DE1812017B2 - Anordnung zur Messung der Innenabmessung von Gefässen im lebenden Körper - Google Patents

Description

α =

b ■ cos β — r

b = Abstand der Schwinger-Systeme (2) und (3), β = halben öffnungswinkel der Sende-(Emp-

fangs }keule,
r — Gefaßradius.

14. Anordnung nach Anspruch 9 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß dem Rechner ein Proportionalitätsglied nachgeschaltet ist. an dessen Ausgang ein M ßgerät mit in Längeneinheiten geeichter Skala z_v.■- direkten Ablesung des gemessenen Gefäßdurchmessers anschließbar ist.

15. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmittel gekuppelt sind mit einem am RechD_r31 (31') vorgesehenen Einstellglied für die Veränderung der Charakteristik des Rechners entsprechend des bei Betätigung der Antriebsmittel sich verändernden Absitandesb.

16. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit Ausnahme von Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Sender mit voneinander unterschiedlichen Frequenzen erregt werden.

17. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an das Dopplergerät ein vorzugsweise als Lautsprecher ausgebildetes überwachungsgerät (34) angeschlossen ist.

18. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von getrennten Sendern und Empfängern die beiden Sender (Empfänger) zusammengefaßt sind zu einem Sender (Empfänger) mit entsprechend breiterer Sende-(Empfangs-)keule.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Messung der Innenabmessungen von Gefäßen mit strömenden Körpersäften im lebenden Körper, insbesondere von Blutgefäßen. Die Bestimmung der Querschnittsgröße von Blutgefäßen ist in der Medizin, insbesondere in der Humanmedizin, von Bedeutung, weil durch solche Messungen Rückschlüsse, z. B. auf den Grad und das Fortschreiten von Arterienverkalkung gezogen werden können. Außerdem ist es für die Durchführung von Blutflußmessungen wichtig, den Innenquerschnitt des untersuchten Gefäßes zu kennen, um zusammen mit einer Messung der Geschwindigkeit des strömenden Körpersaftes die gesuchte Größe, nämlich die Blutflußmenge zu bestimmen.

Bis jetzt sind keine Geräte bekannt, mit welchen an uneröflheten Blutgefäßen die Inneniabmessungen bzw. der Innenquerschnitt mit Sicherheit und mit ausreichender Genauigkeit quantitativ bestimmt werden kann. Es ist zwar möglich, auf röntgenographische Weise Schattenbilder von Gefäßen zu erzeugen, indem in die Blutbahn ein sogenanntes Kontrastmittel vor der Röntgenaufnahme injiziert wird; da im allgemeinen jedoch die Lage (Tiefe) des Blutgefäßes im Körper nicht genau bestimmt werden kann und am RÖntgenbild die von den Abständen Röntgenröhre-Blutgefäß-Bildebene abhängige Projektion der GeJaße dargestellt wird, ist es nicht ohne weiteres möglich, aus dem Röntgenbild genau genug die Größe des Innenquerschnittes des interessierenden Gefäßes zu ermitteln.

ίο Außerdem ist diese Methode zur Bestimmung der Gefäßgrößen umständlich und zeitraubend. Sie kann nur von Fachkräften und mit großem Aufwand durchgeführt werden und stellt für den untersuchten Patienten wegen der Kontrastmittelinjektion und der Gefahr von Strahlenschädigungen eine unzumutbare Belastung dar.

Aus der deutschen Auslegeschrift 1 258 015 ist eine Anordnung zur Sichtbarmachung eines Herzquerschnittes mit Hilfe des UltraschaUimpulsechoverfahrens unter Verwendung eines Kathodenstrahloszillographen bekannt. Dabei erfolgt die Ablenkung des Schreibstrahles in der einen Koordinate synchron mit der Bewegung des Ultraschallstrahles; die Ablenkung des Schreibstrahles in der anderen Koordinate ist mit dem Ultraschall-Senrieimpulsen synchronisiert, und die Schreibstrahlhelligkeit wird durch die Intensität der Echosignale moduliert.

