DE19802474A1 - Vorrichtung und Verfahren für die Beobachtung von Gefäßen, insbesondere Blutgefäßen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren für die Beobachtung von Gefäßen, insbesondere Blutgefäßen, am Körper, in Körperhöhlen und Hohlorganen.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, zur Untersuchung von Körperhöhlen oder Hohlorganen im Körperinneren, etwa dem Magen oder dem Darmtrakt, ein Endoskop einzuführen, um durch dessen Bilddarstellung einen optischen Eindruck von einem zu diagnostizierenden Zustand im jeweiligen Körperbe­ reich zu erhalten. Technik, Aufbau und Funktionsweise der­ artiger Endoskope sind bekannt, wobei insbesondere die mo­ derneren einen mittels Lichtleitfasern realisierten Endo­ skop-Leiter zur Einführung in den Körper aufweisen und das so erreichte Bild über einen elektronischen Bildsensor er­ faßt und zur Anzeige auf einem (Video-) Bildschirm elek­ tronisch aufbereitet wird. Auch gibt es Endoskope, die am Eingriffsende den Bildsensor (z. B. CCD) aufweisen.

Bei der praktischen Durchführung der Endoskopie stellt sich jedoch häufig das Problem, daß an für eine Diagnose oder Behandlung konkret relevanten Stellen, z. B. einem Geschwür, (Blut-) Gefäße vorhanden sind, welcher besonderer Aufmerk­ samkeit bzw. extremer Vorsicht bei Eingriffen oder einer zielgerichteten Behandlung bedürfen, um eine Blutungsgefahr zu verringern. Da zudem derartige Blutgefäße von Gewebe oder Organwänden der jeweils betrachtenden Körperhöhle umgeben sind, sind diese in der Regel durch die rein endoskopische Betrachtung visuell nicht erkennbar.

Zwar ist es ebenfalls nach dem Stand der Technik bekannt, generell zur Untersuchung von Blutflüssen und somit auch zur Detektion von Blutgefäßen Techniken der Ultraschall-So­ nographie anzuwenden, dies bietet jedoch insbesondere bei einer Arbeit im Körperinneren ganz erhebliche Schwierigkei­ ten und ist daher in der klinischen Praxis bislang nicht nutzbar.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, Vorrich­ tungen bzw. Techniken der Endoskopie bzw. allgemein der vi­ suellen Betrachtung von Körperhöhlen oder Hohlorganen durch eine Funktion zu ergänzen, welche die Erkennung von - üb­ licherweise verdeckten bzw. unsichtbaren - Blutgefäßen am Beobachtungs- bzw. Eingriffsort ermöglicht. Dabei ist so­ wohl eine entsprechende Beobachtungsvorrichtung zu schaf­ fen, als auch ein zugehöriges Bedien- bzw. Betriebsverfah­ ren.

Die Aufgabe wird durch die Vorrichtung nach dem Patentan­ spruch 1 sowie das Verfahren nach dem Patentanspruch 17 ge­ löst.

Vorteilhaft gestattet dabei das Vorsehen einer Ultraschall­ sonde für eine (bevorzugt mehrkanalige) Doppler-Ultra­ schall-Auswertung am eingriffsseitigen Ende des bevorzugt als Endoskopleiter ausgeführten Trägers die gleichzeitige Überwachung auf (Blut-)gefäße bzw. das Erzeugen entspre­ chender, strömungsabhängiger Bildinformation bei der Be­ trachtung des erfaßten Bildes, und die erfindungsgemäß aus­ gebildete Video-Ausgabeeinheit ermöglicht die simultane, visuelle Überwachung dieser Vorgänge mit einem einzigen Blick auf einem gemeinsamen Ausgabebildschirm.

In für die klinische Praxis bedeutsamer Weise wird somit die Beobachtung bzw. Behandlung zweier diagnostisch zusam­ menhängender Tatbestände ermöglicht und unterstützt, ohne daß mehrere Geräte simultan bedient und beobachtet werden müssen, und ohne daß eine Ablenkung durch zusätzlichen Be­ dienaufwand erfolgt.

Zwar ist es im Rahmen der Erfindung bevorzugt, diese im Zu­ sammenhang mit einer Endoskopieeinrichtung zu benutzen, bei welcher diese als Trägereinrichtung auch für den Ultra­ schallwandler verwendet wird; die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. So liegt es ge­ nerell im Rahmen der Erfindung, eine nahezu beliebige, elektrische Bildaufnahmevorrichtung an einem entsprechenden Träger zusammen mit dem Ultraschallwandler einzusetzen. Beispielsweise ist die Erfindung geeignet auch im Zusammen­ hang mit einem Operationsmikroskop zu verwenden, bei wel­ chem das Bilderfassungselement zum Übertragen des Mikros­ kopbildes der Mikroskopoptik zugeordnet ist, während ein­ griffsseitig am Mikroskop der Ultraschallwandler sitzen kann (oder extern von diesem vorgesehen ist); insoweit wirkt das Mikroskop als erfindungsgemäße Trägereinrichtung.

Weitere, darüber hinausgehende Einsatzbereiche wären dann etwa die Laproskopie (Bauchspiegelung) bzw. die Neuro­ chirurgie. Generell erstreckt sich damit die Erfindung auf entsprechend zugehörige Video- bzw. Grafikquellen.

Auch ist zwar die Anordnung des Ultraschallwandlers an der Trägereinrichtung besonders bevorzugt; gleichwohl ist je­ doch auch eine Ausbildung von der Erfindung mitumfaßt, bei welcher der Ultraschallwandler unabhängig und getrennt von dem Bildelement bzw. einem zugehörigen Träger geführt wer­ den kann, beispielsweise über eine handgehaltene Sonde. Auch diese Konstellation wäre etwa mit einem Operations- bzw. Videomikroskop denkbar.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen beschrieben.

