DE1289617B

DE1289617B - Ultraschall-Diagnostikgeraet

Info

Publication number: DE1289617B
Application number: DES91421A
Authority: DE
Inventors: Krause; Soldner Richard; Dipl-Ing Walter
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1964-06-06
Filing date: 1964-06-06
Publication date: 1969-02-20
Also published as: AT279798B; US3470868A; DE1466912B2; DE1466912A1; GB1112628A; FR1437006A

Description

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Bei nach dem Impulsechoverfahren arbeitenden ausgerichteten Ultraschallkopf zum Senden und Emp-Ultraschallgeräten zur medizinischen Diagnose ist es fangen der Ultraschallimpulse die bisher als maximal bekannt, eine zellenförmige Abtastung des Unter- angesehene Bildfrequenz zu erhöhen, um mit dem so suchungsobjektes mit Hilfe einer Abtastvorrichtung verbesserten Gerät flimmerfreie Bilder herstellen zu vorzunehmen, die aus einem zylindrischen Parabol- 5 können (Bildfrequenz soll möglichst der Verschmelreflektor und einem um eine in dessen Brennlinie Zungsfrequenz des Auges entsprechen), die Unterliegende Achse rotierenden Spiegel besteht, der gegen suchungszeit zu verkürzen und bei der Aufnahme von die Brennlinie des Reflektors geneigt ist und das von bewegten Organen (Herz) Bewegungsvorgänge — einem ortsfest gelagerten Ultraschallkopf in der ohne zu große Totzeiten zwischen je zwei Bildern — Brennlinie liegend ausgestrahlte Schallwellenbündel ίο erkennbar darzustellen, insbesondere bei dreidimenzum Reflektor umlenkt. Zur Veränderung der Abtast- sionaler Darstellung, d. h. wenn nebeneinanderebene kann bei diesem Gerät die Neigung des Um- liegende, zueinander parallele Querschnittsebenen in lenkspiegels zur Brennlinie verändert werden. der (wenigstens annähernd) gleichen Bewegungsphase

Bei einem anderen nach dem Impulsechoverfahren sichtbar gemacht werden sollen,
arbeitenden, insbesondere zur Materialprüfung die- 15 Erfindungsgemäß ist dies erreicht durch einen nenden Ultraschall-Untersuchungsgerät mit einem zweiten symmetrisch zur Brennlinie dem anderen gleichartigen Reflektor wird die Verwendung eines gegenüberliegend angeordneten gleichartigen Ultra-Umlenkspiegels für das Schallwellenbündel dadurch schallkopf, der zur zeilenmäßigen Abtastung eines vermieden, daß der Ultraschallkopf um eine in der Untersuchungsobjektes gemeinsam mit dem anderen Brennlinie des Reflektors liegende Achse rotiert und 20 Schallkopf um die Brennlinie als Achse drehbar und sein Schallwellenbündel direkt in Richtung auf den gemeinsam mit diesem in Richtung der Brennlinie Reflektor ausstrahlt. Bei diesem Gerät ist eine Ver- verschiebbar ist, sowie durch Mittel zur vorüberänderung der Ebene, in welcher das Ultraschall- gehenden Außerbetriebsetzung jeweils desjenigen wellenbündel geführt wird, nicht vorgesehen; viel- Ultraschallkopfes, der in die vom Reflektor abgemehr wird das Material zur zeilenmäßigen Abtastung 25 wandte Richtung ausstrahlt,
selbst senkrecht zu dieser Ebene verschoben. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der

