stelle des Messfeldes vorgenommen und der Schlauch im Weiteren nicht deformiert. Diese Art der Schlauchführung gewährleistet auch eine möglichst geringe Verwirbelung der Strömung in dem Schlauch. The narrowing of the tube geometry leads at this point to an increased flow velocity and an increased flow resistance. These effects are often undesirable. Therefore, the maximum constriction of the geometry of the tube through which the fluid is passed is made only at the location of the measurement field and the tube is not subsequently deformed. This type of hose guide also ensures the least possible turbulence of the flow in the hose.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ultraschallsonde ein Gehäuse mit Deckel, einen Ultraschallsensor, ein Schallfeld, einen Reflektor, ein Trägermaterial, einen Dämpfungskörper und mindestens eine Piezokeramik. Die Piezokeramik befindet sich vorzugsweise auf einem Schallkeil. Der Schallkeil liegt vorzugsweise mit einer Schallaustrittsfläche am Schlauch, durch den das Fluid geleitet wird, an. In a further embodiment, the ultrasound probe comprises a housing with cover, an ultrasound sensor, a sound field, a reflector, a carrier material, a damping body and at least one piezoceramic. The piezoceramic is located preferably on a sound wedge. The sound wedge is preferably with a sound exit surface on the hose through which the fluid is passed to.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Piezokeramik und der Schallkeil von allen Seiten, mit Ausnahme der Kontaktstelle zwischen Schallkeil und Schlauch, von einem Dämpfungskörper umgeben. Die Kontaktstelle zwischen Schallkeil und Schlauch wird im Folgenden als Schallaustrittsfläche bezeichnet. In a preferred embodiment, the piezoceramic and the sound wedge from all sides, with the exception of the contact point between the sound wedge and hose, surrounded by a damping body. The contact point between the sound wedge and the hose is referred to below as the sound exit surface.
Der Dämpfungskörper ist vorzugsweise in einem Trägermaterial fixiert. The damping body is preferably fixed in a carrier material.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst der Deckel der Ultraschallsonde einen Reflektor mit einer Reflexionsfläche. In a further embodiment of the invention, the cover of the ultrasound probe comprises a reflector with a reflection surface.
Die Piezokeramik dient als Ultraschallsender und -empfänger. Als Piezokeramik kann jede herkömmliche, im Ultraschallbereich anwendbare Keramik verwendet werden. Vorzugsweise wird eine Kompositkeramik verwendet. Besonders bevorzugt ist die Verwendung einer gefüllten Piezokeramik, wie beispielsweise einer Blei-Zirkonat-Titanat-Keramik (PZT-Keramik) mit Polymerfüllung. Die Geometrie der Piezokeramik ist so gewählt, dass ein im Wesentlichen homogenes Schallfeld erzeugt wird. Die Piezokeramik hat vorzugsweise einen rechteckigen oder elliptischen Querschnitt. Die Piezokeramik hat bevorzugt eine dem jeweiligen Schlauchquerschnitt angepasste Breite und Länge. Im Falle eines Schlauches mit einem Innendurchmesser von 3/8“ und einer Wandstärke von 1/16“ hat die Piezokeramik beispielsweise eine Länge zwischen 25 mm bis 12 mm, vorzugsweise 22 mm bis 14 mm, besonders bevorzugt 20 mm bis 14 mm. Die Breite der Piezokeramik liegt in diesem Fall beispielsweise zwischen 1 mm und 10 mm, vorzugsweise, 2 mm und 8 mm, besonders bevorzugt 3 mm und 6 mm. Beispielhaft kann die Piezokeramik eine Länge × Breite von 16 mm × 5 mm oder 20 mm × 3 mm aufweisen. Die Länge und Breite der Piezokeramik ist entsprechend an andere Schlauchdurchmesser anpassbar. Weitere Schläuche, die mit der erfindungsgemäßen Ultraschallsonde genutzt werden können sind, haben beispielsweise einen Innendurchmesser von 1/2“, 1/4“, 3/16, oder 3/8“ bei Wandstärken von 1/16“ bis 1/32“ oder einen Innendurchmesser von 2 mm bis 15,9 mm bei Wandstärken von 1 bis 3,2 mm. Auch Schläuche für industrielle Anwendungen mit einem Innendurchmesser von 1 1/2 bis 2“ sind denkbar. Denkbar sind auch Kathederschläuche mit z.B. einem Innendurchmesser von 0,4mm und einer Wandstärke von 0,07mm. Im Falle eines 1/2“ Schlauches kann die Piezokeramik eine Länge × Breite von 25 mm × 3 mm aufweisen. The piezoceramic serves as an ultrasonic transmitter and receiver. As a piezoceramic, it is possible to use any conventional ceramic used in the ultrasonic range. Preferably, a composite ceramic is used. Particularly preferred is the use of a filled piezoceramic, such as a lead zirconate titanate ceramic (PZT ceramic) with polymer filling. The geometry of the piezoceramic is chosen so that a substantially homogeneous sound field is generated. The piezoceramic preferably has a rectangular or elliptical cross section. The piezoceramic preferably has a width and length adapted to the respective tube cross section. In the case of a hose with an inner diameter of 3/8 "and a wall thickness of 1/16", the piezoceramic has, for example, a length between 25 mm to 12 mm, preferably 22 mm to 14 mm, particularly preferably 20 mm to 14 mm. The width of the piezoceramic is in this case, for example, between 1 mm and 10 mm, preferably, 2 mm and 8 mm, particularly preferably 3 mm and 6 mm. By way of example, the piezoceramic may have a length × width of 16 mm × 5 mm or 20 mm × 3 mm. The length and width of the piezoceramic can be adapted to other tube diameters. Other hoses that can be used with the ultrasonic probe according to the invention, for example, have an inner diameter of 1/2 ", 1/4", 3/16, or 3/8 "with wall thicknesses of 1/16" to 1/32 "or an inner diameter of 2 mm to 15.9 mm with wall thicknesses of 1 to 3.2 mm. Also hoses for industrial applications with an internal diameter of 1 1/2 to 2 "are conceivable. Also conceivable are catheter tubes with e.g. an inside diameter of 0.4mm and a wall thickness of 0.07mm. In the case of a 1/2 "hose, the piezoceramic may have a length × width of 25 mm × 3 mm.