So wird insbesondere durch die mehrkanalige, tiefenweise gestaffelte Auflösung der Ultraschall-Dopplerüberwachung eine praktisch äußerst nützliche Tiefenfeststellung eines jeweiligen Blutgefäßes ermöglicht. Gerade in der Durchfüh­ rung möglicher operativer Eingriffe hat es sich nämlich als bedeutsam herausgestellt, vorab eine Gewißheit dafür zu haben, ob überhaupt ein Blutfluß vorhanden ist, und dann, in welcher Tiefe ein solches Blutgefäß liegt.

Gerade durch die erfindungsgemäße Kombination der Doppler­ sonde mit einer Endoskopspitze, welche die Betrach­ tungsebene für das visuelle Endoskopie-Bild festlegt, liegt die Ultraschallsonde in einer fest definierten Position und gestattet somit eine zuverlässige Abbildung der möglichen (Blut-) Flußverhältnisse im Organgewebe oder der Wand relativ zum Endoskopkopf.

Vorteilhaft gestattet die Erfindung zudem das bedarfsge­ rechte Umschalten zwischen einer reinen Endoskopie-Darstel­ lung und einer in der erfindungsgemäßen Weise spezifizier­ ten Mischdarstellung, insbesondere für den Fall, daß an ei­ ner als besonders relevant angesehenen Eingriffsposition ein Gefäß vermutet wird.

Weiterbildungsgemäß basiert zudem die Video-Ausgabeeinheit auf einem digitalen Videomischer. Hierdurch kann dann nicht nur in einfacher Weise das - durch die Auswertung bzw. Re­ rechnung ohnehin digitale - Dopplerbild einfach verarbei­ tet werden; darüber hinaus ist auch eine einfache und be­ darfsgerechte Anpassung des Endoskopbildes, etwa mit der weiterbildungsgemäß vorzusehenden Skaliereinheit zur Ver­ kleinerung bzw. Vergrößerung, möglich.

Weiter vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Einspeisen bzw. Ausgeben von Bildsignalen einer Mehrzahl verschiedener, gängiger Bildnormen, insbesondere TV-Bild­ normen eingerichtet. Dabei sind weiterbildungsgemäß Bildsi­ gnale insbesondere auch parallel, d. h. gleichzeitig in verschiedenen Normen, ausgebbar.

Gemäß einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der Er­ findung ist es zudem möglich, den Ultraschallwandler selbst, d. h. den Sondenkopf, am Eingriffsende des Trägers (z. B. des Endoskopschlauchs) in seiner Position zu verän­ dern. Auf diese Weise wird vorteilhaft eine Signaloptimie­ rung bzw. Anpassung an jeweils spezifische Beobachtungsum­ stände erreicht.

Vorteilhaft liegt es zudem im Rahmen der Erfindung, den Sondenkopf rotierend vorzusehen und/oder eine Linse zur Veränderung des Schallfeldes aufzusetzen, oder den Sonden­ kopf beweglich in Form einer steuerbaren Sonde auszuführen.

Insgesamt entstehen somit durch die Erfindung völlig neue Möglichkeiten der beispielsweise endoskopgestützten (bzw. allgemein: microinvasiven) Erforschung, Diagnose und Thera­ pie. Erstmals wird es nun einem Bediener ermöglicht, auf einen Blick eine endoskopische Untersuchung vorzunehmen, und gleichzeitig an potentiell blutungsgefährdeten Stellen eine Prüfung auf (verdeckte) Blutgefäße vorzunehmen, ohne daß es etwa weiterer (aufwendiger) Techniken oder Bedien­ schritte bedarf.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausfüh­ rungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung für die Beobachtung von Blutgefäßen in Körperhöhlen und Hohlorganen mit den wesentlichen Funktionskomponen­ ten;

Fig. 2 eine Schemaansicht einer beispiel­ haften Bildschirmdarstellung auf der Video-Ausgabeeinheit gemäß ei­ ner bevorzugten Ausführungsform der Erfindung (best mode);

Fig. 3 ein Blockschaltbild der Doppler- und Video-Einheit aus Fig. 1;

Fig. 4 ein weiter detailliertes Block­ schaltbild der Video-Verarbeitungs­ einheit aus Fig. 3; und

Fig. 5 ein Flußdiagramm mit den Verfah­ rens- bzw. Verarbeitungsschritten zum Erzeugen einer kombinierten Doppler- und Endoskop-Bilddarstel­ lung auf der Video-Ausgabeeinheit gemäß Fig. 2.

Ein handelsübliches, flexibles Endoskop 10 ist in herkömm­ licher Weise mit einer Endoskopie-Basiseinheit 12, welche die für die Endoskop-Bilderzeugung notwendige Elektronik aufweist, verbunden. Diese so aufgebaute Endoskopieeinheit 10, 12 entspricht im Hinblick auf ihre Bestandteile und ihre Funktionsweise handelsüblichen Endoskopiesystemen, wo­ bei - je nach vorgesehenem Anwendungsfall - Geräte für eine flexible Endoskopie oder aber für eine starre Endo­ skopie, etwa bei der Lapraskopie, verwendbar sind.

