DE1648905B2

DE1648905B2 - Verfahren und geraet zur thermischen untersuchung und beeinflussung des zustandes von medien, insbesondere von biologischem gewebe

Info

Publication number: DE1648905B2
Application number: DE1967G0051403
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1967-10-21
Filing date: 1967-10-21
Publication date: 1977-05-26
Also published as: DE1648905A1

Description

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55 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen Untersuchung und Beeinflussung des Zustandes von Medien, insbesondere von biologischem Gewebe, bei dem einem Bereich des Mediums in ihm in Wärme umzusetzende Energie unter zugleich erfolgender Beobachtung der sich in dem Bereich ergebenden Temperaturänderung zugeführt wird.

Bei stereotaktischen Operationsverfahren für die humanmedizinische Chirurgie und auch in der experimentellen Physiologie und Chirurgie werden Verfahren dieser Art zur Beobachtung von Gewebereaktionen, zur Bestimmung der Durchblutung und anderer physiologischer Größen sowie zur irreversiblen Gewebsbeeinflussung bereits angewandt.

So ist bereits zur Durchführung eines Verfahrens zur Bestimmung der Gewebsdurchblutung eine Einstechsonde bekannt (DAS 11 21 274), die als nur in der Nachbarschaft der Spitze wirksame Elektrode für die Erwärmung des Gewebes mittels Diathermie ausgebildet ist. Bei dieser Einstechsonde wird durch die Erwärmung mittels Diathermie eine nahezu gleichmäßige Erwärmung um die Sondenspitze herum erreicht. Bei diesem stationären Verfahren ist die sich einstellende, mit einem in der Sone befindlichen Temperaturfühler gemessene Temperatur abhängig vom Wärmeabtransport im Gewebe, sie ist damit u. a. ein Maß für die Durchblutung. Eine Bestimmung der den Wärmeabtransport beeinflussenden Größen ist aber mit diesem Verfahren nicht möglich, wenn sich diese Größen während der zur Einstellung des stationären Zustandes notwendigen Zeit ändern.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art zu schaffen, das unter Beibehaltung der Vorteile bereits bekannter Verfahren eine genauere Untersuchung eines Gewebeabschnittes od. dgl. ermöglicht und eine Erfassung der den Wärmeabtransport bestimmenden Gewebseigenschaften auch dann zu ermöglichen, wenn sich diese Gewebseigenschaften evtl. als Folge des Meßvorganges fortlaufend ändern.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Verfahren der eingangs erwähnten Art vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Energie in Form einer Reihe von Impulsen zugeführt wird.

Die Erwärmung des Gewebes erfolgt somit nicht kontinuierlich durch eine z. B. vorgebbare Energiemenge, sondern schrittweise, wobei in vorteilhafter Weise nach jedem zugeführten Energiebetrag eine Reaktion des Mediums, insbesondere eines Gewebes, beobachtbar ist und der Temperaturverlauf, d. h. das Ansteigen der Temperatur als Folge der Energiezufuhr sowie insbesondere der anschließende Temperaturabfall, Rückschlüsse auf die Reaktion des Gewebes od. dgl. zuäßt. Aus der Änderung des Wärmetransportes kann somit eine Aussage über die Reaktion des Gewebes od. dgl. und in machen Fällen auf die evtl. zu erwartende zukünftige Reaktion des Gewebes bei Weiterführung des Erwärmungsvorganges oder einer Erwärmung

dieser Stelle auf eine höhere Temperatur gemacht werden. Dies hat vor allem Bedeutung bei der Erwärmung in der Nähe eines Blutgefäßes, wo eine starke Erwärmung zu einer Zerstörung der Gefäßwand und damit zu einer gefährlichen Blutung führen kann. ; Derartige Gewebsbereiche zeigen nämlich charakteristische Wärmetransportänderungen während eines Erwärmungsvorganges mit niedrigen Temperaturen, die nicht zu einer irreversiblen Schädigung führen, so daß eine evtl. hier vorgesehene Denaturierung mit höheren Temperaturen rechtzeitig vermieden werden kann.

Die Erfindung betrifft auch ein Gerät zur Ausübung des vorerwähnten Verfahrens, welches zur Abgabe elektrischer Energie in Form von hochfrequenten i> elektrischen Strömen mittels Sonde bzw. Elektroden zur Erzeugung von Erwärmungsbereichen in Medien, insbesondere in biologischem Gewebe oder in organischen Substanzen geeignet ist und welches mit einer Vorrichtung zur Messung der Temperatur ausgestattet ist.

