DE1263982B

DE1263982B - Ultrasonic pulse examination device

Info

Publication number: DE1263982B
Application number: DE1956H0028628
Authority: DE
Inventors: Dr Carl Hellmuth Hertz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1956-11-21
Filing date: 1956-11-21
Publication date: 1968-03-21

Description

Ultraschallimpuls-Untersuchungsgerät Die Erfindung betrifft ein nach dem Echolotverfahren arbeitendes Ultraschallimpuls-Untersuchungsgerät, das geeignet ist zur fortlaufenden Aufzeichnung von Bewegungen menschlicher Körperorgane, insbesondere des Herzens.Ultrasonic pulse examination device The invention relates to a The ultrasonic pulse examination device working with the echo sounder method, which is suitable is for the continuous recording of movements of human body organs, in particular of the heart.

Gerät zur Aufzeichnung von Ultraschallimpuls-Kardiogrammen sind bekannt. Diese Geräte orten die Herzwände mit Ultraschall mit einer Frequenz in der Größenordnung von 1 MHz, der in Form von Impulsfolgen mit einer Impulsdauer von etwa 10-5 bis 10-6 sec und einer Impulsfolgefrequenz zwischen 50 und 1000 Hz ausgesendet wird. Die Zeit bis zum Eintreffen der Echoimpulse beträgt dabei etwa l0-5sec. Dem Bildschirm des Kathodenstrahl-Oszillographen des Gerätes ist eine fotografische Einrichtung zugeordnet mit einer Blende mit einem parallel zur Zeitachse des Bildschirms verlaufenden schmalen Spalt und einem senkrecht zur Zeitachse des Bildschirms mit gleichbleibender Geschwindigkeit von z. B. 1 cm/sec bewegten fotografischen Film. Apparatus for recording ultrasonic pulse cardiograms are known. These devices use ultrasound to locate the heart walls at a frequency on the order of magnitude of 1 MHz, which is in the form of pulse trains with a pulse duration of about 10-5 to 10-6 sec and a pulse repetition frequency between 50 and 1000 Hz. The time until the echo pulses arrive is about 10-5sec. The screen of the device's cathode ray oscilloscope is a photographic device associated with an aperture with a parallel to the time axis of the screen narrow gap and one perpendicular to the time axis of the screen with constant Speed of z. B. 1 cm / sec moving photographic film.

Periodische Bewegungen der reflektierenden Herzwand ergeben auf dem Bildschirm periodische Verschiebungen der Echoimpulse in Richtung der Zeitachse. Von diesen sich auf dem Bildschirm periodisch verschiebenden Echoimpulsen werden mittels der Spaltblende Lichtpunkte auf dem fotografischen Film abgebildet, durch die auf dem Film ein fortlaufender Kurvenzug aufgezeichnet wird, der die Bewegungen der georteten Herzwand darstellt.Periodic movements of the reflective heart wall result on the Screen periodic shifts of the echo pulses in the direction of the time axis. These echo pulses are periodically shifting on the screen imaged light points on the photographic film by means of the slit diaphragm which a continuous curve is recorded on the film, showing the movements of the located heart wall.

Diese Art der Aufzeichnung von mittels Ultraschallimpulsfolgen georteten Bewegungen von Organen im menschlichen Körper ist hinsichtlich des Geräteaufbaus aufwendig und wegen der erforderlichen Entwicklungszeit des fotografischen Films zeitraubend. Außerdem ist die zeitgerechte Zuordnung so aufgenommener Ultraschallimpuls-Kardiogramme zu einem gleichzeitig aufgenommenen Elektrokardiogramm schwierig. This type of recording of localized by means of ultrasonic pulse trains Movement of organs in the human body is in terms of device structure expensive and because of the necessary development time for the photographic film time consuming. In addition, the timely assignment of ultrasound pulse cardiograms recorded in this way is important difficult for a simultaneous electrocardiogram.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, demgegenüber die Aufzeichnung der Organbewegungen wesentlich zu vereinfachen, insbesondere derart, daß diese Bewegungen sofort und nicht erst nach der Entwicklung eines fotografischen Films zur Auswertung vorliegen. Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß die gewünschte Vereinfachung erreicht werden könnte, wenn die in der medizinischen Diagnostik insbesondere zum Schreiben von Elektrokardiogrammen verwendeten elektromechanischen Meßwertschreiber, beispielsweise Strahlschreiber, dazu benutzt werden könnten; deren elektromechanischer Registrierteil kann allerdings nur Frequenzen bis zu einigen 100 Hz schreiben. The invention is based on the object, on the other hand, the recording to simplify the organ movements significantly, in particular in such a way that these movements immediately and not just after developing a photographic film for evaluation are present. The invention is based on the knowledge that the desired simplification could be achieved if the medical diagnostics in particular for Writing of electrocardiograms used electromechanical data recorders, for example, jet recorders, could be used for this purpose; their electromechanical The registration part can only write frequencies up to a few 100 Hz.