In einer geeigneten Ausführungsform ist die Piezokeramik auf einem Schallkeil aufgebracht, wobei der Schallkeil vorzugsweise an der Schallaustrittsfläche am Schlauch anliegt. In a suitable embodiment, the piezoceramic is applied to a sound wedge, wherein the sound wedge preferably rests against the hose on the sound exit surface.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Schallkeil an allen anderen Grenzflächen von einem Dämpfungskörper umgeben. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform liegt die Schallaustrittsfläche der Piezokeramik gegenüber und ist so dimensioniert, dass der Schall nicht über die gesamte Fläche des Schallkeils, die dem Fluid zugewandt ist, austritt, d.h. dass die Schallaustrittsfläche nicht die gesamte Fläche des Schallkeils, die dem Fluid zugewandt ist, umfasst. In a preferred embodiment, the sound wedge at all other interfaces is surrounded by a damping body. In a particularly preferred embodiment, the sound exit surface of the piezoceramic is opposite and dimensioned so that the sound does not leak over the entire surface of the sound wedge, which faces the fluid, i. the sound exit surface does not comprise the entire surface of the sound wedge facing the fluid.
In einer anderen Ausführungsform umfasst die Ultraschallsonde mehr als eine Piezokeramik. Dadurch ist die Messung verschiedener Streuwinkel und damit verschiedener Ortslagen möglich. Dies ermöglicht insbesondere auch die Diskriminierung mehrerer Fremdkörper im Messvolumen. In another embodiment, the ultrasound probe comprises more than one piezoceramic. As a result, the measurement of different scattering angles and thus different locations is possible. This also makes it possible, in particular, to discriminate a plurality of foreign bodies in the measuring volume.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst die Ultraschallsonde ein Array von Piezokeramiken. Das Array von Ultraschallsonden besteht dabei aus mehreren Piezokeramiken, zum Beispiel aus 4, 8, 16, 32, 64, 128 oder 256 Piezokeramiken. Dabei können die Piezokeramiken in Reihe (linear array) angeordnet sein, aber auch die Anordnung der Piezokeramiken in Reihe auf einer konvex oder konkav gekrümmten Ankoppelfläche ist möglich (curved array). Die einzelnen Piezokeramiken in einem Array lassen sich dabei einzeln oder in Gruppen ansteuern bzw. auslesen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform lassen sich die Piezokeramiken bei der Verwendung eines Arrays von Piezokeramiken phasenverschoben ansteuern (phased array Ansteuerung). Das heißt, die einzelnen Piezokeramiken oder Gruppen von Piezokeramiken aus dem Array lassen sich phasenverschoben also zeitversetzt ansteuern. Durch die phasenverschobene Ansteuerung der Einzelnen Piezokeramiken oder Gruppen von Piezokeramiken aus dem Array kann eine weitere Homogenisierung des Schallfeldes erreicht werden. In a particularly preferred embodiment, the ultrasound probe comprises an array of piezoceramics. The array of ultrasound probes consists of several piezoceramics, for example 4, 8, 16, 32, 64, 128 or 256 piezoceramics. In this case, the piezoceramics can be arranged in series (linear array), but also the arrangement of the piezoceramics in series on a convexly or concavely curved coupling surface is possible (curved array). The individual piezoceramics in an array can be controlled or read individually or in groups. In a particularly preferred embodiment, the piezoceramics can be driven in phase with the use of an array of piezoceramics (phased array control). That is, the individual piezoceramics or groups of piezoceramics from the array can be phase-shifted so that they are triggered with a time delay. By the phase-shifted control of the individual piezoceramics or groups of piezoceramics from the array, a further homogenization of the sound field can be achieved.
Die durch die Piezokeramik erzeugten Schallwellen werden in den Schallkeil und anschließend über die Schallaustrittsfläche in den Schlauch und das Fluid eingekoppelt. An der Schallaustrittsfläche kommt es ebenfalls zu einer teilweisen Reflexion der Schallwellen. Diese reflektierten Schallwellen unterliegen wiederum teilweise einer Reflexion an der Grenzfläche des Schallkeils zum umgebenden Medium. Bei den herkömmlich verwendeten Schallkeilen können die reflektierten Schallwellen teilweise über die Schallaustrittsfläche in den Schlauch und das Fluid eindringen. Dadurch wird ein inhomogenes Schallfeld im zu untersuchenden Fluid erzeugt. Diese Inhomogenität im Schallfeld ist nachteilig und beeinflusst die Messergebnisse in unerwünschter Weise. The sound waves generated by the piezoceramic are coupled into the sound wedge and then via the sound exit surface into the tube and the fluid. At the sound exit surface there is also a partial reflection of the sound waves. These reflected sound waves are in turn partially subject to reflection at the interface of the sound wedge to the surrounding medium. In the case of the conventionally used sound wedges, the reflected sound waves can partially penetrate into the hose and the fluid via the sound exit surface. As a result, an inhomogeneous sound field is generated in the fluid to be examined. These Inhomogeneity in the sound field is disadvantageous and affects the measurement results in an undesirable manner.
In der vorliegenden Erfindung wird die Geometrie des Schallkeils daher so vorgeschlagen, dass die an der Schallaustrittsfläche reflektierten Schallwellen nach einer erneuten Reflexion an der Grenzfläche des Schallkeils zum umgebenden Medium nicht zum Schallfeld im Messvolumen beitragen. In einer bevorzugten Ausführungsform tragen die einmal an der Schallaustrittsfläche reflektierten Schallwellen auch nach mehrfacher Reflexion an der Grenzfläche des Schallkeils zum umgebenden Medium nicht zum Schallfeld im Messvolumen bei. In the present invention, therefore, the geometry of the sound wedge is proposed such that the sound waves reflected at the sound exit surface do not contribute to the sound field in the measurement volume after renewed reflection at the interface of the sound wedge to the surrounding medium. In a preferred embodiment, the sound waves once reflected at the sound exit surface do not contribute to the sound field in the measurement volume even after multiple reflection at the interface of the sound wedge to the surrounding medium.