Ein solches Gerät ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß es eine Einrichtung zur Abgabe der Hochfrequenzenergie in Form von Impulsen aufweist, deren Länge, Energieinhalt und Folgefrequenz durch die im Medium erzeugte und gemessene Temperatur steuerbar ist, und daß das Gerät Vorrichtungen zur Messung und Anzeige der jeweiligen Impulslänge, Folgefrequenz und des Energieinhaltes aufweist.

Mit diesem erfindungsgemäßen Gerät läßt sich der zu behandelnde bzw. zu untersuchende Gewebtoereich durch definite Messung seines thermischen Verhaltens unersuchen. Dabei wird je nach Reaktion des Gewebes die nachfolgend gegebenenfalls zugeführte Energiemenge durch das vorangegangene, jeweilige Meßergeb- ^ nis beeinflußt.

Zusätzliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen aufgeführt.

Nachstehend ist die Erfindung anhand von teilweise in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 die Frontansicht eines beispielhaften Gerätes,

F i g. 2 ein schematisches Blockschaltbild des Gerätes nach Fi g. 1,

F i g. 3 ein Diagramm eines möglichen Temperatur-Verlaufes bei Verwendung des Gerätes nach Fig. 1, und

F i g. 4 ein weiteres Diagramm eines Temperaturverlaufes bei Verwendung eines abgewandelten Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßen Gerätes.

Die Frontseitenansicht eines beispielhaften Gerätes (Fig. 1) läßt einen Regler 1 zur Einstellung der Amplitude der abzugebenden Hochfrequenzleistung, hier in Watt geeicht, erkennen. Der Regler 2 dient zur Einstellung der Impulsbreite, das heißt des jeweiligen Zeitabschnittes, in dem die Hochfrequenz abgegeben wird. Dieser Regler 2 ist bei einer Ausführungsform des Gerätes vorgesehen, das mit Impulsen konstanter Dauer arbeitet. Ein Anzeigeinstrument 3 dient zur Messung der Impulsbreite, wenn das Gerät entsprechend einer abgewandelten Ausführungsform, Impulse variabler Dauer an das Gewebe, im weiteren Verlauf auch allgemein als Substrat bezeichnet, abgibt. Mit 4 ist das Anzeige-Instrument zum Ablesen der Pausendauer zwischen den Impulsen bezeichnet. Die Temperatur-Meßeinrichtung des Gerätes, versehen mit den Schalt- (.·■-kontakten beziehungsweise Grenzwertgebern zur Regelung, ist mit 5 bezeichnet. Zur Darstellung der ImDulsform und auch zur Kontrolle ist ein Oszillographenschirm 6 vorgesehen. Die Ausgänge für die Elektrodenanschlüsse sind mit 7 bezeichnet. 8 sind die Anschlüsse für Registriergeräte. Das zu erwärmende Substrat ist schematisch mit 9 angedeutet Dabei ist die auf dieses Substrat aktiv wirkende Elektrode mit 10 bezeichnet und die inaktive Elektrode mit 11. Schließlich ist noch der Leistungsmesser 12 vorhanden. 18 ist die Zuleitung zum Temperaturmeßfühler der Elektrode, 19 ist die Energiezuführungsleitung zur aktiven Elektrode 10.

In F i g. 2 ist mit 13 der Hochfrequenzgenerator, mit 14 der Leistungsmesser, mit 15 der Impulssteuersatz und mit 15 das der Temperaturmessung dienende Teil des Gerätes bezeichnet Außerdem ist dann noch der Regler 17 vorhanden, der die Leistung der Impulse im Verlauf einer Impulsserie konstant hält, was in an sich bekannter Weise geschehen kann. Das Impulssteuergerät 15 gibt die aus dem Generator 13 durch den Leistungsmesser 14 zur Elektrode 10 fließenden Impulse in gewünschter Impulsfolge frei. Die in der Elektrode 10 gemessene Temperatur wird durch die Steuerkontakte des Temperatur-Meßgerätes 16 dazu verwendet, um durch die Rückkopplungsverbindung 16a, 16fezum Impulssteuergerät 15 beziehungsweise zu dem Leistungsmesser 14 zu gegebener Zeit einen neuen Impuls auszulösen.

Anhand von Fig.3 ist gezeigt, wie der Temperaturverlauf sich im zu erfassenden Substrat ergeben kann, wenn nach einer anfänglichen Erwärmung auf eine Temperatur T_mm fortlaufend elektrische Impulse mit konstantem Energieinhalt im Substrat in Wärmeenergie umgewandelt werden.