Nachteilig an diesen Geräten ist, daß die Zahl der Erfindung sind die beiden Ultraschallköpfe im Kopfpro Zeiteinheit erzielbaren Bilder klein ist, weil bei teil einer Stange untergebracht, die mindestens über einem medizinisch sinnvollen Untersuchungsbereich einen Teil ihrer Länge ein von der Kreisform abweivon etwa 16 cm Tiefe und 14 cm Breite und bei der 30 chendes Profil aufweist und in einer Buchse mit entgegebenen Schallausbreitungsgeschwindigkeit ein we- sprechendem Innenprofil längsverschiebbar gelagert gen der durchschnittlichen Strahlbreite von etwa ist. Diese Buchse ist ihrerseits in einem Gestell dreh-2 mm sinnvoller Zeilenabstand von etwa 1 mm nur bar gelagert, das derart mit dem zylindrischen Parabei einer maximalen Bildfrequenz von etwa 8 Bildern bolreflektor zusammengebaut ist, daß die Drehachse pro Sekunde erreichbar ist. Bei dieser Bildfrequenz 35 der Buchse und der darin geführten Stange mit der flimmert aber einerseits das erzeugte Oszillographen- Brennlinie des Reflektors zusammenfällt,
bild, und andererseits gehen bei der Untersuchung von Zum Verhindern der Abstrahlung und des Emp-

bewegten Organen aufschlußreiche Bewegungs- fanges von Ultraschallenergie des dem Reflektor phasen, die in den Totzeiten zwischen zwei Bildern jeweils abgewandten Ultraschallkopfes wird lediglich liegen, für die Diagnose verloren. Dieser Nachteil 40 der dem Reflektor zugewandte Ultraschallkopf an macht sich besonders schwerwiegend bemerkbar, eine Hochfrequenz-Sende- und -Empfangseinrichtung wenn nicht nur Bilder in einer einzigen Querschnitts- angeschlossen; dazu ist eine in Abhängigkeit von der ebene, sondern in einander paraHelen benachbarten Drehung der Stange und der Stellung der beiden Ebenen aufgenommen werden sollen. Wegen der ge- Ultraschallköpfe gesteuerte Schaltvorrichtung vorgeringen Bildfrequenz zeigen die in nebeneinander- 45 sehen, die nach jeder halben Umdrehung der Stange liegenden Querschnittsebenen aufgenommenen Bilder abwechselnd den einen oder den anderen Ultraschallvon bewegten Organen nicht den (wenigstens an- kopf anschaltet.

nähernd) gleichen Bewegungszustand, was als Nach- Die Verwendung von zwei einander gegenüberteil zu der relativ schlechten Bildqualität (Flimmern) liegenden Ultraschallköpfen, von denen immer nur noch hinzukommt. Bei der Aufnahme von bewegten 50 derjenige, der gerade dem Reflektor zugewandt ist, wie auch von unbewegten Organen macht sich die wirksam ist, gewährleistet eine Verkürzung der Untergeringe Bildfolgefrequenz insofern noch unangenehm suchungszeit um die Hälfte gegenüber der bei Unterbemerkbar, als eine verhältnismäßig lange Unter- suchungen mit bekannten Geräten, bei denen nur ein suchungszeit erforderlich ist, die für den Patienten Ultraschallkopf vorhanden ist, notwendigen Zeit,
unangenehm, für den Arzt zeitraubend ist und ins- ₅₅ Die Bedienung des Gerätes kann—was für Reihenbesondere bei Reihenuntersuchungen stark ins Ge- Untersuchungen wichtig ist — auch von angelernten wicht fällt. Hilfskräften, beispielsweise Schwestern oder Assisten-

Außerdem ist noch zu bemerken, daß die Nei- tinnen, vorgenommen werden, weil das Gerät nur gungsverstellung des Drehspiegels zur Veränderung noch auf die zu untersuchende Stelle aufgesetzt zu der Abtastebene bei dem einen der beiden eingangs 60 werden braucht und die zeilenmäßige Abtastung des erwähnten bekannten Geräte mit ultraschalloptischen ganzen Gewebeabschnittes dann selbsttätig erfolgt, Verzerrungen verbunden ist, so daß auch darunter die ohne daß eine Relativbewegung zwischen dem aufge-Bildqualität leidet. setzten Applikator und dem Untersuchungsobjekt er-