Als Messvolumen wird im Sinn der Erfindung der Bereich zwischen Schallaustrittsfläche und Reflektor bezeichnet, in dem Fremdstrukturen detektiert werden können. In the sense of the invention, the measuring volume is the area between the sound exit surface and the reflector, in which foreign structures can be detected.
Neben der Geometrie des Schallkeils ist der Dämpfungskörper um den Schallkeil von besonderer Bedeutung. Nach der Reflexion an der Schallaustrittsfläche werden die reflektierten Schallwellen teilweise an der Grenzfläche von Schallkeil und umgebendem Dämpfungskörper reflektiert und teilweise in den Dämpfungskörper ausgekoppelt. Der ausgekoppelte Anteil der Schallwellen wird durch den Dämpfungskörper absorbiert. Der reflektierte Anteil der Schallwellen wird erneut, gegebenenfalls mehrfach, an der Grenzfläche von Schallkeil und umgebendem Dämpfungskörper reflektiert und wiederum in den Dämpfungskörper ausgekoppelt. In addition to the geometry of the sound wedge, the damping body around the sound wedge is of particular importance. After reflection at the sound exit surface, the reflected sound waves are partially reflected at the interface of the sound wedge and the surrounding damping body and partially decoupled into the damping body. The decoupled portion of the sound waves is absorbed by the damping body. The reflected portion of the sound waves is reflected again, possibly several times, at the interface of the sound wedge and the surrounding damping body and in turn coupled out into the damping body.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ultraschallsonde wird der an der Schallaustrittsfläche reflektierte Hauptstrahl der Reflexion in seiner Intensität geschwächt, indem er an der Grenzfläche von Schallkeil und Dämpfungskörper teilweise reflektiert und teilweise in den Dämpfungskörper ausgekoppelt wird. Der ausgekoppelte Anteil wird im Dämpfungskörper absorbiert und kann nicht in das Messvolumen gelangen. In a preferred embodiment of the ultrasonic probe according to the invention, the main ray of the reflection reflected at the sound exit surface is weakened in its intensity by being partially reflected at the interface of the sound wedge and the damping body and partially being coupled out into the damping body. The decoupled portion is absorbed in the damping body and can not get into the measuring volume.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Ultraschallsonde wird der an der Schallaustrittsfläche reflektierte Hauptstrahl der Reflexion der Schallwellen in seiner Intensität geschwächt, indem er mehrfach an der Grenzfläche von Schallkeil und Dämpfungskörper teilweise reflektiert und teilweise in den Dämpfungskörper ausgekoppelt wird. Der jeweils in den Dämpfungskörper ausgekoppelte Anteil wird absorbiert und kann nicht in das Messvolumen gelangen. In a particularly preferred embodiment of the ultrasound probe, the main beam of reflection of the sound waves reflected at the sound exit surface is weakened in its intensity by being partially reflected several times at the interface of the sound wedge and the damping body and partially decoupled into the damping body. Each decoupled in the damping body portion is absorbed and can not get into the measurement volume.
Der Dämpfungskörper besteht aus einem Material, das Schallwellen gut absorbiert. Dies kann zum Beispiel ein geeignetes Gemisch aus Polymeren und Festkörperpartikeln geeigneter Größe oder Größenverteilung sein, beispielsweise ein Polyurethan, ein Expoxidharz oder ein Silikon und Metallpartikel. Solche Materialien sind dem Fachmann bekannt. The damping body is made of a material that absorbs sound waves well. This may be for example a suitable mixture of polymers and solid particles of suitable size or size distribution, for example a polyurethane, an epoxy resin or a silicone and metal particles. Such materials are known to the person skilled in the art.
Geeignete Materialien für den Schallkeil können zum Beispiel Festkörper mit geeigneter Schallimpedanz und Schalldämpfung im bevorzugten Ultraschallfrequenzbereich sein. Insbesondere richtet sich das Material des Schallkeils nach den akustischen Eigenschaften des Schlauches und dem Einsatzbereich. So sollte das Material beispielsweise desinfizierbar und/oder hitzebeständig sein. Beispiele für geeignete Materialien für die Ausbildung des Schallkeils sind Polyetheretherketon (PEEK) und Styrol. Andere geeignete Materialien sind dem Fachmann bekannt. Suitable materials for the sound wedge may be, for example, solid with suitable acoustic impedance and sound attenuation in the preferred ultrasonic frequency range. In particular, the material of the sound wedge depends on the acoustic properties of the hose and the area of use. For example, the material should be disinfectable and / or heat-resistant. Examples of suitable materials for the formation of the sound wedge are polyetheretherketone (PEEK) and styrene. Other suitable materials are known to those skilled in the art.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Ultraschallsonde einen Schallkeil, bei dem der Absorberwinkel, der Einschallwinkel und der Schallfeldwinkel Werte in den folgenden Bereichen aufweisen:
- – Absorberwinkel W1: 15°
bis 25° - – Einschallwinkel W2: 115° bis 135°
- – Schallfeldwinkel W3: 95° bis 110°.
- - Absorber angle W1: 15 ° to 25 °
- - Insulation angle W2: 115 ° to 135 °
- - Sound field angle W3: 95 ° to 110 °.