Dazu weist das Gerät einen Temperaturregler 16 zum Begrenzen des weiteren Energiefliisses auf eine vorwählbare Impulszeit nach dem Einschalten des Hochfrequenzenergieflusses von vorgewählter Amplitude A in das Medium nach Erreichen ei' er vorgewählten Temperatur. Außerdem ist dabei ein Zeitbegrenzer 17 vorgesehen, der die Energiezuführung unter einen unzulässig hohen Maximaltemperaturwert begrenzt, wobei Mittel zum Auslösen jeweils eines neuen Impulses nach Absinken der Temperatur auf die vorgewählte Temperatur vorgesehen sind, so daß selbsttätig eine Impulsreihe zustandekommt. Das Substrat wird demnach zunächst bis zu einer Temperatur T„,i„ erwärmt, wobei beim Erreichen dieser Temperatur eine anschließende konstante Energiezufuhr ausgelöst wird, was durch die konstante Breite der Impulse (Impulsblöcke) erkennbar ist (Fig.3). Die konstante Energiezufuhr wird im weiteren Verlauf immer dann ausgelöst, wenn die Temperatur den unteren Grenzwert T_m,„ erreicht hat. Somit bestimmt die Abkühlzeit den Abstand der Impulse. Es ist daraus erkennbar, wie schnell sich das Substrat während den Erwärmungspausen je nach seinem Zustand bzw. Wärmeableitvermögen abkühlt.

Aus der Länge der Impulspausen und deren Veränderung während einer Impulsserie läßt sich die Größe und die Veränderung des Wärmeableitvermögens des zu untersuchenden Substrats während der Behandlung erkennen und beurteilen und damit der Zustand dieses Substrats und seine Reaktion auf den Wärmereiz. Es läßt sich daraus dann auch schließen, welche Energiezuführung zu einer schonenden Denaturierung erforderlich wird, d. h., mit welcher Energiezuführung eine solche Denaturierung im speziellen Fall erfolgen kann. Die Kurve K\ in F i g. 3 entspricht also dem Temperaturverlauf des Substrats bei der im unteren Teil der Figur eingezeichneten Impulsfolge.

Die Fig.4 unterscheidet sich gegenüber Fig.3 dadurch, daß die Hochfrequenz-Impulse HF zwar ebenfalls eine konstante Amplitude aufweisen, daß ihre Dauer jedoch bestimmt wird durch die Zeit, die erforderlich ist, um das Substrat von einer Temperatur T_mi„ auf eine Temperatur T_m._x zu erwärmen. Somit lassen sich einerseits durch den Abstand der Impulse, wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 3, sowie darüber hinaus auch durch die Impulsbreite, die die Erwärmungsphase repräsentiert, Rückschlüsse auf das Temperaturverhalten, insbesondere auf die Wärmeleitfähigkeit des untersuchten Substrates ziehen. In diesem Fall ist die Temperaturkurve mit K₂ eingezeichnet.

Nach den Ausführungsbeispielen werden in das zu erfassende Substrat od. dgl. eingegebene Elektroden verwendet, denen die Ströme durch elektrische Leiter zu- und abgeführt werden. Es wird darauf hingewiesen, daß sich die Erfindung nicht hierauf beschränkt, sondern daß das der Erfindung entsprechende Verfahren auch in drahtloser Weise durchgeführt werden kann. Bei dieser Ausführungsform weist das Gerät ebenfalls eine Temperaturmeßeinrichtung 5 mit zwei bei Erreichen von zwei vorwählbaren, unterschiedlichen Temperaturen Tmin, T_max ansprechende Schaltkontakte auf, wobei der bei der unteren Temperatur T_mm ansprechende Schaltkontakt zum Auslösen des Impulssteuergerätes 15 im Sinne einer Energieabgabe und der andere Schaltkontakt zum Ausschalten des Impulssteuergerätes 15 dient. In diesem Fall wird also die Erwärmung und fortlaufende Bestimmung des Wärmeabtransports und seiner zeitlichen Änderung so vorgenommmen, daß die Erwärmung anstelle einer Energiezuführung durch Stromleiter und Elektrode jetzt mittels der Erwärmung eines Wärmetestkörpers bewirkt wird, der dem zu erfassenden Medium eingegeben ist. Die Energie zur Erwärmung wird dabei auf drahtlosem Wege zugeführt, und auch die Temperatur des Wärmetestkörpers ist dabei drahtlos meßbar. Für eine drahtlose und impulsweise Zuführung von Energie auf den Wärmetestkörper können elektromagnetische Spulenfelder, elektromagnetische Kondensatorfelder, Mikrowellenfelder, Ultrarot- oder Ultraviolettstrahlenfelder oder aber sichtbares Licht, z. B. Laserlicht verwendet werden. Ein so erzeugtes Feld kann in gleicher Weise wie oben beschrieben durch geeignete Signale impulsförmig ein- bzw. ausgeschaltet werden. Die in Form von sogenannten Erwärmungskapseln in das Substrat eingebrachten Testkörper nehmen die zu ihrer Erwärmung benötigte Energie aus dem erzeugten Feld auf, z. B. durch dabei zustande gebrachte induktive Erwärmung, kapazitive Erwärmung usw.