Mit einer solchen bekannten Anordnung ist es prinzipiell möglich, ein Abbild eines im Körper liegenden Gefäßes zu erhalten. Die quantitative Feststellung des tatsächlichen Durchmessers eines solchen Gefäßes ist jedoch deshalb nicht gut möglich, weil einerseits die Lage des Gefäßes 7ur Abtastebene des Ultraschalls nicht festliegt und daher unkontrollierbare Projektionsverzerrungen entstehen und andererseits die Gefäße durchaus nicht immer kreisförmigen Querschnitt besitzen, so daß eine Korrektur der Einstrahlrichtung auf Grund der am Kathodenstrahloszillographen abgebildeten geometrischen Form nicht möglich ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung anzugeben, mit welcher die Messung des Innenquerschnittes (der Innenabmessungen), insbesondere von Blutgefäßen, unter Anwendung des Ultraschalls auf unblutige Weise von Hilfskräften und ohne den Patienten in irgendeiner Weise zu belasten, durchgeführt werden kann, ohne daß die Fehler, die bekannten Ultraschallanordnungen wegen der Winkelabhängigkeit der Abbildungssysteme anhaften, zu befürchten sind.

Die Erfindung setzt bei der Erkenntnis an, daß der Innenquerschnitt eines Gefäßes deshalb meßbar sein müßte, weil in ihm sich eine strömende Flüssigkeit befindet, die bei Bestrahlung mit Ultraschall einen

5S Doppler-Effekt bewirkt, während von dem umliegenden sich nicht bewegenden Gewebe kein Doppler-Effekt ausgehen wird. Von dieser Überlegung ausgehend ist die Erfindung gekennzeichnet durch einen Träger für einen auf das Gefäß schräg zur Strömungs-

richtung ausrichtbaren Ultraschall-Sender/Empfänger mit scharfer Begrenzung seiner Sendekeule, welchei Träger neben diesem Ultraschall-Sender/Empfängei einen zweiten gleichartigen, mit der gleichen Sende· energie zu betreibenden UHraschall-Sender/Empfän-

ger derart trägt, daß beide Sender in einer zu ihrtr (parallel verlaufenden) Hauptsenderichtungen senk rechten Ebene liegen, wobei jedem Ultraschallempian ger ein Dopplergcrät zur Messung der Leistung de

empfangenen, auf Grund de ι Strömung im Gefäß entstehenden Dopplerfrequenzen zugeordnet ist oder durch einen auf das Gefäß schräg zur Strömungsrichtung ausrichtbaren Ultraschall-Serider/Empfänger mit scharfer Begrenzung seiner Sendekeule und Mittel 5 zu seiner Parallelverschiebung in einer zur Hauptsenderichtung senkrechten Ebene derart, daß die Ränder der Sendekeule in der ersten Stellung parallel zu den Rändern der Sendekeule in der zweiten Stellung nach der Parallelverschiebung liegen und durch ein dem Ultraschallempfänger zugeordnetes Dopplergerät zur Messung der Leistung der empfangenen, auf Grund der Strömung im Gefäß entstehenden Dopplerfrequenzen in der ersten und in der zweiten Stellung. Der Träger wird dabei auf der Haut des Patienten über dem zu messenden Blutgefäß derart angeordnet, daß von der einen Sendekeule der ganze Querschnitt des Gefäßes erfaßt wird; es ist dabei eine Einstellung möglich, bei der die Begrenzung der vom Sender ausgehenden Sendekeule das Blutgefäß gerade noch tangiert. Bei dieser Einstellung des einen Ultraschallsenders relativ zum Blutgefäß wird die maximal erzielbare Doppler-Echoleistung von dem dann als Ultraschallempfänger arbeitenden Ultraschallsender empfangen werden. Die Sendekeule des anderen (zweiten) Senders wird bei dieser Einstellung das Gefäß nur noch zum Teil durchsetzen, so daß von dem zweiten Empfänger nur noch eine geringe Dopplerleistung empfangen werden kann. Unter der Voraussetzung, daß die Größe des Ab-Standes (b) beider Sender/Empfänger bekannt ist und die Gefäße rund sind. Hißt sich aus dem Verhältnis der beiden empfangenen Doppler-Frequenzleistungen die Größe des Gefäßradius (und daraus des Innenquerschnittes) genau genug bestimmen.

Ist nur ein Sender/Empfänger vorgesehen, so wird dieser wie der obengenannte erste Sender eingestellt, d.h. so. daß die Begrenzung seiner Sendekeule das Gefäß tangiert und die Sendekeule das Gefäß vollkommen durchsetzt (was sich darin äußert, daß bei weiterer Verschiebung die empfangene Dopplerleistung geringer würde). Nach Messung der empfangenen Leistung wird dann der Sender Empfänger um einen gewissen Betrag verschoben und die bei dieser Einstellung empfangene Leistung gemessen. Aus dem Verhältnis der beiden Leistungen läßt sich dann der Gefäßquerschnitt bestimmen.