Die Länge und Höhe des Schallkeils sowie die Breite der Piezokeramik können an die Bedingungen, unter denen die Ultraschallsonde eingesetzt werden soll, angepasst werden. Insbesondere sind Länge und Höhe des Schallkeils sowie die Breite der Piezokeramik an den Durchmesser des Schlauchs, der das Fluid führt, anpassbar. The length and height of the sound wedge and the width of the piezoceramic can be adapted to the conditions under which the ultrasound probe is to be used. In particular, the length and height of the sound wedge and the width of the piezoceramic to the diameter of the tube, which carries the fluid adaptable.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat der Schallkeil zum Beispiel folgende Dimensionen (siehe
- – Breite des Schallfensters B2: 4 mm–6mm
- – Breite der Piezokeramik B1: 2 mm–4 mm
- – Keillänge L: 15
mm bis 25 mm - – Keilhöhe H: 5
mm bis 15 mm - – Absorberwinkel W1: 15°
bis 25 ° - – Einschallwinkel W2: 115° bis 135 °
- – Schallfeldwinkel W3: 95° bis 110°.
- - Width of the sound window B2: 4 mm-6mm
- - Width of piezoceramic B1: 2 mm-4 mm
- - Keylength L: 15 mm to 25 mm
- - Wedge height H: 5 mm to 15 mm
- - Absorber angle W1: 15 ° to 25 °
- - Insulation angle W2: 115 ° to 135 °
- - Sound field angle W3: 95 ° to 110 °.
Prinzipiell ist erfindungsgemäß jedoch jede Geometrie des Schallkeils möglich, die eine erfindungsgemäße Reflexion und Absorption der Schallwellen gewährleistet. In principle, however, any geometry of the sound wedge is possible according to the invention, which ensures a reflection and absorption of the sound waves according to the invention.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird aufgrund der Geometrie des Schallkeils und der Piezokeramik sowie der Verwendung eines geeigneten Dämpfungskörpers ein homogenes Schallfeld im Messvolumen erzeugt, welches frei von Mehrfachreflexionen ist. In a particularly preferred embodiment of the invention, a homogeneous sound field is generated in the measurement volume due to the geometry of the sound wedge and the piezoceramic and the use of a suitable damping body, which is free of multiple reflections.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind der Ultraschallsensor sowie der Reflektor und die Klemme in der erfindungsgemäßen Ultraschallsonde so angeordnet, dass ein homogenes Schallfeld ohne Mehrfachreflexionen im Messvolumen erzeugt wird. Der Schallkeil hat in diesem Fall folgende Dimensionen (siehe
- – Breite des Schallfensters B2: 5,3 mm
- – Breite der Piezokeramik B1: 3 mm
- – Keillänge L: 18,3mm
- – Keilhöhe H: 9,9 mm
- – Absorberwinkel W1: 20°
- – Einschallwinkel W2: 128°
- – Schallfeldwinkel W3: 100°.
- - Width of the sound window B2: 5.3 mm
- - Width of piezoceramic B1: 3 mm
- - Keylength L: 18.3mm
- - Wedge height H: 9,9 mm
- - Absorber angle W1: 20 °
- - Insulation angle W2: 128 °
- - Sound field angle W3: 100 °.
Die erfindungsmäße Ultraschallsonde ist in mehrerlei Hinsicht vorteilhaft. Durch die besondere Anordnung und Geometrie der einzelnen Bauteile wie oben beschrieben wird die Sensitivität der Ultraschallsonde für die Detektion von Fremdkörpern, insbesondere Luftblasen stark erhöht. Dies äußert sich daran, dass Luftblasen mit einem deutlich kleineren Durchmesser bis hin zu Mikroluftblasen zuverlässig detektiert werden können. Mit herkömmlichen Geräten war es bislang nicht möglich, kleine Luftblasen mit einem Durchmesser bis zu 5 µm, vorzugsweise bis zu 4 µm, 3 µm, 2 µm oder 1 µm mit ausreichender Genauigkeit und Reproduzierbarkeit zu bestimmen. So kommt es bei der Verwendung von herkömmlichen Sonden zu sogenannten Doppelmessungen. Doppelmessungen bedeutet in diesem Fall, dass sich zwei oder mehr Luftblasen bzw. Fremdstrukturen im Messvolumen befinden, die in der Messung nicht als einzelne, separate Strukturen, sondern als eine Struktur erkannt werden. The ultrasonic probe according to the invention is advantageous in several respects. Due to the special arrangement and geometry of the individual components as described above, the sensitivity of the ultrasonic probe for the detection of foreign bodies, in particular air bubbles is greatly increased. This is evidenced by the fact that air bubbles with a much smaller diameter up to micro air bubbles can be reliably detected. With conventional devices, it has hitherto not been possible to determine small air bubbles with a diameter of up to 5 μm, preferably up to 4 μm, 3 μm, 2 μm or 1 μm, with sufficient accuracy and reproducibility. So it comes with the use of conventional probes to so-called double measurements. Dual measurements in this case means that there are two or more air bubbles or foreign structures in the measuring volume, which are not detected as individual, separate structures in the measurement but as a structure.
Aufgrund des Aufbaus der erfindungsgemäßen Sonde kann die Größe von Fremdstrukturen und insbesondere von Luftblasen im Vergleich zu herkömmlichen Ultraschallsonden mit höherer Genauigkeit bestimmt werden. Die Messergebnisse mit herkömmlichen Sonden bieten eine Genauigkeit mit einer Standardabweichung im Bereich von 40–60 %. Mit der erfindungsgemäßen Ultraschallsonde wird die Anzahl der Doppelmessungen aufgrund des verkleinerten Messvolumens deutlich reduziert und die Genauigkeit der Messungen dadurch verbessert. Darüber hinaus werden die Fremdstrukturen aufgrund der geometrischen Einengung des Fluid-führenden Schlauchs in das homogene Schallfeld eingebracht. Die konstruktiven Besonderheiten im Aufbau der Ultraschallsonde führen außerdem dazu, dass keine Mehrfachreflexionen im Messvolumen auftreten. Dadurch kann die Größe von Fremdstrukturen mit der erfindungsgemäßen Ultraschallsonde mit einer Standartabweichung von nur noch 20–40 % bestimmt werden. Due to the structure of the probe according to the invention, the size of foreign structures and in particular of air bubbles compared to conventional ultrasonic probes can be determined with higher accuracy. Measurement results with conventional probes provide accuracy with a standard deviation in the range of 40-60%. With the ultrasound probe according to the invention, the number of double measurements is significantly reduced due to the reduced measuring volume and the accuracy of the measurements is thereby improved. In addition, the foreign structures are introduced due to the geometric constriction of the fluid-conducting tube in the homogeneous sound field. The constructional peculiarities in the construction of the ultrasonic probe also lead to the fact that no multiple reflections occur in the measuring volume. As a result, the size of foreign structures can be determined with the ultrasound probe according to the invention with a standard deviation of only 20-40%.