Die Messung der Temperatur und die Benutzung de; Temperaturwertes zur Steuerung von Impulsbeginn unc Impulsende in der erläuterten Weise wird hierbei se durchgeführt, daß die Temperatur an das Temperatur Meß- und -Regelgerät ebenfalls auf drahtlosem Weg« übertragen wird, was in einer an sich bekannten Weist erfolgen kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche: 1648 905

1. Verfahren zur thermischen Untersuchung und Beeinflussung des Zustandes von Medien, insbesondere von biologischem Gewebe, bei dem einem Bereich des Mediums in ihm in Wärme umzusetzende Energie unter zugleich erfolgender Beobachtung der sich in dem Bereich ergebenden Temperaturänderung zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie in Form einer Reihe von Impulsen zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie auf drahtlosem Wege zugeführt wird insbesondere dadurch, daß dem zu untersuchenden Medium ein Wärmetestkörper eingegeben wird, der durch ihm drahtlos übermittelte Impulse erwärmbar ist und dessen Temperatur jeweils drahtlos meßbar ist.

3. Verfahren nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für eine drahtlose und impulsweise Zuführung von Energie auf den Wärmetestkörper elektromagnetische Spulenfeider, elektromagnetische Kondensatorfelder, Mikrowellenfelder, Ultrarot- oder Ultraviolett-Strahlenfelder oder sichtbares Licht, z. B. Laserlicht, verwendet werden, wobei die Messung der Temperatur des Testkörpers ebenfalls auf drahtlosem Wege vorgenommen wird.

4. Gerät zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, welches zur Abgabe elektrischer Energie in Form von hochfrequenten elektrischen Strömen mittels Sonde bzw. Elektroden zur Erzeugung von Erwärmungsbereichen in Medien, insbesondere in biologischem Gewebe oder in organischen Substanzen geeignet ist und welches mit einer Vorrichtung zur Messung der Temperatur ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät eine Einrichtung (13) y.ur Abgabe der Hochfrequenzenergie in Form von Impulsen aufweist, deren Länge, Energieinhalt und Folgefrequenz durch die im Medium erzeugte und gemessene Temperatur steuerbar ist, und daß das Gerät Vorrichtungen (3, 4, 5, 12, 16) zur Messung und Anzeige der jeweiligen Impulslänge, Folgefrequenz und des Energieinhaltes aufweist.

5. Gerät nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen Temperaturregler (16) od. dgl. zum Begrenzen des weiteren Energieflusses auf eine vorwählbare Impulszeit nach dem Einschalten des Hochfrequenz-Energieflusses von vorgewählter Amplitude (A) in das Medium nach Erreichen einer vorgewählten Temperatur, wobei ein Zeitbegrenzer (17) vorgesehen ist, der die Energiezuführung unter einen unzulässig hohen Maximaltemperaturwert begrenzt, und wobei Mittel (15) zum Auslösen jeweils eines neuen Impulses nach Absinken der Temperatur auf die vorgewählte Temperatur vorgesehen sind, so daß selbsttätig eine Impulsreihe zustande kommt, und daß das Gerät mit Instrumenten (3, 4) zum Ablesen und/oder Registrieren der Dauer der Intervalle zwischen den Impulsen und ihrer Veränderung im Verlauf der Impulsfolge versehen ist.

6. Gerät nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Temperatur-Meßeinrichtung (5) mit zwei bei Erreichen von zwei vorwählbaren, unterschiedlichen Temperaturen (T_min, T_max) ansprechenden Schaltkontakten, wobei der bei der unteren Temperatur (Tmin) ansprechende Schaltkontakt zum Auslösen des Impulssteuergerätes (15) im Sinne einer Energieabgabe und der andere Schaltkontakt zum Ausschalten des Impulssteuergerätes (15) dienen, und ferner gekennzeichnet durch Anzeigegeräte (3, 4) für die Zeitdauer der Impulse (ty und die Zeitdauer der Intervalle ^zwischen den Impulsen.