Durch den (in den Fig. nicht näher gezeigten) Instrumen­ tier- bzw. Arbeitskanal des flexiblen Endoskops (Endoskopleiters) 10 ist zusätzlich eine entsprechend aus­ geformte, mit einer dünnen, flexiblen Zuleitung versehene Ultraschallsonde 14 an einen Eingriffsort am Endoskopende geführt. Diese Ultraschallsonde ist zum Senden und Empfan­ gen von Ultraschallwellen zur Gefäßerkennung und -beobach­ tung unter Ausnutzung des Dopplereffektes eingerichtet und über eine entsprechende Zuleitung mit einer Doppler- und Video-Einheit 16 verbunden. Diese Doppler- und Video-Ein­ heit 16 empfängt zusätzlich das Endoskop-Bildsignal (welches z. B. das Ausgangssignal eines am Ende eines Videoendoskops sein kann, welches in geeigneter und anson­ sten bekannter Weise von der Basiseinheit 12 zu einem Moni­ torbild verarbeitet wurde) und erzeugt daraus ein gemein­ sames Video-Signal, welches an eine Video-Ausgabeeinheit 18 in der nachfolgend zu beschreibenden Weise ausgegeben wird. Dabei basiert das gemeinsame Video-Signal sowohl auf Bildinformationen, die mit der Ultraschallsonde 14 gewonnen werden, als auch auf dem Endoskopiebild.

Ein schematisch gezeigter, extern angeschlossener Umschal­ ter - im dargestellten Beispiel ein Fußschalter 20 - er­ laubt es einer Bedienperson, zwischen Modi der Bilddarstel­ lung auf der Ausgabeeinheit 18 umzuschalten. Darüber hinaus ist eine externe Schnittstellen- bzw. Fernbedieneinheit 22 vorgesehen, welche eine zusätzliche, externe Ausgabe und Bearbeitung der durch die erfindungsgemäße Vorrichtung er­ zeugten Informationen ermöglicht, und über welche ggf. zu­ sätzlich mögliche Steuerbefehle gegeben werden können.

Wie in der Fig. 1 durch das schematisch nebeneinanderlie­ gend angedeutete Funktionsmodul 10, 14 gezeigt, ist die Kombination aus flexiblem Endoskop und ebenso flexibler Ultraschallsonde geeignet, an die jeweils zu beobachtenden Positionen in der Körper- bzw. Organhöhle geführt zu wer­ den, um dort über das Endoskop ein visuelles Bild der je­ weiligen Betrachtungsstelle zu erzeugen und mittels der Ultraschallsonde - bevorzugt mehrkanalig - eine gleich­ zeitige Untersuchung der an diese Beobachtungsposition ver­ laufenden (Blut-) Gefäße zu ermöglichen.

Die Untersuchungs- und Darstellungsmöglichkeiten werden an­ hand der schemaweisen Video-Bilddarstellung der Fig. 2, die ein typisches Monitor-Ausgabebild zeigt, verdeutlicht.

Innerhalb einer Bildschirmfläche ist im dargestellten Aus­ führungsbeispiel im rechten unteren Bereich ein Feld bzw. ein Fenster für das eigentliche Endoskopiebild 26 einge­ richtet, welches dem durch die Endoskopie-Basiseinheit 12 erzeugten Ausgabesignal entspricht. Darüber hinaus sind auf der Bildschirmfläche 240, da es sich beim dargestellten Ausführungsbeispiel um eine achtkanalige Ultraschall-Dopp­ lereinheit handelt, acht Ultraschalldarstellungen 28 _a bis 28 _h abgebildet, die - in ihrer Eindringtiefe abgestuft - Blutfluß und daher das Vorliegen eines Gefäßes in einer je­ weiligen Eindringtiefe zeigen. Genauer gesagt sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel acht Ultraschall-Ein­ dringtiefen zwischen 0,5 und 4,0 mm eingestellt, erkennbar an den Tiefenanzeigen neben einer jeweiligen Ultraschall- Darstellung, die ein jeweiliges aufbereitetes Ultraschall­ signal zeigen. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist bei einer Eindringtiefe von 1,0 sowie 1,5 mm ein Dopplersignal mit einem entsprechend der Herzfrequenz gepulsten Signal­ verlauf erkennbar, was darauf hindeutet, daß in diesem Tiefenbereich (bezogen auf die Spitze der Ultraschallsonde) ein Blutgefäß existiert.

Die Bilddarstellung des Ultraschall-Dopplersignals i n den Fenstern 28 der Fig. 2 ist eine Darstellung eines jeweils ermittelten Frequenzspektrums (Vertikalachse) über der Zeit (Horizontalachse), wobei in ansonsten bekannter Weise für diese Darstellung das Doppler-Empfangssignal einer nachfol­ genden Bildverarbeitungs- und Transformationsbehandlung zum Erzeugen des dargestellten Frequenzspektrums über der Zeit unterzogen wurde. Darüber hinaus enthält die Bilddarstel­ lung der Fenster 28 eine Amplitudeninformation, d. h. eine Darstellung einer jeweiligen Signalstärke innerhalb einer Frequenzlinie, durch eine in der Fig. lediglich mittels ei­ ner Farb-/Grauskala 30 angedeuteten, amplitudenabhängigen und bevorzugt in dB geeichten farbigen Einfärbung des Dopp­ lersignals. In der dargestellten Abbildung beträgt der Zeitablauf auf der gesamten horizontalen Zeitachse etwa 6 Sekunden.

Auf der Bildschirmfläche 24 ist schließlich ein Textfeld 32 vorgesehen, welches zum Anzeigen aktueller Betriebsparame­ ter - Ultraschall-Sendeleistung, horizontale Ablenkung, Verstärkung, Wellenform usw. - geeignet ist.