Die Vorgeschlagene Ultraschallsonde kann in Verfahren zur Ermittlung und/oder Überwachung des Auftretens und/oder zur Größenbestimmung von Fremdstrukturen in einem extrakorporalen Fluid oder einem extrakorporalen Fluidstrom verwendet werden. Dabei wird das extrakorporale Fluid durch einen Schlauch geleitet. Zusätzlich zur Ultraschallsonde kann in dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Signalauswertemittel verwendet werden. Als Signalauswertemittel kann Beispielsweise ein geeigneter Auswertealgorithmus verwendet werden. The proposed ultrasound probe may be used in methods for detecting and / or monitoring the occurrence and / or sizing of extraneous structures in an extracorporeal fluid or extracorporeal fluid flow. The extracorporeal fluid is passed through a hose. In addition to the ultrasound probe, a signal evaluation means can be used in the method according to the invention. As a signal evaluation means, for example, a suitable evaluation algorithm can be used.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Verfahren zur Ermittlung und/oder Überwachung des Auftretens und/oder zur Größenbestimmung von Fremdstrukturen in Blut oder einem Blutstrom, insbesondere einem extrakorporalen Blutstrom, bereitgestellt, wobei das Blut mit der erfindungsgemäßen Ultraschallsonde überwacht wird und die Messergebnisse mit einem Signalauswertemittel ausgewertet werden. In a preferred embodiment, a method is provided for determining and / or monitoring the occurrence and / or size determination of foreign structures in blood or a blood stream, in particular an extracorporeal blood stream, wherein the blood is monitored with the ultrasound probe according to the invention and the measurement results with a signal evaluation means be evaluated.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es auch möglich, wenigstens eine Fremdstruktur von wenigstens einer weiteren Fremdstruktur im Fluid zu unterscheiden. By the method according to the invention it is also possible to distinguish at least one foreign structure from at least one further foreign structure in the fluid.
Die wenigstens eine Fremdstruktur in dem Fluid kann gasförmig, wie etwa eine Luftblase, sein. Die wenigstens eine Fremdstruktur kann aber auch ein Festkörper, wie beispielsweise ein Blutgerinnsel oder ein von der Oberfläche des extrakorporalen Kreislaufs abgelöster Fremdkörper, sein. The at least one foreign structure in the fluid may be gaseous, such as an air bubble. However, the at least one foreign structure can also be a solid, such as a blood clot or a foreign body detached from the surface of the extracorporeal circuit.
Die wenigstens eine weitere Fremdstruktur in dem Fluid kann ebenfalls gasförmig, wie etwa eine Luftblase, sein aber auch ein Festkörper, wie beispielsweise ein Blutgerinnsel oder ein von der Oberfläche des extrakorporalen Kreislaufs abgelöster Fremdkörper, sein. The at least one other foreign structure in the fluid may also be gaseous, such as an air bubble, but may also be a solid, such as a blood clot or a foreign body detached from the surface of the extracorporeal circuit.
Die Unterscheidung kann über die Rückstreuamplitude erfolgen, die beispielsweise in Luft größer ist als bei Blutgerinnseln ist, da der Impedanzsprung zwischen Blut und Luft erhöht ist. In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Unterscheidung von Luftblasen und Mikroembolien aufgrund des unterschiedlichen Verhältnisses zwischen Amplitude des Signals und der Aufenthaltsdauer, also der Zeitinformation, vorgenommen. The distinction can be made via the backscatter amplitude, which is greater in air, for example, than in blood clots, since the impedance jump between blood and air is increased. In a preferred embodiment, a distinction of air bubbles and microemboli is made due to the different ratio between the amplitude of the signal and the duration of the stay, so the time information.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es daher möglich, Luftblasen insbesondere Mikroluftblasen in extrakorporalen Kreisläufen nichtinvasiv ohne direkten Kontakt zu der Flüssigkeit zu detektieren. The method according to the invention therefore makes it possible to detect air bubbles, in particular microbubbles, in non-invasive extracorporeal circuits without direct contact with the liquid.
Größere Luftblasen können unter Verwendung eines Referenzsignals und durch die Auswertung des Integrals der Amplitudenwerte bestimmt werden. Dafür dürfen die Amplitudenwerte nicht übersteuert sein. Larger air bubbles can be determined using a reference signal and evaluating the integral of the amplitude values. For this, the amplitude values must not be overdriven.
Die erfindungsgemäße Ultraschallsonde und das erfindungsgemäße Verfahren sind besonders gut dazu geeignet, sehr kleine Luftblasen, wie zum Beispiel Mikroluftblasen, zu detektieren und/oder deren Größe zu bestimmen. The ultrasound probe according to the invention and the method according to the invention are particularly good suitable for detecting and / or determining the size of very small air bubbles, such as microbubbles.
Die Größe der detektierbaren Fremdstrukturen hängt vom Impedanzsprung ab. Luftblasen sind beispielsweise ab einem Durchmesser von 1 µm, vorzugsweise ab 2 µm, 3 µm, 4 µm oder 5 µm messbar. Fremdstrukturen können bis zu einem Durchmesser detektiert werden, der maximal dem Schlauchdurchmesser entspricht. The size of the detectable foreign structures depends on the impedance jump. Air bubbles can be measured, for example, from a diameter of 1 .mu.m, preferably from 2 .mu.m, 3 .mu.m, 4 .mu.m or 5 .mu.m. Foreign structures can be detected up to a diameter which corresponds at most to the hose diameter.