Bei der Lösung nach der Erfindung wird ausgegangen von einem bekannten Ultraschallimpuls-Untersuchungsgerät mit einer Zeitmeßvorrichtung, die jeweils mit der Aussendung des Ortungsimpulses gestartet und beim Eintreffen des Echoimpulses gestoppt wird und die direkt oder indirekt eine der Laufzeit der Ultraschallimpulse proportionale elektrische Spannung liefert. Erfindungsgemäß wird dieses Ultraschallimpuls-Untersuchungsgerät in Verbindung mit einem elektromechanischen Meßwertschreiber zur fortlaufenden Aufzeichnung von Bewegungen menschlicher Körperorgane, insbesondere des Herzens, mit der Maßgabe verwendet, daß die jeweils beim Eintreffen der Echoimpulse durch die Zeitmeßvorrichtung gelieferte, laufzeitproportionale elektrische Spannung bis zum Beginn der Aussendung des nachfolgenden Ortungsimpulses gespeichert und während der gesamten Speicherzeit zur Beaufschlagung des Meßwertschreibers benutzt wird, um dem Meßorgan des Meßwertschreibers ein Einschwingen in eine der laufzeitproportionalen Spannung jeder Meßperiode entsprechende Stellung zu ermöglichen. Bei der in Frage kommenden Folgefrequenz der Ortungsimpulse von 50 bis 1000 Hz ist dadurch erreicht, daß der Meßwert jeder Meßperiode praktisch zweimal 10-2 bis 10-3 sekundenlang (entsprechend den Pausen zwischen den Ortungsimpulsen) auf den Meßwertschreiber einwirkt und daher hinreichend in der Lage ist, das Meßorgan des elektromechanischen Schreibers auszulenken. Man kann demzufolge, was im Rahmen der Erfindung besonders sinnvoll ist, eines der mechanischen Schreibsysteme eines Mehrkurven-Elektrokardiographen zum Schreiben des Ultraschallimpuls-Kardiogramms verwenden und gleichzeitig ein anderes Schreibsystem dieses Elektrokardiographen zur Aufnahme eines normalen Elektrokardiogramms benutzen, so daß zur Diagnose beide einander zeitgerecht zugeordnete Kardiogramme zur Verfügung stehen. The solution according to the invention is based on a known one Ultrasonic pulse examination device with a timing device, each with the transmission of the locating pulse and when the echo pulse arrives is stopped and the direct or indirect one of the transit time of the ultrasonic pulses supplies proportional electrical voltage. This ultrasound pulse examination device is according to the invention in connection with an electromechanical data recorder for continuous recording of movements of human body organs, in particular of the heart, with the proviso used that in each case when the echo pulses arrive by the timing device Electrical voltage supplied, proportional to the running time, up to the start of transmission of the following locating pulse and for the entire storage time is used to act on the recorder to the measuring element of the recorder a settling into a voltage that is proportional to the running time of each measurement period To enable position. At the repetition frequency of the locating pulses in question from 50 to 1000 Hz is achieved in that the measured value of each measuring period is practically twice for 10-2 to 10-3 seconds (corresponding to the pauses between the location pulses) acts on the recorder and is therefore sufficiently capable of the measuring element deflect the electromechanical recorder. You can therefore, what is in the frame of the invention is particularly useful, one of the mechanical writing systems Multi-curve electrocardiograph for writing the ultrasonic pulse cardiogram and use another writing system of this electrocardiograph at the same time to take a normal electrocardiogram so that both can be used for diagnosis Timely assigned cardiograms are available.