Im Rahmen der Erfindung ist es zweckmäßig, den Ultraschall-Sender/Empfänger zu einem Schwinger zusammenfassen, der abwechselnd als Sender oder Empfänger betrieben wird. Dadurch ist sichergestellt, daß der Empfänger nur von dem vom Sender beschallten Gebiet ausgehende Echos, diese Echos aber " alle empfängt. Bei Verschiebung des Senders für die zweite Messung ist gewährleistet, daß Sender und Empfänger um den gleichen Betrag verschoben werden. Um unterschiedlich große und unterschiedlich tief unter der Hautoberfläche liegende Gefäße mit der erfindungsgemäßen Anordnung messen zu können, ist es zweckmäßig, bei einem System mit zwei Sender/ Empfängern ein System längs einer geraden Linie in der Sendcebenc. d. h. in einer zur Hauptsenderichtung senkrechten Ebene verschiebbar zu machen, um den gewünschten Abstand einsteller. >:u können; für die Anordnung mit einem Sender ist eine solche Führung wichtig, damit bei der Verschiebung in die zweite Stellung die Lage in der ursprünglichen Ebene erhalten bleibt.

Als zweckmäßig für die Verstellung des Seude-Empfangssystems hat sich ein Spindeltrieb erwiesen, dem eine Meßhilfe zum Ablesen des Abstandes des Systems voneinander bzw. der Größe der Verschiebung zugeordnet ist.

Den Dopplergeräten, die die mittlere Dopplerenergie ermitteln, ist ein Dividierglied nachgeschaltet, was bei einer Anordnung mit zwei Sende/Empfangssystemen eine fortlaufende Messung des Querschnittes ermöglicht. Änderungen der Querschnittsgröße während einer Pulsperiode können also dadurch erfaßt werden.

Eine mathematische Ableitung ergibt, daß die Größe des Gefäßquerschnittes (doppelter Gefäßradius) aus der Formel

arecos a — a ■ sin arecos α

_ b ■ cos β — r r

(vgl. Legende Spalten 10,11,12)

bestimmbar ist, wenn der Abstand (b) der Systeme bei den beiden Messungen sowie der konstant zu haltende Einfallswinkel α des Ultraschalls in das Gefäß bekannt sind. Entsprechend dieser Formel läßt sich mit b als Parameter diejenige Kurve aufzeichnen, die den Zusammenhang zwischen r und

-j- angibt. Entsprechend dieser Kurve ist ein nichtlinearer Rechenverstärker aufgebaut, der dem Dividierglied nachgeschaltet ist. Diesem Rechenverstärker nachgeschaltet ist ein Proportionalitätsglied.

Das Dopplergerät zur Erfassung der empfangenen Dopplerleistung umfaßt Mittel zur Bildung einer mittleren Ausgangsspannung aus den Amplituden der empfangenen einzelnen Dopplerfrequenzen. Zweckmäßig ist es, die Antriebsmittel zur Senderverstellung mit dem nichtlinearen Verstärker zu kuppeln, um eine automatische Berücksichtigung des eingestellten Parameters b zu erzwingen.

Bei der Anordnung mit zwei Sendesystemen, die beide gleichzeitig arbeiten, ist es zweckmäßig, für das zweite System eine von der Sendefrequenz abweichende Frequenz zu wählen, damit mit Sicherheit eine gegenseitige Beeinflussung der beiden Systeme ausgeschaltet ist. Der Abstand der Sendefrequenzen muß dabei mindestens der erwarteten Dopplerfrequenzverschiebung entsprechen. Mit Etfolg wurden Sendefrequenzen zwischen 1 und 10 MHz angewendet.

Es ist im Rahmen der Erfindung auch möglich, bei Verwendung von getrennten Sendern und Empfängern, die beiden Sender zu einem einzigen Sender mit breiterer Sendekeule zusammenzufassen bzw. unter Beibehaltung von zwei Sendern nur einen gemeinsamen Empfänger mit breiterer Empfangskeule zu verwenden. Die doppelt vorhandenen Teile (Sender oder Empfänger) sind dann abwechselnd zu betreiben.