Mittels des Fußschalters 20 ist zudem die Bilddarstellung auf der Bildschirmfläche 24 in einfacher Weise zwischen der in Fig. 2 gezeigten Anordnung und einer Vollbilddarstellung des Endoskopiebildes 26 umschaltbar, so daß die Bedienper­ son etwa bei Endoskopie-Vollbilddarstellung eine Untersu­ chung der betroffenen Körperhöhle vornehmen kann und den Kopf des Endoskops bewegt, bis eine näher zu untersuchende Position erreicht ist. Dann wird die Ultraschallsonde in den interessanten Bereich plaziert, woraufhin dann mittels des Fußschalters 20 auf den in der Fig. 2 gezeigten Dar­ stellungsmodus umgeschaltet wird und für die aktuelle Po­ sition des Endoskopleiterkopfes eine zusätzliche Doppler- (Gefäß-) Information unmittelbar visuell zur Verfügung steht. Diese gestattet dann nicht nur das unmittelbare Er­ fassen der Position und Tiefe eines Blutgefäßes mittels der abgestuften, mehrkanaligen Doppler-Ausgabe (dieses wäre rein optisch durch das Endoskop nicht erkennbar, da die Blutgefäße innerhalb einer jeweiligen Organwand verborgen liegen), darüber hinaus ist sowohl der Blutfluß als auch das Vorliegen etwaiger Störkörper (z. B. Embolien) im Blutfluß mittels der farblich unterschiedenen Amplituden eines jeweiligen Frequenzabschnitts im Dopplerbild optisch unmittelbar erfaßbar. Die Referenz-Farbskala 30 gestattet diesbezüglich die quantitative Beurteilung eines derartigen, farblich hervorgehobenen Objektes. Mit dem kleinen Bildausschnitt kann jederzeit die Lage der Sonde kontrolliert und ggf. korrigiert werden, bis ein Signal ge­ funden wurde oder die Gewißheit besteht, daß kein Gefäß vorhanden ist.

Auf die vorbeschriebene Weise ist somit eine bislang unmög­ liche Untersuchung von Indikationen möglich, die etwa im Zusammenhang mit Blutungen aus dem Gastrointestinaltrakt in Zusammenhang stehen. Dies sind u. a. Ulcera, Varizen, Angio­ dysplasien oder auch Interventionen, wie z. B. die Polypek­ tomie großer Polypen oder eine Tumor-Resektion. Das Ergeb­ nis einer kombinierten Endoskopie-Doppleruntersuchung von derartigen, blutungsgefährdeten Stellen ermöglicht dann eine Entscheidung über weitere therapeutische Maßnahmen, etwa eine lokale Therapie, oder aber eine Feststellung, daß die Durchführung einer Operation nicht notwendig ist. Eine etwaige Intervention/Operation könnte dann in der ansonsten bekannten Weise unmittelbar über den Arbeits- bzw. Instru­ mentenkanal des Endoskops erfolgen.

Unter Bezug auf die Fig. 3 und 4 wird im weiteren der De­ tailaufbau der schematischen, in Fig. 1 gezeigten Doppler- und Videoeinheit 16 beschrieben.

Diese besteht, wie in der Fig. 3 dargestellt, aus drei Funktionseinheiten - einer Dopplereinheit 34, an welche über eine Sondenbuchse 36 die Ultraschallsonde 14 an­ schließbar ist, einer zentralen Steuereinheit 38, welche das aufbereitete Ausgangssignal der Dopplereinheit 34 emp­ fängt und weiterverarbeitet, sowie einer Video-Verarbei­ tungseinheit 40, welche zum einen ein aufbereitetes Video- Dopplersignal der Steuereinheit 38 empfängt, und welche zum anderen Signaleingänge für das von der Endoskopie-Basisein­ heit 12 erzeugte Endoskopie-Bildsignal aufweist.

Im einzelnen weist die Dopplereinheit 34 ein Sendemodul 42 sowie ein Empfangsmodul 44 auf, welche über die mit beiden Modulen verbundene Sonde 14 ein (z. B. 16 MHz) Doppler-Ul­ traschallsignal auf die interessierende Körperstelle brin­ gen bzw. das von dort reflektierte Signal empfangen. Beson­ ders vorteilhaft wird durch entsprechende Taktung bzw. Ver­ zögerung auf der Empfangsseite (Gating) eine Mehrzahl von reflektierten Signalen eines - bevorzugt gemeinsamen - Sendesignals empfangen, welches dann, bedingt durch die durch die Zeitverzögerung erreichten Laufzeitunterschiede, einer jeweiligen Eindringtiefe entspricht. Mit anderen Wor­ ten, bei dem konkret dargestellten, achtkanaligen Ausfüh­ rungsbeispiel wird das sendeseitig ausgestrahlte Ultra­ schallsignal über das Empfangsmodul 44 zeitversetzt zu acht verschiedenen, aufeinanderfolgenden Empfangszeitpunkten aufgenommen, wobei die Zeitverzögerung zwischen Sendeimpuls und Empfang eines jeweiligen Empfangssignals der doppelten Signallaufzeit (Hin- und Rückweg) für die jeweilige Ein­ dringtiefe entspricht. Auf diese Weise wird dann das acht­ kanalige Empfangssignal erhalten, welches mittels jeweils doppelt (zweikanalig) vorgesehener Mischereinheiten 46 in der ansonsten bekannten Weise demoduliert bzw. auf eine weiterverarbeitbare Endfrequenz umgesetzt wird. Das demodu­ lierte, achtkanalige Empfangssignal wird dann einer Multi­ plexereinheit 48 zugeleitet, welche das achtkanalige Signal zur gemeinsamen, weiteren Übertragung und Verarbeitung zu­ sammenfaßt und nachfolgenden Funktionsblöcken zur Verfügung stellt.

Gleichzeitig erfolgt über eine Prozessoreinheit 50 bzw. eine mit dieser zusammenwirkenden RAM-Steuereinheit 52 eine Prozeßablaufsteuerung und -kontrolle des Dopplerbetriebes mit den vorbeschriebenen Einheiten.