Durch die Vorklemme an der Ultraschallsonde und die Anordnung von Schallkeil, Dämpfungskörper und Reflektor wird die Geometrie des Schlauches, durch den der extrakorporale Fluidstrom geleitet wird bzw. in dem sich das extrakorporale Fluid befindet, in horizontaler und/oder vertikaler Richtung eingeengt. Fremdstrukturen, die detektierte werden sollen, werden dadurch in das homogene Schallfeld der Ultraschallsonde geleitet. By the Vorklemme on the ultrasonic probe and the arrangement of sound wedge, damping body and reflector, the geometry of the tube through which the extracorporeal fluid flow is passed or in which the extracorporeal fluid is located, concentrated in the horizontal and / or vertical direction. Foreign structures that are to be detected are thereby conducted into the homogeneous sound field of the ultrasound probe.
In einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird für die Streumessung mehr als eine Piezokeramik verwendet. Dadurch ist die Messung verschiedener Streuwinkel und damit verschiedener Ortslagen möglich. Dies ermöglicht die Diskriminierung mehrerer Fremdkörper im Messvolumen. In a particular embodiment of the method according to the invention more than one piezoceramic is used for the scattering measurement. As a result, the measurement of different scattering angles and thus different locations is possible. This allows the discrimination of multiple foreign bodies in the measurement volume.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine fortlaufende Korrektur der Umgebungsparameter vorgenommen. Durch den Schlauch, der das Fluid oder den Fluidstrom umgibt, erfahren die Schallwellen eine Dämpfung. In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden deshalb die Schlauchparameter bestimmt. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass durch eine Reflexionsmessung ein Referenzsignal bezüglich der Dämpfung der Schallwellen durch den Schlauchs und der Ankopplung an den Schlauch gemessen werden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die Korrektur der Schlauchparameter, beispielsweise mit Hilfe des ermittelten Referenzsignals, fortlaufend in „real time“ vorgenommen. In one embodiment of the method according to the invention, a continuous correction of the environmental parameters is undertaken. Through the hose, which surrounds the fluid or the fluid flow, the sound waves undergo damping. In a preferred embodiment of the method, therefore, the tube parameters are determined. This can be done, for example, by measuring a reference signal with respect to the attenuation of the sound waves through the hose and the coupling to the hose by means of a reflection measurement. In a particularly preferred embodiment of the method, the correction of the tube parameters, for example with the aid of the determined reference signal, is carried out continuously in "real time".
In dem vorgeschlagenem Verfahren kann das Signal auch als komplexes I-Q-Signal ausgewertet werden. Zusätzlich zur Information der Amplitudengröße wird dadurch die Phaseninformation gewonnen. Das detektierte Signal wird dafür in zwei Wegen weiterverarbeitet. Einmal wird eine Demodulation mit der originalen Phase durchgeführt, wodurch das I-Signal erhalten wird. Darüber hinaus wird eine Demodulation mit einer um 90° verschobenen Phase durchgeführt, wodurch das Q-Signal erhalten wird. Über Berechnungen mit Hilfe von Winkelfunktionen ist es möglich, die Phaseninformation zu extrahieren. Das Verfahren ist dem Fachmann bekannt. Durch die Phaseninformation kann die Flussrichtung des Fluidstroms bestimmen werden. In the proposed method, the signal can also be evaluated as a complex I-Q signal. In addition to the information of the amplitude size, the phase information is thereby obtained. The detected signal is processed further in two ways. Once a demodulation is performed with the original phase, whereby the I-signal is obtained. In addition, demodulation is performed with a phase shifted by 90 °, whereby the Q signal is obtained. Calculations with the help of trigonometric functions make it possible to extract the phase information. The process is known to the person skilled in the art. Through the phase information, the flow direction of the fluid flow can be determined.
In einer besonderen Ausführungsform des Verfahrens ist die Messfrequenz nicht konstant sondern kann an die Messbedingungen angepasst werden. Bevorzugt wird eine solche Anpassung automatisch vorgenommen. Für sehr kleine Strukturen sollte die Frequenz größer gewählt werden (z.B. für Mikroembolien aus Blutzellen). Für große Luftmengen und größere Schläuche kann die Frequenz geringer sein. Vorzugsweise liegt die Messfrequenz in Abhängigkeit der Messbedingungen und/oder der messenden Fremdstrukturen im Bereich von 0,5 MHz bis 16 MHz, bevorzugt von 1 bis 8 MHz, besonders bevorzugt von 1,8 bis 2,2 MHz. Eine geeignete Messfrequenz liegt beispielsweise bei 2 MHz. In a particular embodiment of the method, the measurement frequency is not constant but can be adapted to the measurement conditions. Preferably, such an adjustment is made automatically. For very small structures, the frequency should be chosen to be larger (e.g., for microemboli from blood cells). For large volumes of air and larger hoses, the frequency may be lower. The measuring frequency is preferably in the range from 0.5 MHz to 16 MHz, preferably from 1 to 8 MHz, particularly preferably from 1.8 to 2.2 MHz, depending on the measuring conditions and / or the measuring foreign structures. A suitable measuring frequency is for example 2 MHz.