Im Rahmen der Erfindung kann die Speicherung der durch die Zeitmeßvorrichtung gelieferten laufzeitproportionalen elektrischen Spannung bis zum Beginn der Aussendung des nachfolgenden Ortungsimpulses mittels eines Kondensators erfolgen, der sich über nachgeschaltete Stromkreise während der Speicherzeit nicht entladen kann. Beispielsweise kann ein in der Zeitmeßvorrichtung bereits vorhandener Kondensator, der in bekannter Weise eine der Laufzeit der Ultraschallimpulse proportionale elektrische Spannung liefert, als Speicherglied benutzt werden, indem dieser Kondensator jeweils gleichzeitig mit der Aussendung des Ortungsimpulses auf einen bestimmten Spannungswert schnell aufgeladen wird, unmittelbar anschließend sich zu entladen beginnt, und dieser Entladevorgang durch das Eintreffen des Echoimpulses beendet wird, so daß seine Restladespannung bis zur vollständigen Wiederaufladung bei Aussendung des folgenden Ortungsimpulses erhalten bleibt. Ein in der Zeitmeßvorrichtung vorhandener Kondensator kann auch dann als Speicherglied verwendet werden, wenn er zur Erzeugung einer der Laufzeit der Ultraschallimpulse proportionalen elektrischen Spannung in bekannter Weise jeweils mit der Aussendung des Ortungsimpulses langsam aufgeladen und diese Aufladung durch den Echoimpuls abgebrochen wird, indem der Kondensator erst unmittelbar vor der Aussendung des nächsten Ortungsimpulses schnell entladen wird. In the context of the invention, the storage of the by the timing device The electrical voltage supplied, proportional to the running time, up to the start of transmission of the subsequent locating pulse take place by means of a capacitor, which is cannot discharge via downstream circuits during the storage time. For example can be a capacitor already present in the timing device, which in known Way, an electrical voltage proportional to the transit time of the ultrasonic pulses supplies, can be used as a storage element by placing this capacitor at the same time with the emission of the locating pulse to a certain voltage value quickly is charged, immediately afterwards begins to discharge, and this discharge process is terminated by the arrival of the echo pulse, so that its residual charge voltage until the battery is fully recharged when the following locating pulse is sent preserved. A capacitor present in the timing device can also can then be used as a storage element when it is used to generate one of the runtime the electrical voltage proportional to the ultrasonic pulses in a known manner slowly charged with the emission of the locating pulse and this charging through the echo pulse is canceled by the capacitor only immediately before the Emission of the next location pulse is quickly discharged.

Für die erfindungsgemäße Speicherung ist indessen nicht Voraussetzung, daß die elektrische Spannung während der Speicherzeit konstant ist. Es ist vielmehr auch zulässig, daß die gespeicherte elektrische Spannung über die Speicherzeit etwas abnimmt, sofern die daraus resultierenden geringen Meßfehler noch innerhalb des Bereichs der Meßgenauigkeit des Gerätes liegen. Man kann deshalb als Speicherglied auch ein RC-Glied verwenden, beispielsweise ein RC-Glied, das in der Zeitmeßvorrichtung bereits vorhanden ist. Versuche haben ergeben, daß in einem solchen Fall dann keine den Bereich der Meßgenauigkeit des Gerätes übersteigende Meßfehler auftreten, wenn die Zeitkonstante des RC-Gliedes mindestens dem reziproken Wert der Folgefrequenz der Ortungsimpulse entspricht. However, it is not a prerequisite for storage according to the invention that that the electrical voltage is constant during the storage time. It is much more also permissible that the stored electrical voltage over the storage time something decreases, provided that the resulting small measurement errors are still within the The measuring accuracy of the device. You can therefore use it as a storage element also use an RC element, for example an RC element in the timing device already exists. Tests have shown that in such a case then none Measuring errors exceeding the range of the measuring accuracy of the device occur if the time constant of the RC element is at least the reciprocal value of the repetition frequency corresponds to the location impulses.

Bei Ultraschall-Echolotanordnungen, die dazu bestimmt sind, erst aus einer Reihe von Lotungen das Meßergebnis nach der Integrationsmethode zu ermitteln, ist die Verwendung einer Zeitmeßvorrichtung mit einem RC-Glied bekannt, jedoch dient dieses RC-Glied nicht - wie im Rahmen der Erfindung - dazu, lediglich bis zum Beginn der Aussendung des nachfolgenden Ortungsimpulses den laufzeitproportionalen Spannungswert festzuhalten, sondern ist vorgesehen, um aus einer Reihe von nacheinander aufgenommenen Meßwerten einen Mittelwert zu bilden. In the case of ultrasonic echo sounder arrangements that are intended to to determine the measurement result from a series of soundings using the integration method, the use of a timing device with an RC element is known, but serves this RC element does not - as in the context of the invention - only up to the beginning the transmission of the following locating pulse, the voltage value proportional to the running time to be held on, but is intended to be taken from a number of consecutively To form a mean value.

Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in Fig. 1 als Blockschaltbild dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel umfaßt das in seinem Aufbau bekannte Reflektoskop R, dem, wie ebenfalls bekannt, der bistabile Multivibrator M nachgeschaltet ist, der entsprechend den Ortungs-und Echoimpulsen über die Verbindungsleitungen 1 und 3 umgesteuert wird, ferner das über die Verbindungsleitung 4 von dem bistabilen Multivibrator M und über die Verbindungsleitung 2 vom Reflektoskop R gesteuerte Speicherglied G und schließlich den elektromechanischen Meßwertschreiber S, der über die Verbindungsleitung 5 vom Speicherglied G gesteuert wird. An embodiment of the subject matter of the invention is shown in Fig. 1 shown as a block diagram. This embodiment includes that in his Structure known reflectoscope R, which, as is also known, the bistable multivibrator M is connected downstream, which corresponds to the location and echo pulses via the connecting lines 1 and 3 is reversed, furthermore that via the connecting line 4 from the bistable Multivibrator M and controlled by the reflectoscope R via the connecting line 2 Storage element G and finally the electromechanical data recorder S, which is about the connecting line 5 is controlled by the memory element G.

Das Schaltbild nach der Fig.2 veranschaulicht den elektrischen Aufbau des Speichergliedes G nach der Fig. 1 mit den Verbindungsleitungen2 und 4 zum Reflektoskop R bzw. zum MultivibratorM sowie mit der Verbindungsleitung 5 zum Meßwertschreiber S. Das Speicherglied G besteht danach aus dem Thyratron 6 mit dem Gitter 8, der Pentode 7 und dem Speicherkondensator 9. Über die Verbindungsleitung 2 wird jeweils gleichzeitig mit der Aussendung des Ortungsimpulses an das Gitter 8 des Thyratrons 6 ein Potential angelegt, das eine Zündung des Thyratrons bewirkt. Dadurch wird der Speicherkondensator 9 schnell auf das Potential der Anodenstromquelle A aufgeladen. Unmittelbar danach wird über die Verbindungsleitung 4 vom bistabilen Multivibrator M her die Pentode 7 so gesteuert, daß sie leitend wird. Dadurch kann sich der Kondensator 9 unmittelbar nach seiner sehr schnellen Aufladung mit durch das Kathodenpotenilometer 10 einstellbarer Geschwindigkeit über die Pentode 7 entladen. Sobald nun ein Echoimpuls vom Reflektoskop R über die Leitung 3 zum bistabilen Multivibrator M (F i g. 1) diesen in seine andere Ruhelage umsteuert, wird über die Verbindungsleitung 4 die Pentode gesperrt und damit der Entladevorgang des Kondensators 9 beendet. Die Restladespannung, die der Kondensator 9 in diesem Augenblick hat, bleibt nun so lange erhalten, bis gleichzeitig mit der Aussendung des nachfolgenden Ortungsimpulses über die Verbindungsleitung 2 zwischen dem Reflektoskop R und dem Speicherglied G das Thyratron 6 wieder kurzzeitig zündet, sich demzufolge der Kondensator9 wieder auf den Wert der Anodenspannung A schnell aufladen kann. The circuit diagram according to FIG. 2 illustrates the electrical structure of the memory element G according to FIG. 1 with the connecting lines 2 and 4 to the reflectoscope R or to the multivibrator M as well as to the connection line 5 to the data recorder S. The memory element G then consists of the thyratron 6 with the grid 8, the Pentode 7 and the storage capacitor 9. Via the connecting line 2 is in each case simultaneously with the emission of the locating pulse to the grid 8 of the thyratron 6 applied a potential that causes ignition of the thyratron. This will the storage capacitor 9 is quickly charged to the potential of the anode power source A. Immediately thereafter, the bistable multivibrator is sent via the connecting line 4 M her the pentode 7 controlled so that it is conductive. This can cause the capacitor 9 immediately after its very rapid charging by the cathode potentiometer 10 adjustable speed via the pentode 7. As soon as an echo pulse from the reflectoscope R via the line 3 to the bistable multivibrator M (Fig. 1) reverses this into its other rest position, via the connecting line 4 the Pentode locked and thus the discharging process of the capacitor 9 ended. The remaining charge voltage, which the capacitor 9 has at this moment is now retained until at the same time as the subsequent location pulse is emitted via the connection line 2 between the reflectoscope R and the memory element G, the thyratron 6 again briefly ignites, consequently the capacitor 9 again to the value of the anode voltage A can charge quickly.