Die Multiplexereinheit 48 stellt über eine analoge Audio­ signalleitung 54 und eine analoge Bildsignalleitung 56 das demodulierte Dopplersignal zum einen einer Audio-Ausgabe­ einheit 58 der Steuereinheit 38 zur Verfügung, und zum an­ deren einer A/D-Wandlereinheit 60 zur nachfolgenden digita­ len Weiterverarbeitung des Bildsignals. Steuersignale fließen über eine separate Steuersignalleitung 59.

Während die Audio-Ausgabeeinheit 58 zur Verbindung mit ei­ nem (nicht gezeigten) Audio-Schallwandler, etwa einem Kopf­ hörer oder Lautsprecher, zur Ausgabe des demodulierten, in den NF-Bereich umgesetzten Dopplersignals (kanalweise ein­ zeln oder über alle Kanäle summiert) vorgesehen ist (dies entspricht der traditionellen und nach wie vor gebräuch­ lichen Art der Verwendung einer Doppler-Ultraschalleinheit durch eine geschulte Bedienperson, die aus charakteristi­ schen Tönen der Audioeinheit diagnostische Rückschlüsse vornehmen kann), ist der A/D-Wandler 60 einem Signalprozes­ sor 62 vorgeschaltet, welcher das digitale Bildsignal einer rechnerischen Verarbeitung unterzieht. Insbesondere wird an dieser Stelle durch Programmsteuerung aus einem in einem Flash-EPROM 64 abgelegten Programm bzw. in Zusammenwirken mit einem Arbeitsspeicher 66 (bevorzugt als SRAM reali­ siert) eine kontinuierliche und periodische (Fast-) Fourier-Transformation der jeweiligen, kanalweisen Bild­ signale dergestalt vorgenommen, daß die in der Fig. 2 mit dem Bezugszeichen 28 angedeuteten Signaldarstellungen der jeweiligen Frequenz als Funktion der Zeit bei farblich her­ ausgehobener Amplitude entstehen. Mit anderen-Worten, mit­ tels der Fourier-Transformation wird das Ultraschall-Dopp­ lersignal vom Zeit- in den Frequenzbereich umgesetzt, die einem jeweiligen Zeitpunkt empfangenen (Frequenz-) Spek­ trallinien werden berechnet und entlang des Verlaufs einer jeweiligen Spektrallinie abschnittsweise im Hinblick auf ihre Signalamplitude für die farbliche Unterscheidung gemäß Referenzskala 30 quantifiziert.

Das so entstehende, mehrkanalige und in die gewünschte Dar­ stellungsform transformierte Dopplersignal wird dann über eine Doppler-Bilddatenleitung 68 der Video-Verarbeitungs­ einheit 40 bereitgestellt. Darüber hinaus sind digitale (Steuer-) Signalleitungen vorgesehen, die zum einen den Si­ gnalprozessor 62 mit der Steuereinheit 50 der Dopplerein­ heit 34 verbinden, und zum anderen den Signalprozessor 62 mit der Video-Verarbeitungseinheit 40. Über diese Leitungen werden die Prozeßschritte der jeweils beteiligten Funkti­ onsmodule gesteuert und koordiniert.

Zusätzlich weist die Steuereinheit 38 noch den in der Fig. 1 gezeigten Fußschalter 20 als schematischen Funktionsblock dargestellt auf. Ebenfalls sind weitere, ggf. notwendige Bedienelemente 70 vorgesehen, sowie eine serielle Schnitt­ stelle bzw. Fernbedienungseinheit 22 und ein geeigneter Drucker 72, welcher etwa in ansonsten bekannter Weise durch ein integriertes Thermodruckmodul realisiert sein kann.

Prinzipiell besteht die in der Fig. 3 gezeigte Video-Verar­ beitungseinheit 40 aus einem zentralen Video-Mischer 74, der digital arbeitet und beidseitig mit entsprechenden A/D- bzw. D/A-Wandlern 76, 78 verbunden ist. Eingangsseitig emp­ fängt der A/D-Wandler 76 das Endoskop-Bildsignal der Endo­ skopie-Basiseinheit 12 über einen (umschaltbaren) Video- Eingangsport 80, und ausgangsseitig gibt der D/A-Wandler 78 das Video-Mischsignal über entsprechend normierte Video- Ausgänge 82 an einen anzuschließenden Monitor aus.

Zur Verdeutlichung der Funktionsweise der Video-Verarbei­ tungseinheit 40 wird nachfolgend auf die weiter detail­ lierte Darstellung der Fig. 4 eingegangen.

Hier wird erkennbar, daß die zentrale Video-Mischeinheit 74 als Multiplexer 84 realisiert ist, der als Reaktion auf eine zugeordnete Multiplexer-Steuereinheit 86 zwischen drei Video-Signalquellen umschaltet bzw. wechselt und das resul­ tierende Signal dem ausgangsseitigen D/A-Wandler 78, wel­ chem ein Video-Codierer (Encoder) 88 zur Normbildgenerie­ rung (z. B. PAL, NTSC, SECAM) vorgeschaltet ist, bereit­ stellt. Auch kann die Möglichkeit zur Verarbeitung von RGB-Signalen vorgesehen sein.

Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, Bilddaten in Form von Grafik-Bildsignalen zu verarbeiten, wie sie etwa gängigen (PC-) Grafikstandards entsprechen. Besonders be­ vorzugt sind also die bildverarbeitenden Komponenten der Erfindung in entsprechender Weise grafikfähig.

Für die Behandlung des Endoskop-Video-Eingangssignals ist diesbezüglich dem eingangsseitigen A/D-Wandler 76 ein ent­ sprechender Videonorm-Decoder 90 nachgeschaltet, dessen Ausgangssignal als erster Kanal am Multiplexer 84 anliegt.