Davon ausgehend setzt sich die Erfindung das Ziel, forderlich wäre. Die an einem Sichtgerät erscheinenbei einem nach dem Impuls-Echoverfahren arbeiten- 65 den Echo-Bilder stellen getreue Abbilder des durchden Ultraschallgerät zur medizinischen Diagnose mit schallten Gewebes dar. Es besteht also keine Gefahr einem in der Brennlinie eines zylindrischen Parabol- mehr, daß kleine Gewebeveränderungen für die Abreflektors drehbar angeordneten, auf den Reflektor bildung verlorengehen, wie es bei den bekannten

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Geräten — wegen der Schwierigkeit beim Verschie- bei 7 die Stange 8 koaxial zur Brennlinie des Parabol-

ben des Applikators — häufig der Fall war. reflektors wasserdicht eingeführt. An dem im Behäl-

Die Größe des mit dem Gerät in einem Arbeitsgang ter 6 liegenden Ende der Stange 8 ist ein Kopfteil 9 erfaßbaren Gewebeabschnittes hängt — außer von befestigt, in welchem — symmetrisch zur Achse der der Reflektorgröße — von der Verstellänge der 5 Stange 8 — zwei Ultraschallköpfe 10,10' angeordnet Profilstange ab. Diese Länge entspricht deshalb der sind (in der gezeichneten Stellung ist nur der Schall-Längsabmessung des größten mit dem Gerät zu unter- kopf 10 sichtbar). Die Stange 8 ist in dem mit 11 besuchenden Organes, z. B. des menschlichen Herzens. zeichneten Abschnitt (in Fig. 3 besser ersichtlich) als Zur Feststellung, ob in dem untersuchten Gewebe- Profilstange ausgebildet (weshalb sie auch kurz als abschnitt überhaupt krankhafte Gewebeveränderun- io Profilstange bezeichnet wird) und in einer Buchse 12 gen vorhanden sind, genügt es, mit einem relativ gelagert, die über ein Reibradgetriebe 13 von einem großen Schichtabstand das Organ in seiner ganzen Elektromotor 14 angetrieben wird. Außerdem ist die Länge zu untersuchen. Stellt sich dabei heraus, daß Stange noch in dem Lagerbock 15 drehbar gelagert, z. B. in einem Teilabschnitt des untersuchten Organs der seinerseits auf den Spindeln 16, die über das Geeine krankhafte Veränderung vorhanden ist, so läßt 15 triebe 17 vom Motor 18 angetrieben werden, in sich die genauere Untersuchung auf diesen kleineren Längsrichtung (Doppelpfeil 19) der Stange verstell-Abschnitt beschränken. bar ist. Bei gleichzeitig laufenden Motoren 14,18

In Weiterbildung eines Ausführungsbeispieles der wird also die Stange 8 mit den Ultraschallköpfen 10, Erfindung sind zur Einengung des Untersuchungs- 10' sowohl in Richtung des Drehpfeiles 3 gedreht als bereiches vorgesehen ein an dem längsverschiebbaren 20 auch in Richtung des Doppelpfeiles 19 verstellt. Auf Lagerbock angeordneter Schaltnocken und zwei mit diese Weise erfolgt eine zeilenmäßige Abtastung eines ihren Schaltgliedern in den Weg des Schaltnockens vor der Öffnung des Behälters 6 angeordneten Unterragende, einzeln in ihrem gegenseitigen Abstand ver- suchungsobjektes mit den von den Ultraschallköpfen stellbar angeordnete Schalter für die Umschaltung der ausgesandten Ultraschallwellen.
Drehrichtung des Elektromotors für die Längsver- 25 Häufig ist es wünschenswert, daß das Unterschiebung des Lagerbockes. Auf diese Weise ist es suchungsobjekt mehrmals nacheinander abgetastet dem Bedienungspersonal möglich, durch einfache wird, und zwar insbesondere nur das Gebiet, in dem Verstellung der Schalter (Verschieben der einzelnen sich die krankhaften Gewebeveränderungen befinden. Schalter auf einer Stange oder mit Hilfe von Spindel- Aus diesem Grunde ist für den Motor 18 eine Umtrieben od. dgl.) das Untersuchungsgebiet auf den für 30 schaltvorrichtung 20 vorgesehen, die z. B. aus zwei die Diagnose wichtigen, krankhaft veränderten Ge- Mikroschaltern 21, 22 besteht, welche mittels handbewebeabschnitt unter Sichtkontrolle am Anzeigegerät tätigter Spindeltriebe 2Γ, 22' willkürlich verschiebbar zu beschränken. Man kann die Umschaltung der sind und deren Betätigungsorgane 24,25 in den Weg Drehrichtung auch dadurch bewirken, daß die beiden eines am Lagerbock 15 vorgesehenen Schaltnockens Schaltkontakte auf dem Lagerbock und zwei verstell- ₃₅ 26 ragen. Sobald der Lagerbock auf seinen Spindeln bare Schaltnocken im Weg der Kontakte angeordnet 16 so weit nach einer Seite gewandert ist, daß sein sind. Schaltnocken 26 den einen Mikrosch alter betätigt,