Eine andere Möglichkeit zur Ermittlung des Gefäßquerschnittes nach der Dopplereffektmethode besteht darin, die Dopplergeräte so auszubilden, daß sie die einzelnen empfangenen DopplcrfrequenTcn messen. Solange die Scndekeulc das' ganze Gefäß durchsetzt, wird vom Dopplergerät eine der mittleren Blutflußgeschwindigkeit entsprechende mittlere Ausgangsspannung abgegeben. Wenn nur noch ein Teil

des Gefäßes durchschallt wird, ergibt sich dementsprechend eine geringere mittlere Ausgangsspannung, über den Abstand der Sende/Empfangssysteme und die Schräge des Einfallswinkels α zur Strömungsrichtung stehen die beiden gewonnenen Ausgangsgrößen gemäß der Formel miteinander in Beziehung.

Dementsprechend ist bei dieser Variante den wie oben ausgebildeten angegebenen Dopplergeräten wiederum ein Dividierglied und ein nichtlinearer Rechenverstärker (mit einer der Formel

arccos

a - α fT- α²

arccos a — ■= a Yl — α² (5 — 2α²)

a =

b · cos β — τ

(vgl. Legende Spalten 10, 11,12)

entsprechenden Charakteristik) nachgeschaltet. Selbstverständlich kann auch bei der Bestimmung des Gefäßquerschnittes mit den zuletzt angegebenen Dopplergeräten die Meßanordnung so gewählt sein, wie eingangs ausgeführt, d.h., es können Sende/ Empfangssysteme zusammengefaßt sein, es kann ein Träger mit zwei Systemen vorhanden sein oder nur ein verschiebbares System; ebenso sind die Mittel für die Verschiebung und Messung der Größe der Verschiebung hier ebenso zweckmäßig anzuwenden.

Nachfolgend wercien an Hand von sechs Figuren zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert. Es zeigt

F i g. 1 die erfindungsgemäße Meßanordnung zusammen mit dem zu messenden Gefäßquerschnitt als Prinzipdarstellung,

F i g. 2 eine Anordnung mit zwei Sende/Empfänger-Systemen teils aufgebrochen in Ansicht,

F i g. 3 eine entsprechende Anordnung, wobei Sender und Empfänger jedes Systems zu je einem Sende/Empfangsschwinger zusammengefaßt sind,

F i g. 4 ein Prinzipschaltbild,

F i g. 5 und 6 Meßkurven, welche die Charakteristik des Rechenverstärkers, der in Fig.4 schematisch veranschaulicht ist, angeben.

In der F i g. 1 ist mit 1 ein Träger für die beiden im Abstand b voneinander angeordneten Ultraschall-Sender/Empfänger 2 und 3 dargestellt, welche Sender/ Empfänger Sende- bzw. Empfangskeulen 2' bzw 3' mit scharfen Randbegrenzungen aufweisen, wobei die Hauptsenderichtung des Senders 2 mit 11 und die des Senders 3 mit III angedeutet ist. Die Sender/Empfänger 2 und 3 sind auf der Hautoberfläche 4 eines Gewebeabschnittes (schräg zur Strömungsrichtung im Gefäß ausgerichtet) aufgesetzt, welcher das zu messende Blutgefäß 5 enthält. Der Träger 1 ist — wie später noch erklärt wird — in eine Position gebracht, in der die eine Sendekeule 2' des Senders 2 mit ihrer einen, dem zweiten Sender 3 abgewandten Randbegrenzung gerade das Gefäß S im Punkt 6 tangiert. Die Begrenzung der Sendekeule 3' durchsetzt das Gefäß dann nur zum Teil.

Der Träger 1. der in F i g. 2 teils aufgebrochen in Ansicht dargestellt ist, enthält das fest eingebaute Formstück 7. in dessen Unterseite der Ultraschallschwinger 8, welcher als Sender betrieben wird, und der Ultraschallschwinger 9. welcher den Empfänger darstellt, eingeklebt sind. Das Formstück? besteht aus Isoliermaterial und weist die Bohrungen 10 und 11 auf, durch welche elektrische Anschlußleitungen zu den Schwingern verlaufen (der Übersichtlichkeit wegen ist nur die Leitung für den Schwinger 8 angedeutet). Die Oberseite der Trägers 1 ist zur Durcbführung der Anschlußleitungen mit entsprechenden Bohrungen 10', 11' versehen. Im Träger 1 gehaltert ist die Spindel 12, die den Formkörper 7 durchsetzt und mit dem Drehknopf 13 außerhalb des Trägers betätigbar ist. Auf der Spindel 12 ist mittels Gewinde