Bestandteil der Endoskop-Video-Eingangseinheit 100 ist zu­ dem ein Systemtaktgenerator 102, der an alle Funktionsbau­ gruppen der Video-Verarbeitungseinheit in Fig. 4 einen ge­ meinsamen Systemtakt CL anlegt.

Das Ausgangssignal des Decoders 90 wird auch von einer Vi­ deo-Skaliereinheit 104 empfangen, welche das eingehende (Vollbild-) Endoskop-Bild in das beabsichtigte Endformat - beispielsweise die Fensterdarstellung 26 in Fig. 2 - um­ setzt. Zu diesem Zweck weist die Skaliereinheit 104 eine Eingangsformatiereinheit 106 sowie eine Ausgangsforma­ tiereinheit 108 auf. Eine Video-Controllereinheit 110 für das von der Steuereinheit 38 eingehende, digitale Doppler­ bild-Signal (zur Vereinfachung ist die Doppler-Bilddaten­ leitung 68 mit der parallelen Steuerdatenleitung zusammen­ gefaßt dargestellt) bildet den nach der Video-Skalierein­ heit 104 (zweiter Kanal) dritten Eingangskanal für den Mul­ tiplexer 84. Die Video-Controllereinheit 110 weist, wie dargestellt, eine Steuereinheit 112 auf, welche mit einem Video-RAM 114 zusammenwirkt.

Der Multiplexer 84 schaltet nun - je nach vorgewähltem Darstellungsmodus - zwischen den Bild-Eingangsquellen um bzw. wechselt zwischen diesen, so daß ausgangsseitig die beabsichtigten Darstellungen entstehen: Entweder das Endo­ skop-Bild in einer Ganzbilddarstellung oder aber eine fen­ sterweise unterteilte Einzelbilddarstellung der einzelnen Ultraschall-Dopplerkanäle, in vorbeschrieben dargestellter Weise gemischt mit einem herunterskalierten Endoskopie-Bild. Während für den ersten Fall das Endoskop-Eingangs­ bildsignal über den Multiplexer 84 unmittelbar auf den Aus­ gang durchgeschleift wird, wird bei gemischter Darstellung, d. h. verkleinertes Endoskopie-Bild plus Doppler-Dar­ stellung, mit hoher Taktzahl zwischen den entsprechenden Eingangsquellen umgeschaltet, so daß ausgangsseitig dann das Mischsignal entsteht.

Die beschriebene Anordnung erlaubt dann das einfache Zusam­ menführen der verschiedenen, untersuchungsrelevanten Bil­ dinformationen zur unmittelbaren Nutzung durch eine Be­ dienperson auf einen Blick. Somit kann dann nicht nur die Bedienperson - etwa ein Endoskopeur/Operateur - von ab­ lenkenden Bedienungsschritten entlastet werden; darüber hinaus ermöglicht die neuartige, zusammengeführte Bilddar­ stellung erstmals auch eine Vorgehensweise beim Betrieb, die komplexeren Diagnose- und Behandlungsaufgaben gerecht wird.

Ein Betriebsverfahren der vorstehend beschriebenen Vorrich­ tung wird im weiteren unter Bezug auf die Fig. 5 beschrie­ ben.

Nach dem Verfahrensstart wird entschieden, ob in die beab­ sichtigte Video-Bilddarstellung das (mehrkanalige) Doppler- Signal einzublenden ist (S1). Wenn dies zu bejahen ist - etwa, weil der Fußschalter 20 in einer entsprechenden Schaltposition steht - wird in Schritt S11 das hochfre­ quente Doppler-Sendesignal erzeugt (Sendemodul 42) und über die angeschlossene Ultraschallsonde 14 abgestrahlt. Das re­ flektierte Signal wird, entsprechend einer jeweiligen Ein­ dringtiefe, mehrkanalig empfangen und gemischt (Schritt S12).

Einerseits findet dann eine Audiosignalverstärkung und -ausgabe auf eine Lautsprechereinheit 116 statt (Schritt S13), andererseits wird das analoge Bildsignal dann mehr­ kanalig in ein Digitalsignal umgesetzt (Schritt S14), in Schritt S15 digital weiterbearbeitet und aufberei­ tet (Fourier-Transformation) und in Schritt 16 mit dem digi­ talisierten Endoskop-Signal in der vorbeschriebenen Weise gemischt.

Dieses Endoskopie-Signal wurde in Schritt S2 mittels des Videoendoskops erzeugt, in Schritt S3 kodiert und dann di­ gitalisiert (S4). Das in Schritt S16 gemischte Bildsignal wird schließlich an die Video-Ausgabeeinheit 18 ausgegeben.

Für den Fall, daß lediglich eine Vollbild-Darstellung des Endoskop-Bildes gewünscht ist (Entscheidung in Schritt S1: Nein), findet lediglich ein Betrieb entlang der Abfolge S2-S3-S4-S16 statt, wobei während des Mischens in Schritt S16 dann eine entsprechende Vollbild-Signalquelle auf die Vi­ deo-Ausgabeeinheit geschaltet wird (vgl. die Darstellung in Fig. 4). Auch ist es möglich, grundsätzlich das Endoskopie­ bildsignal erst beim Einschalten des Dopplergeräts auf den Mischer zu legen und ansonsten diesen zu umgehen; hierdurch könnte durch Trennung der Bildsignale die Bildqualität ver­ bessert werden.

Erfindungsgemäß ist es somit möglich, das sich aus dem Stand der Technik stellende Problem der gleichzeitigen Überwachung eines Endoskop-Bildes bei zusätzlich notwendi­ ger Überprüfung auf eventuell vorhandene Blutgefäße zu lö­ sen, so daß die Bedienperson in entsprechend größerer Weise ihre Aufmerksamkeit auf die endoskopische Untersuchung richten kann. Gleichzeitig wird erfindungsgemäß eine genaue und zuverlässige Information über das Vorhandensein und eine etwaige Tiefe eines (Blut-) Gefäßes gegeben, wobei hierfür insbesondere die Ausführungsform mit den beschrie­ benen acht Kanälen eine gute Informationsbasis bietet.