Vorteilhafterweise ist dem Elektromotor für die wird der Motor in seiner Drehrichtung umgeschaltet,

Verstellung des Lagerbockes bzw. der Profilstange ein so daß der Lagerbock zur anderen Seite verschoben

Schaltglied für die Einstellung der Geschwindigkeit _4O wird, bis sein Schaltnocken den zweiten Mikro-

dieses Motors zugeordnet. Bei gleichbleibender Dreh- schalter betätigt, der den Motor erneut in seiner

geschwindigkeit der Profilstange und Umschaltung Drehrichtung umschaltet.

des Verschiebemotors auf eine geringere Dreh- Die Fig. 3 zeigt die konstruktive Ausführung des geschwindigkeit wird der Schichtabstand bei der Ab- Gerätes nach der Erfindung. Bei der folgenden Betastung geringer. ₄₅ Schreibung sind die schon in Fig. 2 mit Bezugszahlen

Nachfolgend wird das bei der Erfindung ange- versehenen Teile mit den gleichen Nummern belegt,

wandte Prinzip zur seitlichen Verschiebung eines Der Behälter 6, in dem der zylindrische Parabol-

Ultraschallbündels an Hand der F i g. 1 und ein Aus- spiegel 1 untergebracht ist, wird gebildet aus einem

führungsbeispiel der Erfindung an Hand der weiteren Kunststoffrahmen 27, dessen reflektorseitige Öffnung

Fi g. 2, 3, 3 a und 3 b beschrieben. 50 28 mit einer nicht dargestellten Membran abgedeckt

In der F i g. 1 ist mit 1 ein im Schnitt dargestellter ist und dessen der Abschlußplatte 29 zugewandte

zylindrischer Parabolreflektor bezeichnet, in dessen (nicht sichtbare) fensterartige Öffnung von der ge-

Brennlinie2 ein Ultraschallkopf in Richtung des nannten Platte 29 wasserdicht abgeschlossen ist. Zu

Drehpfeiles 3 um die Brennlinie 2 drehbar angeordnet diesem Zweck ist der Rahmen des Fensters mit den

ist. Die Senderichtung des Senders ist mit dem Pfeil 4 55 Schrauben 30 auf die Platte geschraubt. Durch die

bezeichnet. Die vom Sender ausgehenden Ultraschall- Platte 29 hindurch ragt in den Behälter die Stange 8,

wellen treffen auf die reflektierende Innenwand des die in ihrem Kopfteil 9 die beiden Ultraschallköpfe

Reflektors 1 und werden in Richtung des Pfeiles 5 10,10' trägt. Der Zusammenbau ist so vorgenommen,

reflektiert. Gestrichelt gezeichnet ist die Richtung der daß die Stange koaxial zur Brennlinie des Parabol-

Schallwellen in einer etwas weitergedrehten Stellung 60 reflektors verläuft und die beiden radial gerichteten

des Senders. Es ist ersichtlich, daß die Schallwellen Ultraschallköpfe symmetrisch zur Längsachse der

nach der Reflexion parallel zueinander verlaufen. Stange liegen. In der hohl ausgebildeten Stange 8 sind