In einer Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Verfahren die Bestimmung der Größe der Fremdstrukturen, insbesondere der Größe von Luftblasen. Dafür ist es vorteilhaft, wenn vor der Untersuchung des Fluids eine Kalibrierung der erfindungsgemäßen Ultraschallsonde vorgenommen wird. In one embodiment, the method according to the invention comprises determining the size of the foreign structures, in particular the size of air bubbles. For this purpose, it is advantageous if a calibration of the ultrasound probe according to the invention is carried out before the examination of the fluid.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden für die Kalibrierung die Streusignale von Luftblasen mit mindestens zwei verschiedenen Größen mit der Ultraschallsonde gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren gemessen. Hierfür kann beispielsweise ein Kreislauf genutzt werde, durch den Luftbläschen mit definierter Größe, einzeln und getaktet, geleitet werden. Die Streusignale der Luftbläschen können dann der Größe der jeweiligen Bläschen zugeordnet werden. Auf diese Weise können Streusignale für zwei, drei, vier, fünf oder mehr definierte Größen von Luftblasen ermittelt werden. Aus den so gemessenen Streusignalen kann mittels dem Fachmann bekannten mathematischen Verfahren und Methoden eine Regressionskurve oder -gerade abgeleitet werden. Den anschließend in dem zu untersuchenden Fluid gemessenen Streusignalen von Luftbläschen können so mit Hilfe der durch die Kalibrierung gewonnen Daten bzw. Regressionskurven oder -geraden, Größen zugeordnet werden. In a preferred embodiment of the method, for the calibration, the scattering signals of air bubbles of at least two different sizes are measured with the ultrasound probe according to the proposed method. For this purpose, for example, a circuit can be used, are passed through the air bubbles of a defined size, individually and clocked. The scattering signals of the air bubbles can then be assigned to the size of the respective bubbles. In this way, scattering signals for two, three, four, five or more defined sizes of air bubbles can be determined. From the scatter signals thus measured, a regression curve or straight line can be derived by means of mathematical methods and methods known to those skilled in the art. The scattering signals of air bubbles subsequently measured in the fluid to be examined can thus be assigned values with the aid of the data or regression curves or straight lines obtained by the calibration.
Die Erfindung wird im Folgenden durch 1 Ausführungsbeispiel und 7 Figuren näher beschrieben. The invention will be described in more detail below by 1 embodiment and 7 figures.
Es zeigen: Show it:
- – Breite des Schallfensters B2: 5,3 mm
- – Breite der Piezokeramik B1: 3 mm
- – Keillänge L: 18,3mm
- – Keilhöhe H: 9,9 mm
- – Absorberwinkel W1: 20°
- – Einschallwinkel W2: 128°
- – Schallfeldwinkel W3: 100°.
- - Width of the sound window B2: 5.3 mm
- - Width of piezoceramic B1: 3 mm
- - Keylength L: 18.3mm
- - Wedge height H: 9,9 mm
- - Absorber angle W1: 20 °
- - Insulation angle W2: 128 °
- - Sound field angle W3: 100 °.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 10 10
- Ultraschallsonde ultrasound probe
- 11 11
- Vorklemme Vorklemme
- 12 12
- Gehäuse casing
- 13 13
- Schallaustrittsfläche Sound-emitting surface
- 14 14
- Kabel electric wire
- 15 15
- Reflektor reflector
- 16 16
- Deckel cover
- 17 17
- Schlauch tube
- 18a 18a
- vertikale Einengung des Schlauches vertical constriction of the hose
- 18b 18b
- horizontale Einengung des Schlauches horizontal constriction of the hose
- 19 19
- Schlauchwand tube wall
- 20 20
- Dämpfungskörper damping body
- 21 21
- Piezokeramik piezoceramic
- 22 22
- Trägermaterial support material
- 23 23
- Schallkeil sound wedge
- 24 24
- Reflexionsfläche reflecting surface
- 25 25
- Fluid fluid
- L L
- Schallkeillänge Sound Wedge length
- B1 B1
- Breite der Piezokeramik Width of the piezoceramic
- B2 B2
- Breite der Schallaustrittsfläche Width of the sound exit surface
- H H
- Schallkeilhöhe Sound wedge height
- W1 W1
- Absorberwinkel absorber angle
- W2 W2
- Einschallwinkel beam angle
- W3 W3
- Schallfeldwinkel Sound field angle
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 10210034553 [0016] DE 10210034553 [0016]
- DE 102014104909 A1 [0017] DE 102014104909 A1 [0017]
- DE 102008041831 A1 [0018] DE 102008041831 A1 [0018]
- US 20080092623 A1 [0019] US 20080092623 A1 [0019]
Claims (18)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102015120099.6A DE102015120099B4 (en) | 2015-11-19 | 2015-11-19 | Ultrasonic probe for detecting foreign structures in fluids |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102015120099.6A DE102015120099B4 (en) | 2015-11-19 | 2015-11-19 | Ultrasonic probe for detecting foreign structures in fluids |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE102015120099A1 true DE102015120099A1 (en) | 2017-05-24 |
| DE102015120099B4 DE102015120099B4 (en) | 2024-02-22 |
Family
ID=58693687
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE102015120099.6A Active DE102015120099B4 (en) | 2015-11-19 | 2015-11-19 | Ultrasonic probe for detecting foreign structures in fluids |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE102015120099B4 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102017105571A1 (en) | 2017-03-15 | 2018-09-20 | B. Braun Melsungen Ag | sensor device |
| TWI750901B (en) * | 2020-11-18 | 2021-12-21 | 同致電子企業股份有限公司 | Superficial foreign bodies detecting system for ultrasonic sensor |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2984756A (en) * | 1955-06-06 | 1961-05-16 | Bradfield Geoffrey | Launching mechanical waves |
| JPS5698092A (en) * | 1979-12-31 | 1981-08-07 | Fuji Electric Co Ltd | Ultrasonic wave probe |
| US5251490A (en) * | 1992-02-07 | 1993-10-12 | Kronberg James W | Ultrasonic fluid flow measurement method and apparatus |
| JPH05312611A (en) * | 1992-05-13 | 1993-11-22 | Fuji Electric Co Ltd | Transmissive ultrasonic flowmeter |