Dabei ist sowohl eine jeweilige Ultraschalleistung als auch weitere Parameter, etwa die Abstufung der Eindringtiefen, je nach gewünschtem Einsatzzweck vorwähl- bzw. einstellbar. Auch ist weiterbildungsgemäß vorgesehen, etwa mittels eines Auswahlmenüs der wichtigsten Indikationen eine jeweilige, vorgegebene Parameterkonfiguration aufzurufen und einzustellen.

Soll beispielsweise bei einer Ulcus-Untersuchung nach einem potentiellen Geschwür in Magen oder Darm endoskopisch ge­ sucht werden, wird geeignet zur Erfassung möglicher Blutge­ fäße eine in 0,3 mm abgestufte Eindringtiefe der acht Emp­ fangskanäle zwischen etwa 0,3 und etwa 2,4 mm eingestellt. Die horizontale Zeitachse der Darstellung des Ultraschall- Doppler-Signals ist mit 6 Sekunden für 4 bis 6 Herzzyklen ausreichend; selbstverständlich liegt es auch hier im Be­ lieben der Bedienperson (bzw. des einschlägigen Fachman­ nes), situationsbedingt eine Einstellung vorzunehmen.

Die vorliegende Erfindung ist weder auf eine Verwendung mit acht Ultraschall-Dopplerkanälen beschränkt - vielmehr ist es auch hier möglich, je nach beabsichtigtem Einsatzzweck eine benötigte Kanalzahl, beispielsweise etwa zwischen 1 und 16, einzusetzen, und auch die beschriebene Bilddarstel­ lung bzw. -anordnung in Fig. 2 ist als rein exemplarisch zu verstehen. Zwar hat es sich in der praktischen Bedienung bewährt, für eine Bedienperson die Möglichkeit einer manu­ ellen Beeinflussung der Anordnung auf dem Bildschirm weit­ gehend einzuschränken, um hier kein zusätzliches Ablen­ kungspotential zu schaffen; gleichwohl liegt es im Ermessen des Durchschnittsfachmannes, etwaige Bild- und Fen­ steranordnungen auf dem Bildschirm nach Belieben zu ge­ stalten oder technisch zu realisieren. Hierzu würde auch das selektive (Heraus-) Vergrößern einzelner Dopplerdar­ stellungen zählen. Auch könnte grundsätzlich eine akusti­ sche Ausgabe des Dopplersignals permanent erfolgen.

Auch richtet sich die Auswahl einer geeigneten Dopplersonde nach den durch ein vorhandenes Endoskop vorliegenden Mög­ lichkeiten. So hat es sich in der Praxis herausgestellt, daß derartige endoskopische Dopplersonden mit ihren Zulei­ tungen einen Außendurchmesser von 2,6 mm (für die flexible Endoskopie) zur Einführung in den entsprechenden Instru­ mentierkanal nicht überschreiten sollten. Auch hier ist je­ doch eine Ausgestaltung je nach Bedarf möglich.

Weiterbildungsgemäß liegt es im Rahmen der Erfindung, eine genaue Plazierung bzw. Justierung der Doppler-Sondenposi­ tion vor Ort vorzunehmen: Diese ragt einen gewissen Abstand aus dem Instrumentierkanal heraus und kann durch geeignete Manipulationen, etwa einer zusätzlich induzierten Bewegung des Sondenkopfes, gegenüber den umgebenden Organwänden po­ sitioniert werden. Gerade im Hinblick darauf, daß eine dopplersonographische Erfassung bei einer Sondenposition i.w. tangential zu einem zu beobachtenden Gefäß besonders effektiv ist, liegen in dieser weiterbildungsgemäßen Tech­ nologie noch beträchtliche Verbesserungs- und Optimierungs­ potentiale.

Neben einer solchen Sondenbewegung, die etwa in der Art ei­ nes bekannten, steuerbaren Katheters mechanisch erfolgen könnte, wäre es möglich, eine rotierende Sonde einzusetzen, oder aber eine elektrische oder linsentechnische Beeinflus­ sung des Sonden-Erfassungsbereiches (bzw. dessen Schall­ feldes) durch geeignete schaltungstechnische Maßnahmen vor­ zunehmen.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorbeschriebene Ausführungsform einer Verwendung eines Endoskops im Zusam­ menhang mit der Ultraschallerfassung von Körpergefäßen be­ schränkt.

So ist es insbesondere auch eine geeignete (in den Fig. nicht gezeigte) Ausführungsform, die Erfindung im Zusammen­ hang mit Mikroskopen od. dgl. Instrumenten zu verwenden, de­ ren Bild von einem Bilderfassungssensor - etwa einem CCD-Element - erfaßt und zur Weiterverarbeitung im Wege der erfindungsgemäßen Bildmischung verwendet wird. Damit gäbe es etwa die Möglichkeit einer Anwendung eines solchen Vi­ deomikroskops in der Neurochirurgie dergestalt, daß ein Mikroskop vor das Operationsfeld plaziert wird, durch das der Operateur hindurchschaut. Das Mikroskopbild, erfaßt von dem CCD-Sensor, wird dann über eine geeignete Video-Bild­ aufbereitung auf einem Monitor dargestellt, wahlweise zu Mischen mit einem Ultraschall-Dopplersignal, welches durch eine Ultraschallsonde erzeugt wird. Diese Ultraschallsonde kann entweder an dem Bilderfassungselement bzw. dem zugehö­ rigen Träger (hier: Mikroskop) sitzen, oder aber getrennt von diesem, etwa mittels eines handgehaltenen Trägers.