In der F i g. 2 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfin- elektrische Anschlußleitungen 31 zu den Ultraschalldung in einer schematischen Prinzipzeichnung darge- köpfen verlegt.

stellt. In dem Behälter 6, der mit Wasser gefüllt und 65 Die Stange 8 ist von ihrem die Ultraschallköpfe

zum Betrachter hin mit einer nicht dargestellten tragenden Ende bis zu der mit 32 bezeichneten Stelle

Membran abgeschlossen ist, ist der zylindrische Para- rund (besser abzudichten als ein Vierkantprofil). Der

bolreflektor 1 untergebracht. In den Behälter 6 ist sich daran anschließende Teil 11 (F i g. 2) ist als Vier-

kantstange 33 ausgebildet, deren diagonale Ausdehnung nicht größer als der Durchmesser des runden Teiles der Stange ist. Das Ende 34 der Stange ist wieder rund.

Zur Lagerung der Stange ist ein Lagergestell 35 an die Abschlußplatte angesetzt. In diesem Gestell ist eine Bohrung 36 vorgesehen, in welcher die Buchse 37 drehbar gelagert ist. Zwischen der Buchse 37 und der Stange 8 ist in Höhe der Abschlußplatte 29 eine Dichtung 38 vorgesehen. Die Buchse 37 weist eine kreisrunde Innensackbohrung 39 auf, deren Durchmesser dem Durchmesser der Stange 8 (zwischen dem Kopfteil 9 und Punkt 32) entspricht. An die Sackbohrung schließt sich in der Buchse eine dem quadratischen Profil der Stange entsprechende Öffnung 40 an. Die Buchse 37 ist in der Abschlußplatte axial unverschieblich im Kugellager 41 gelagert und mittels der Dichtung 42 gegenüber dem Behälter 6 abgedichtet. Die Buchse 37 ist mit einem Bund 43 versehen, der in Antriebsverbindung steht mit einer vom Motor 14 angetriebenen, schwingend gelagerten Reibrolle 44 (Reibradgetriebe 13). Die Drehung der Buchse 37 bewirkt über die quadratischen Profilteile auch die Drehung der Stange 8 und damit der beiden Ultraschallköpfe 10, 10'. Das den Ultraschallköpfen gegenüberliegende Ende der Stange ist (nicht dargestellt) im Lagerbock 15 drehbar, aber axial unverschieblich gelagert. Der Lagerbock 15 selbst ist auf im Lagergestell 35 vorgesehenen Spindeln 16 (in Richtung der Längsachse der Stange) verstellbar (Doppelpfeil 19). Die Spindeln werden über das mit 17 bezeichnete Getriebe von dem Motor 18 angetrieben. Im Betrieb schiebt der Lagerbock dann die sich drehende Stange 8 mit den Ultraschallköpfen in Richtung des Doppelpfeils 19, je nach Drehrichtung des Motors, hin und her.

Die Leitungen 31 für die Ultraschallköpfe 10,10', die durch die hohle Profilstange geführt sind, enden an einem auf das hintere Ende der Profilstange aufgesetzten Kollektor 45. Die Kontaktbahn des Kollektors ist an zwei gegenüberliegenden Stellen 46,46' unterbrochen (vgl. F i g. 3 a, 3 b). In der F i g. 3 a ist auch der Anschluß der Leitungen 31 an die beiden Kollektorbahnteile gezeigt. In F i g. 3 b sind der Kollektor 45 und die beiden Bahnteile zwischen 46 und 46' im Querschnitt gezeigt.

Im Lagerbock 15 sind aus Kohle bestehende Schleifkontakte 47, die durch die Federn 48 auf die Kollektorbahn gedrückt werden, vorgesehen. Für den Anschluß der zur besseren Kontaktgabe doppelt vorgesehenen Kollektorelektroden ist eine Anschlußarmatur 49 am Lagerbock angeordnet. Die zu erdenden Anschlüsse der Ultraschallköpfe stehen über folgende Metallteile in Verbindung: Stange 8, Lagergestell 35 und Lagerbock 15 mit einem Erdungskollektor (im Lagerbock vorgesehen, aber nicht dargestellt). Die elektrische Verbindung der Ultraschallköpfe mit der Stange 8 erfolgt über einen leitfähigen Anstrich am Kopfteil 9.