| US20080092623A1 (en) | 2006-10-18 | 2008-04-24 | Luna Innovations Incorporated | Method and apparatus for calibrating an ultrasonic sensing system used to detect moving objects |
| DE102008041831A1 (en) | 2008-09-05 | 2010-03-25 | Ge Inspection Technologies Gmbh | Impulse echo method with determination of the lead body geometry |
| DE102010034553A1 (en) | 2010-08-17 | 2012-03-08 | Fresenius Medical Care Deutschland Gmbh | Device for determining and / or monitoring foreign structures in a fluid or a fluid stream and method for this purpose |
| DE102010063535A1 (en) * | 2010-12-20 | 2012-06-21 | Endress + Hauser Flowtec Ag | Coupling element of an ultrasonic transducer for an ultrasonic flowmeter |
| DE102014104909A1 (en) | 2014-01-31 | 2015-08-06 | Ge Sensing & Inspection Technologies Gmbh | Method and device for non-destructive testing of a test specimen by means of ultrasound, taking into account the frequency-dependent sound attenuation |
-
2015
- 2015-11-19 DE DE102015120099.6A patent/DE102015120099B4/en active Active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2984756A (en) * | 1955-06-06 | 1961-05-16 | Bradfield Geoffrey | Launching mechanical waves |
| JPS5698092A (en) * | 1979-12-31 | 1981-08-07 | Fuji Electric Co Ltd | Ultrasonic wave probe |
| US5251490A (en) * | 1992-02-07 | 1993-10-12 | Kronberg James W | Ultrasonic fluid flow measurement method and apparatus |
| JPH05312611A (en) * | 1992-05-13 | 1993-11-22 | Fuji Electric Co Ltd | Transmissive ultrasonic flowmeter |
| US20080092623A1 (en) | 2006-10-18 | 2008-04-24 | Luna Innovations Incorporated | Method and apparatus for calibrating an ultrasonic sensing system used to detect moving objects |
| DE102008041831A1 (en) | 2008-09-05 | 2010-03-25 | Ge Inspection Technologies Gmbh | Impulse echo method with determination of the lead body geometry |
| DE102010034553A1 (en) | 2010-08-17 | 2012-03-08 | Fresenius Medical Care Deutschland Gmbh | Device for determining and / or monitoring foreign structures in a fluid or a fluid stream and method for this purpose |
| DE102010063535A1 (en) * | 2010-12-20 | 2012-06-21 | Endress + Hauser Flowtec Ag | Coupling element of an ultrasonic transducer for an ultrasonic flowmeter |
| DE102014104909A1 (en) | 2014-01-31 | 2015-08-06 | Ge Sensing & Inspection Technologies Gmbh | Method and device for non-destructive testing of a test specimen by means of ultrasound, taking into account the frequency-dependent sound attenuation |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102017105571A1 (en) | 2017-03-15 | 2018-09-20 | B. Braun Melsungen Ag | sensor device |
| TWI750901B (en) * | 2020-11-18 | 2021-12-21 | 同致電子企業股份有限公司 | Superficial foreign bodies detecting system for ultrasonic sensor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE102015120099B4 (en) | 2024-02-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1886130B1 (en) | Method and device for monitoring a flowing liquid for the presence of air | |
| EP2605811B1 (en) | Device for determining and/or monitoring foreign structures in a fluid or in a fluid stream, and method for doing same | |
| EP3803330B1 (en) | Analysis apparatus and method for analyzing a viscosity of a fluid | |
| EP3074060B1 (en) | Method for establishing and/or monitoring the state of an extracorporeal fluid or fluid flow by means of ultrasound | |
| DE69833367T2 (en) | OPTICAL DETECTION AND QUANTIFICATION OF MICROBUBBLES IN BLOOD | |
| EP2068973B1 (en) | Method and device for detecting air in a fluid system, in particular in an extracorporeal blood circuit of a blood treatment device | |
| EP2569619A1 (en) | Method and apparatus for determining cellular and/or extracellular, in particular macromolecular, portions of fluids, preferably bodily fluids, of living beings | |
| WO2019234151A1 (en) | Implantable device for determining a fluid volume flow through a blood vessel | |
| DE102015120099B4 (en) | Ultrasonic probe for detecting foreign structures in fluids | |
| Abts et al. | Computerized discrimination of microemboli in extracorporeal circuits | |
| Wu et al. | Cyclic variation of Doppler power from whole blood under pulsatile flow | |
| EP1021988A1 (en) | Catheter for insertion into blood vessels | |
| DE19627685C2 (en) | Use of a device for volumetric balancing of liquids | |
| DE102021214511A1 (en) | Device for a medical treatment device for measuring the flow of liquids in a lumen to be inserted and an ensemble with a corresponding device and a lumen | |
| WO2004010126A1 (en) | Method for nondestructive inspection of state of liquid flow in liquid passage device | |
| Wu et al. | An in vitro study of the effects of Doppler angle, fibrinogen, and hematocrit on ultrasonic Doppler power | |
| DE102018109702A1 (en) | Dialysis machine with blood leak sensor | |
| EP2475990B1 (en) | Device for testing for hemostasis | |
| DE102021204041B3 (en) | Ultrasound-based characterization of particles in a fluid-filled hollow structure | |
| AT392358B (en) | Method and equipment for examining the rheological relationships in a flow of a fluid medium containing particles | |
| DE102004013960A1 (en) | Sedimentation of cellular blood components in a sterile closed container comprises ultrasonically accelerating the sedimentation without opening the closed container | |
| Nagaveni et al. | Effect of elastic and acoustic properties of human blood and its plasma | |
| DE102004029902B4 (en) | Device for determining bone density by means of ultrasound | |
| Jenderka et al. | Detection and sizing of micro bubbles in streaming fluids with ultrasound | |
| Guilbert et al. | 11C-6 New Observations on the Anisotropy of Ultrasound Blood Backscatter as a Function of Frequency and Shear Rate |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R012 | Request for examination validly filed | ||
| R016 | Response to examination communication | ||
| R016 | Response to examination communication | ||
| R018 | Grant decision by examination section/examining division |