ίο ein dem Formkörper 7 entsprechender Formkörper 14 geführt, der ebenfalls mit zwei Ultraschallschwingern 15,16 versehen ist, wobei der Schwinger 15 als Sender und der Schwinger 16 als Empfänger dient Mittels der Spindel 12 ist das Formstück 14 durch Drehen

is des Drehknopfes 13 in Richtung des Doppelpfeiles 17 verstellbar. Damit die elektrischen Zuleitungen zu den Schwingern 15, 16 (in der Zeichnung nur für den Schwinger 15 angedeutet) aus dem Träger auch bei einer Verschiebung des Formstückes 14 herausgeführt werden können, sind im Träger die Längsschlitze 19 und 20 vorgesehen. Das Formstück 14 ist mittels der Schwalbenschwanzführung 21 geführt; es ist außerdem mit einem Zeiger 22 versehen, welcher auf eine Skala 23 am Gehäuse weist, an welcher der Abstand b des Formkörpers 14 vom Formkörper 7 bzw. der Abstand zwischen den von den jeweiligen Fonnstücken getragenen Sender/Empfängern ablesbar ist F i g. 3 zeigt eine Modifikation des Trägers nach Fig.2, wobei die Sender und Empfänger8, 9 bzw. 15, 16 (entsprechend der Prinzipdarstellung nach F i g. 1) zusammengefaßt sind, d. h., jeder der beiden Ultraschallschwinger 24 und 25 arbeitet abwechselnd als Sender und Empfänger. Die als Träger für die Sender/Empfänger 24 und 25 dienenden Formstücke?' uiid 14' sind mit Schrägbohrungen 18 versehen für den Durchtritt der elektrischen Anschlußleitungen, und im Träger Γ ist wiederum eine entsprechende Bohrung 18' und der Längsschlitz 20' vorhanden.

Für die Verarbeitung der empfangenen Signale werden im Rahmen der Erfindung zwei verschiedene Schaltungen vorgeschlagen, die an Hand eines einzigen in F i g. 4 dargestellten Blockschaltbildes erläutert werden. Die eine Schaltung wird mit den Bezugszeichen 24 bis 33 beschrieben, die zweite mit den Bezugszeichen 24 bis 27, 28', 29', 30, 31', 32, 33.

Bei Messungen nach der »Amplitudenmethode« ist

die die Echos verarbeitende Schaltung so ausgelegt, daß — bei Verwendung nur eines Schwingers als Sender und Empfänger gemäß F i g. 3 — den (Sender/) Empfängern 24, 25 je ein Dopplergerät 26, 27 nachgeschaltet ist welches je ein Gerät 28,29 zur Messung der Gesamtleistung der empfangenen Dopplerfrequenzen durch Integration enthält Die in dieser Geräten 28, 29 gemessenen Energien bzw. Leistungen

$5 die als proportionale Spannungsamplitude A₁ bzw A₁ zur Verfügung stehen, werden als Analoggrößei dem elektrischen Dividierglied 30 zur Quotienten bildung zugeführt und auf den daran angeschlossene! Rechenverstärker 31 gegeben, welcher seinen Aus gangswert an ein Proportionalitätsglied 32 abgibt an dessen Ausgang 33 dann eine Analoggröße anstehi welche ein Maß für den Innenradius des untersuchte; Gefäßes darstellt. Wenn dem Proportionalitätsglie ein Quadrierglied zugeordnet wird, erhält man ein dem Innenquerschnitt entsprechende Größe.

Bei Messung nach der »frequenzselektiven Methc de« ist die Schaltung ähnlich, nur daß im Gegensat zu der gerade erläuterten Schaltung die integrierende

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Meßgeräte 28, 29 ersetzt sind durch Geräte 28', 29', welche den Mittelwert der von den Dopplergeräten 26, 27 abgegebenen Dopplerfrequenzen bilden (Mittelwert der Frequenz, vgl. deutsche Patentanmeldung P 1791 191.0). Bei dieser Art der Schaltung ist der Rechenverstärker31, der die in Fig. 5 dargestellte Charakteristik aufweist, durch einen Rechenverstärker 31' mit der in F i g. 6 dargestellten Charakteristik ersetzt.