F i g. 3 zeigt den zeitlichen Verlauf der Spannung U am Speicherkondensator 9 des Speicherbildes G nach F i g. 2 in Abhängigkeit von der Aussendung der Ortungsimpulse und dem Empfang der Echoimpulse in der Zeit t. Mit to t01, t02 und t03 sind die Zeitpunkte der Aussendung der Ortungsimpulse bezeichnet. Zu diesen Zeitpunkten wird - wie vorher beschrieben - sehr rasch die Ladespannung des Kondensators 9 auf den Wert U0 der AnodenstromquelleA gebracht, und unmittelbar danach beginnt - wie ebenfalls vorher beschrieben - die Entladung des Kondensators 9. Mit te', te9 und te3 sind die Zeitpunkte bezeichnet, zu denen die Echoimpulse zu dem ersten, zweiten und dritten Ortungsimpuls eintreffen. Zu diesem Zeitpunkt wird in der vorher beschriebenen Weise der Entladekreis für den Kondensator9 unterbrochen. Demgemäß ist zum Zeitpunkt tee die Spannung U0 auf den Wert U,, zum Zeitpunkt te2 auf den Wert U2 und zum Zeitpunkt te auf den Wert U3 abgesunken. Da sowohl der Lade- als auch der Entladestromkreis für den Kondensator9 bis zur Aussendung des jeweils nächsten Ortungsimpulses unterbrochen bleiben, bleiben diese Spannungswerte Ul und U2 jeweils bis zu dem Zeitpunkt t02 bzw. t03 am Speicherkondensator 9 erhalten. F i g. 3 shows the time profile of the voltage U across the storage capacitor 9 of the memory image G according to FIG. 2 depending on the emission of the location impulses and the reception of the echo pulses in time t. With to t01, t02 and t03 they are Points in time of the emission of the locating impulses designated. At these times will - As previously described - very quickly the charging voltage of the capacitor 9 to the The value U0 is brought to the anode power sourceA, and immediately after that begins - as well previously described - the discharge of the capacitor 9. Middle te ', te9 and te3 are denotes the times at which the echo pulses to the first, second and third Locating impulse arrive. At this point it is done in the manner previously described the discharge circuit for the capacitor9 interrupted. Accordingly, at the time it is tee the voltage U0 to the value U ,, at the time te2 to the value U2 and at the time te dropped to the value U3. Since both the charging and discharging circuit interrupted for the capacitor9 until the transmission of the next location pulse remain, these voltage values Ul and U2 remain in each case up to the point in time t02 or t03 obtained at the storage capacitor 9.

Dank dieser Speicherung steht über die Verbindungsleitung 5 zum Meßwertschreiber S diese Spannung jeweils bis zum nachfolgenden Ortungsimpuls zur Auslenkung des Meßwertschreibers, z. 3. eines Strahlschreibers, zur Verfügung. Sind - wie dargestellt - die zeitlichen Abstände t01 - te,, t02 - te , to3-te3 und damit die Spannungswerte U,, U2 und U3 unterschiedlich groß, so schreibt der Meßwertschreiber eine Kurve, die der Bewegung des georteten Körperorgans genau entspricht.Thanks to this storage is available via the connecting line 5 to the recorder S this voltage up to the following locating pulse for the deflection of the Recorder, e.g. 3. a jet recorder is available. Are - as shown - the time intervals t01 - te ,, t02 - te, to3-te3 and with it the voltage values U, U2 and U3 are of different magnitudes, so the recorder writes a curve that corresponds exactly to the movement of the located body organ.

Claims

Claims: 1. Ultrasonic pulse examination device with a it started with the emission of the locating pulse and when it arrived of the echo pulse stopped timing device, which is directly or indirectly one of the The transit time of the ultrasonic pulses delivers proportional electrical voltage, thereby characterized in that it is in connection with an electromechanical data recorder for the continuous recording of movements of human body organs, in particular of the heart, with the proviso that each time the Echo pulses delivered by the time measuring device, electrical propagation time-proportional Voltage stored up to the start of the transmission of the following locating pulse and used during the entire storage time to act on the recorder is to the measuring element of the recorder a settling into one of the runtime-proportional Voltage for each measured value period.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that as a storage element an RC element is used.

3. Apparatus according to claim 1 and 2, characterized in that as a storage element an RC element already present in the timing device is used.

4. Apparatus according to claim 2 and 3, characterized in that the time constant of the RC element at least the reciprocal value of the repetition frequency of the locating pulses is equivalent to.

Considered publications: German Patent Specifications No. 442 117, 844 273, 940 035, 957 827; French Patent No. 997 046; U.S. Patent No. 1526337; "Waveforms," MIT, Vol. 19, McGraw-Hill Book Comp., Inc., 1949, p. 266; "Electronics", Vol. 25, II. 7/1952, pp. 136 to 138.

Older patents considered: German Patent No. 1 031 690.