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Claims

Patentansprüche:

1. Nach dem Impuls-Echoverfahren arbeiten- 6g des Ultraschallgerät zur medizinischen Diagnose mit einem in der Brennlinie eines zylindrischen Parabolreflektors drehbar angeordneten, auf den Reflektor ausgerichteten Ultraschallkopf zum Senden und Empfangen der Ultraschallimpulse, gekennzeichnet durch einen zweiten symmetrisch zur Brennlinie dem anderen gegenüberliegend angeordneten gleichartigen Ultraschallkopf, der zur zeilenmäßigen Abtastung eines Untersuchungsobjektes gemeinsam mit dem anderen Schallkopf um die Brennlinie als Achse drehbar und gemeinsam mit diesem in Richtung der Brennlinie verschiebbar ist, sowie durch Mittel zur vorübergehenden Außerbetriebsetzung jeweils desjenigen Ultraschallkopfes, der in die vom Reflektor abgewandte Richtung ausstrahlt.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ultraschallköpfe im Kopfteil einer Stange untergebracht sind, die mindestens über einen Teil ihrer Länge ein von der Kreisform abweichendes Profil aufweist und in einer Buchse mit entsprechendem Innenprofil längsverschiebbar gelagert ist, wobei die Buchse ihrerseits in einem Gestell drehbar gelagert ist, das derart mit dem Parabolreflektor zusammengebaut ist, das die Drehachse der Buchse und der darin geführten Stange mit der Brennlinie des Reflektors zusammenfällt.

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stange hohl ausgebildet ist und in ihr elektrische Anschlußleitungen für die Ultraschallköpfe verlegt sind.

4. Gerät nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stange mit ihrem von. den Ultraschallköpfen abgelegenen Ende drehbar in einem Lagerbock gelagert ist, der seinerseits in dem Gestell in Längsrichtung der Stange verstellbar ist.

5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß für das Verstellen des Lagerbockes ein von einem Elektromotor angetriebener, in dem Gestell gelagerter Spindeltrieb vorgesehen ist.

6. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für das Drehen der Buchse ein von einem Elektromotor angetriebenes Reibradgetriebe vorgesehen ist.

7. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Verhindern der Abstrahlung und des Empfanges von Ultraschallenergie des dem Reflektor jeweils abgewandten Ultraschallkopfes lediglich der dem Reflektor zugewandte Ultraschallkopf an eine Hochfrequenz-Sende und -Empfangseinrichtung angeschlossen wird, indem eine in Abhängigkeit von der Drehung der Stange und der Stellung der beiden Ultraschallköpfe gesteuerte Schaltvorrichtung nach jeder halben Umdrehung der Stange eine Umschaltung auf den anderen Ultraschallkopf vornimmt.

8. Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung einen mit der Stange drehbaren Kollektor aufweist, dessen kreisförmige Kontaktbahn durch zwei einander gegenüberliegende Isolierstreifen unterbrochen ist.

9. Gerät nach Anspruch 7 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß je eine Kontaktbahn über in der hohl ausgebildeten Stange verlegte Leitungen elektrisch mit je einem elektrischen Anschluß eines Ultraschallkopfes verbunden ist.

10. Gerät nach Anspruch 8 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor derart auf der Stange angeordnet ist, daß ein im Lagerbock an-

geordneter Schleifkontakt bei einer Drehung der Stange auf den Kontaktbahnen des Kollektors schleift.

11. Gerät nach Anspruch 2 und 4, gekennzeichnet durch einen am längsverschiebbaren Lagerbock angeordneten Schaltnocken und zwei

mit ihren Schaltgliedern in den Weg des Schaltnockens ragenden, einzeln in ihrem gegenseitigen Abstand verstellbar angeordneten Schaltern für die Umschaltung der Drehrichtung des Elektromotors für die Längsverschiebung des Lagerbockes.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

909508/1252