Beim Gebrauch der beschriebenen Anordnung wird folgendermaßen vorgegangen: der Träger 1 wird über dem zu untersuchenden Gefäß auf der Hautoberfläche aufgesetzt und so lange auf der Hautoberfläche z. B. von links nach rechts verschoben, bis die an den Geräten 28,28' erscheinende elektrische Größe (die zweckmäßigerweise durch einen Lautsprecher 34 hörbar gemacht wird, weil, wie sich bei Versuchen herausgestellt hat, so eine genauere Einstellung möglich ist als mit optischen Hilfsmitteln) noch maximal ist. In dieser Position ist die in F i g. 1 gezeigte Stellung erreicht, wo die Sendekeule 2' des Senders 2 das Gefäß gerade noch tangiert. Eine weitere Verschiebung des Trägers nach rechts würde bewirken, daß nur noch ein Teil des Gefäßquerschnitts erfaßt wird, so daß auch die empfangene Leistung idas Geräusch im Lautsprecher) geringer würde. Die vom zweiten System 3 empfangene Leistung ist bei der in F i g. 1 gezeigten Position mit Sicherheit geringer, weil die von diesem System ausgestrahlte Keule nur einen Teil des Gefäßquerschnitts durchschallt. Es läßt sich zeigen, daß bei gegebenem Abstand b zwischen den beiden Systemen 2 und 3 der Radius des Gefäßes, gemäß der Kurve nach F i g. 5 von dem Verhältnis der von den Systemen 2 und 3 empfangenen Leistungen abhängt. Demzufolge kann nach Bekanntsein dieses Verhältnisses (am Ausgang des Dividiergliedes 30) der Gefäßradius aus dieser Kurve ermittelt werden bzw. durch die in F i g. 4 angegebene Rechenschaltung direkt ermittelt werden, wenn der Rechenverstärker 31 (bzw. 31') die in Fig.5 (bzw. Fig.6) dargestellte Charakteristik aufweist Für verschiedene Abstände b müssen auch verschiedene Kurven berechnet werden, und in Weiterbildung der Erfindung kann die Einrichtung zur Verschiebung des einen Systems relativ zum anderen mit einem Einsiellglied am Rechenverstärker 31 (bzw. 31^ versehen werden, so daß bei einer Veränderung des Abstandest automatisch die Charakteristik des Rechenverstärkers korrigiert wird.

Aus dem bisher Gesagten ergibt sich, daß mit den so dargestellten Anordnungen eine kontinuierliche Messung des Gefäßquerschnittes möglich ist, weil beide Größen, die aus den Echos der beiden Systeme gewonnen werden, gleichzeitig zur Verfugung stehen urd demzufolge auch gleichzeitig verarbeitet werden können. Dies ist besonders wichtig für den eingangs genannten Anwendungszweck, weil bei Blutpulsationen die Blutgefäße entsprechend der Druckverteilung während einer Pulsperiode ihren Querschnitt ändern. Es ist jedoch auch möglich, mit nur einem System zu arbeiten, dieses System so anzuordnen wie das System2 in der Fig. 1, die ermittelte Größe zu speichern, anschließend das System in die Position des Systems 3 nach F i g. 1 um einen Abstand b zu verschieben und erneut zu messen und die gemessene Größe ins Verhältnis zu setzen mit der gespeicherten Giöße. Eine technische Ausführung würde der Anordnung nach Fig.3 entsprechen, wobei lediglich das Formstück 24 mit allen zugehörigen Teilen entfällt. Das Formstück 25 wäre dann in die gewünschten Positionen zu bringen. Mit einer solchen Anordnung kann zwar nicht kontinuierlich gemessen werden, was bei relativ starren Gefäßen (Verkalkung) ausreichend sein kann. Diese Anordnung kann aber auch für eine kontinuierliche Messung geeignet gemacht werden, wenn die Verschiebung des Systems synchronisiert wird mit der Pulsfrequenz; dabei wären entsprechende motorische Antriebsmittel für die Verstellung des Sende/Empfangssystems vorzunehmen.