Claims (18)

1. Vorrichtung zum Beobachten von Gefäßen, insbesondere von Blutgefäßen, am Körper, in Körperöffnungen, -höh­ len und Hohlorganen mit
einem an einer in eine Beobachtungsposition führbaren Trägereinrichtung (10) gehaltenen Bilderfassungsele­ ment und einem bevorzugt eingriffseitig an der Träge­ reinrichtung (10) vorgesehenen Ultraschallwandler (14),
einer mit dem Ultraschallwandler (14) verbindbaren, auf dem Dopplerprinzip beruhenden Ultraschalleinheit (34), die zum Erfassen einer Organ- und/oder Fluidbe­ wegung in mindestens einem vorbestimmten Abstand von dem Ultraschallwandler ausgebildet ist,
einer der Ultraschalleinheit (34) nachgeschalteten Doppler-Auswerteinheit (38), die zum digitalen Umset­ zen eines Ausgangssignals der Ultraschalleinheit (34) in eine visuelle Darstellung der Organ- und/oder Fluidbewegung in dem mindestens einen vorbestimmten Abstand ausgebildet ist,
und einer ein Ausgangs-Bildsignal der Doppler-Aus­ werteinheit (38) und ein elektronisches Bildsignal des Bilderfassungselements empfangenden Video-Ausga­ beeinheit (40), die zum Erzeugen eines kombinierten Gesamtbildes (24) für einen Bildschirm ausgebildet ist, das sowohl ein erfaßtes Bild (26) als auch min­ destens eine Darstellung (28) der Organ- und/oder Fluidbewegung zeigen kann.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägereinrichtung (10) mit dem Bilderfas­ sungselement durch ein Endoskop realisiert ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägereinrichtung als Operationsmikroskop realisiert ist und der Ultraschallwandler getrennt von diesem vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäß ein Blutgefäß ist und die Fluidbewegung eine Bewegung von Blut in dem Blut­ gefäß ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Ultraschallwandler (14) in einem Arbeits- oder Instrumentenkanal eines Endoskops (10) in eine endseitige Betriebsposition führbar aus­ gebildet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschalleinheit (34) zum Erfassen der Organ- und/oder Fluidbewegung in einer Mehrzahl von verschiedenen Eindringtiefen entspre­ chenden Abständen ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschalleinheit (34) eine steuerbare Ver­ zögerungseinrichtung aufweist, die die Mehrzahl von Eindringtiefen auf der Basis einer jeweiligen Si­ gnallaufzeit bestimmt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Gesamtbild, entsprechend einer erfaßten Mehrzahl von vorbestimmten Abständen zum Ultraschallwandler, eine Mehrzahl von Bewegungs­ darstellungen (28 _i) gezeigt ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrzahl von Bewegungsdarstellungen fenster­ artig und in einer Abfolge einer jeweiligen Eindring­ tiefe angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekenn­ zeichnet durch eine auf einen Betrieb der Video-Aus­ gabeeinheit (40) wirkenden Moduswahleinrichtung (20), die zum Umschalten von einem ersten Betriebsmodus mit einem erfaßten Vollbild des Bilderfassungselements, insbesondere einem Endoskopie-Vollbild, in einen zweiten Betriebsmodus mit dem kombinierten Gesamtbild auf dem Bildschirm ausgebildet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Moduswahleinrichtung als Fernbedienungsein­ heit, insbesondere als Fußschalter (20) realisiert ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß die Video-Ausgabeeinheit (40) eine digitale Videomischeinrichtung (48) auf­ weist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß die Video-Ausgabeeinheit eine digitale Skaliereinheit (104) für das erfaßte Bild des Bilderfassungselements aufweist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, ge­ kennzeichnet durch einen Dekoder und/oder Endkoder (88, 90) für TV-Bildsignale, insbesondere PAL, NTSC, SECAM.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, da­ durch gekennzeichnet, daß der Ultraschallwandler (14) Bestandteil einer Sondeneinrichtung ist, die eine me­ chanische Positioniereinrichtung zur Veränderung ei­ ner Lage des Ultraschallwandlers (14) an der Beobachtungsposition aufweist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, da­ durch gekennzeichnet, daß der Ultraschallwandler (14) mit einer Einrichtung zur gesteuerten, insbesondere elektronischen Veränderung des Wandler-Schallfeldes versehen ist.

17. Verfahren zum Beobachten von Gefäßen, insbesondere von Blutgefäßen, mit den Schritten:
Aufsetzen oder Einführen des Ultraschallwandlers (14) an eine Beobachtungsposition in einer Körperhöhle, in einem Hohlorgan bzw. auf einem Körper mittels einer Trägereinrichtung (10), die neben einem Bilderfas­ sungselement bevorzugt auch eine Ultraschalleinheit (12) aufweist,
Erzeugen von einem an einem Gefäß an der Beobach­ tungsposition reflektierten Ultraschall-Dopplersigna­ len,
Umsetzen der Dopplersignale in eine visuelle Darstel­ lung einer Fluidbewegung in dem Gefäß und
Erzeugen eines kombinierten Monitor-Gesamtbildes aus der Darstellung der Fluidbewegung und einem von dem Bilderfassungselement erzeugten Bild.

18. Verfahren nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch die Schritte:
Erzeugen einer Mehrzahl von Darstellungen der Fluid­ bewegung für eine entsprechende Mehrzahl von Ein­ dringtiefen relativ zum Ultraschallwandler und
gleichzeitiges Einbinden der Mehrzahl von Darstellun­ gen in das kombinierte Monitor-Gesamtbild.