Der Träger kann eine gerade untere Auflagefläche, in der die Sender/Empfänger liegen, besitzen und mittels Keil od. dgl. schräg zum zu messenden Gefäß auf die Hautoberfläche aufgesetzt werden. Der Träger kann aber auch so ausgebildet sein, daß die Sender/ Empfänger in einer schräg zur Auflagefläche verlaufenden Ebene liegen. In beiden Fällen können Meßfehler, die durch Veränderung des Einfallswinkels entstehen, dadurch eliminiert werden, daß die Sender/ Empfänger entsprechend der deutschen Patentanmeldung P 17 98 104.3 doppelt vorhanden sind und unter einem Winkel von 90° zueinander angeordnet werden.

Zur Erzielung der scharfen Sender- bzw. Empfangskeule genügt es, den Schwingerdurchmesser größer als die halbe Ultraschallwellenlänge zu machen; bei Schwingerdurchmessern von etwa 5 mm und einer Arbeitsfrequenz von etwa 5 MHz sind diese Voraussetzungen ohne weiteres gegeben.

Die Ultraschallschwinger sind zweckmäßigerweise rund; dann ergeben sich beim Nebeneinanderanordnen der zwei Schwinger auch keine Schwierigkeiten, wie sie z. B. bei Verwendung von elliptischen Schwingern auftreten würden, um die langen (bzw. kurzen) Achsen der beiden Sender parallel zueinander auszurichten.

Statt des Spindeltriebes können im Rahmen der Erfindung auch Zahnrad mit Zahnstange od. dgl. verwendet werden.

Wird eine Anordnung mit zwei Schallsystemen verwendet, so empfiehlt es sich, das zweite System mit einer von der Arbeitsfrequenz des ersten Systems abweichenden Frequenz zu betreiben (vgl. dazu auch deutsche Patentanmeldung P 17 98 104.3); zur Korrektur des dabei entstehenden Fehlers kann das Proportionalitätsglied 32 verwendet werden. Bei Verwendung von getrennten Sendern und Empfängern (nach F i g. 2) können die beiden Sender zusammengefaßt werden zu einem einzigen Sender mil entsprechend vergrößerter Sendekeule; die Umkehrung — Verwendung von zwei Sendern und nur eines Empfangers mit größerer Empfcngskeule — setzt allerdings voraus, daß die beiden Sender nicht gleichzeitig, sondern sozusagen im Gegentakt arbeiten.

Legende
In den Formeln bedeutet

die der vom Schwinger 2 empfangenen Dopp-

ler-Leistung entsprechende Größe,

die der vom Schwinger 3 empfangenen Dopp-

ler-Leistung entsprechende Größe,

halben öffnungswinkel der Sendc-(Empfangs-)

keule,

k 1 O A

b — Abstand der Schwinger-Systeme 2 und 3, r = Gefäßradius,

F₁ = die mittlere Dopplerfrequenz (gebildet entsprechend deutscher Patentanmeldung P 17 91 191.0) des einen Empfangssystems (2),

F₂ = die mittlere Dopplerfrequenz (gebildi entsprechend deutscher Patentanmeldun P 17 91 191.0) des anderen Empfanges; stems (3) bzw. des Empfangssystems nac der Verschiebung.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

4320

Claims (13)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Messung der Innenabmessung -«on· Gefäßen mit strömenden Körpersäften im lebenden Körper, insbesondere Blutgefäßen, ge- s kennzeichnet durch einen Träger(l) für einen auf das Gefäß schräg zur Strömungsrichtung ausrichtbaren Ultraschall-Sender/Empfänger (2) mit scharfer Begrenzung seiner Sendekeule (2'), welcher Träger neben diesem Ultraschall-Sender/ Empfänger (2) einen zweiten gleichartigen mit der gleichen Sendeenergie zu betreibenden Ultraschall-Sender/Empfänger derart trägt, daß beide Sender in einer zu ihren (parallel verlaufenden) Hauptsenderichtungen senkrechten Ebene liegen, wobei jedem Ultraschallempfänger ein Dopplergerät zur Messung der Leistung(A₁, A₂; F₁, F₂) der empfangenen, auf Grund der Strömung im Gefäß entstehenden Dopplerfrequenzen zugeordnet isL 2C

2. Anordnung zur Messung der Innenabmessung von Gefäßen mit strömenden Körpersäften im lebenden Körper, insbesondere von Blutgefäßen, gekennzeichnet durch einen auf das Gefäß schräg zur Strömungsrichtung ausrichtbaren Ultraschall-Sender/Empfänger mit scharfer Begrenzung seiner Sendekeule und Mittel zu seiner Parallelverschiebung in einer zur Hauptsenderichtung senkrechten Ebene derart, daß die Ränder der Sendekeule in der ersten Stellung parallel zu den Rändern der Sendekeule in der zweiten Stellung nach der Parallel verschiebung liegen und durch ein dem Ultraschallempfänger zugeordnetes Dopplergerät zur Messung der Leistung der empfangenen, auf Grund der Strömung im Gefäß entstehenden Dopplerfrequenzen in der ersten und in der zweiten Stellung.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der (bzw. die) Ultraschall-Sender/Empfänger zu (je) eineia Schwinger zusammengefaßt ist, der abwechselnd als Sender oder Empfänger betrieben wird.

4. Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch Mittel zur Verschiebung des (einen) Sender/Empfangers in der genannten Ebene längs einer geraden Linie, wobei diese Mittel aus am Träger vorgesehenen, geradlinig verlaufenden Führungsgliedern bestehen und der Sender/Empfänger mit entsprechenden Gegenführungsgliedern versehen ist.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß den Führungsgliedern und Gegenführungsgliedern Antriebsmittel zur Verschiebung des Sender/Empfängers zugeordnet sind.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmittel aus einem Spindelbetrieb bestehen.

7. Anordnung liach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß den Mitteln zur Verschiebung des Sender/Empfangers eine Meßhilfe zur quantitativen Ermittlung der Größe der erfolgten Verschiebung zugeordnet ist.

8. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den beiden Dopplergeräten ein gemeinsames Dividierglied (30) zur Ermittlung der Größe des Verhältnisses (AJA₂) der empfangenen Dopplerenergien nachgeschaltet ist.

9. Anordnung nach Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß dem Dividierglied ein Rechne: nachgeschaltet ist, welcher einen nichtlinearen nach der Formel

ZL -

arccos a — a · sin arccos a

arbeitenden Verstärker zur Errechnuag des Ge fäßradius r aus dem ermittelten Verhältnis -~ nachgeschaltet ist, wobei

A₁ = die der vom Schwinger (2) empfangener Doppler-Leistung entsprechende Größe,

A₂ = die der vom Schwinger (3) empfangener Doppler-Leistung entsprechende Größe,

π = 3,14,

a =

b ■ cos β — r

b = der Abstand der Schwinger-Systeme (2) unc

(3),
β = der halbe öffnungswinkel der Sende-(Emr>

fangs-)keule und
r = der Gefäßradius ist.

10. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Dopplergerät ein Sub iraktionsglied zur Ermittlung der Dopplerfrequenz verschiebung f_D (= A- - fs) aus der Differenz zwischen der empfangenen Frequenz f_E und dci Sendefrequenz/_s enthält sowie ein Integrations glied zur Bildung des Mittelwertes der Ampli tuden des empfangenen Dopplerfrequenzgemisches.

11. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Dopplergerät ein Subtraktionsglied zur Ermittlung der Dopplerfrcquenzverschiebung enthält sowie ein Gerät zur Ermittlung der mittleren Dopplerfrequenz aus dem empfangenen Dopplerfrequenzgemisch.

12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät zur Ermittlung der mittleren Dopplerfrequenz auf im Bereich des Dopplerfrequenzgemisches liegende Frequenzen abgestimmte Filter mit nachgeschalteten Amplitudenmeßgeräten enthält und diesen ein gemeinsames Summierglied zugeordnet ist, das über ein Dividierglied mit einem weiteren Summierglied verbunden ist, welches die Produkte aus den von den einzelnen Ampütudenmeßgeräten ermittelten Amplituden und einer der Resonanzfrequenz des jeweiligen Filters proportionalen Größe addiert.

13. Anordnung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß dem Dividierglied ein Rechner nachgeschaltet ist, welcher einen nichtlinearen, nach der Formel

F₂ arccos a — a ■ sin arccos a
arbeitenden Verstärker ztir Errechnung des Gefäßradius r aus dem ermittelten Verhältnis _e ^! nachgeschaltet ist; in der Formel bedeutet

F₁ = die mittlere Dopplerfrequenz (gebildet entsprechend deutscher Patentanmeldung P 17 91 191.0) des einen Empfangssystems (2),

F₂ = die mittlere Dopplerfrequenz gebildet entsprechend deutscher Patentanmeldung P17 91 191.0) des anderen Empfangssystems (3) bzw. des Empfangssystems nach der Verschiebung,
π = 3,14,