DE2308443A1 - Untersuchungsgeraet mit katheter zum untersuchen eines hohlen organes mit hilfe von ultraschallwellen und verfahren zum herstellen des katheters - Google Patents

Untersuchungsgeraet mit katheter zum untersuchen eines hohlen organes mit hilfe von ultraschallwellen und verfahren zum herstellen des katheters

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Description

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DR. HANS GÜNTHER KIONKA 62 Wiesbaden, den
Erasmus Universiteit Rotterdam Fac/P2, Ki/Tü.
Wijtemaweg 2a
Rotterdam (Niederlande)
Untersuchungsgerät mit Katheter zum Untersuchen eines hohlen Organes mit Hilfe von Ultraschallwellen und Verfahren zum Herstellen des Katheters
Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zum Untersuchen eines hohlen Organes, insbesondere des Herzens, wobei das Gerät einen Katheter aufweist, der im hohlen Organ placiert wird und an seinem Ende umfänglich vorgesehene, abstandsgleich angeordnete Elemente besitzt, wobei jedes der Elemente sowohl für die Übermittlung als auch für den Empfang von Ultraschallwellen dient.
Ein Gerät des vorgenannten Typs ist bekannt, welches einen intrakardialen Katheter aufweist, der nahe an seinem Ende mit vier Elementen für die Aussendung von Ultraschallwellen vorgesehen ist, wobei die Elemente gleichwinklig mit 90° Zwischenräumen voneinander beabstandet sind und jeweils einige Richtwirkung zeigen (Eggleton et al., "Computerized ultrasonic visualization of dynamic ventricular configurations", 8th ICMBE, Palmer House, Chicago, Illinois, July 69, Session 10-3). Mit hilfe dieses Katheters ist es daher möglich, Ultraschallwellen in vier verschiedene Richtungen zu übermitteln und den
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Abstand zur Herzwand aus der Zeltspanne zwischen der Erregung der Elemente und dem Empfang des Echoimpulses zu bestimmen. Falls die gesamte Herzwand abgetastet werden soll, muß der Katheter um seine Achse gedreht werden, was schwer realisierbar ist. Es ist daher offensichtlich, daß es mit diesem Katheter nicht jederzeit möglich ist, sich bewegende kardiale Strukturen, beispielsweise Herzwand und Herzklappe, welche den Katheter umgeben, vollständig sichtbar zu machen.
Im Prinzip wäre es möglich, die Dimensionen des Herzens in einer großen Anzahl von Richtungen dadurch zu bestimmen, daß der Katheter mit einer großen Anzahl von Elementen versehen wird.
Methoden zum Bestimmen der Distanz von Objekten her in einer von einer großen Anzahl von Richtungen um eine Ultraschallwellen- Quelle herum sind an sich vom Sonar her bekannt (Bom, Lancee, Algemene inleiding tot de echocardiografie, Het Ingenieursblad, No. 3, 1972, Seiten 3 bis 6). Die Möglichkeit, Sonar- Methoden auf einen Herzkatheder anzuwenden, wurde ebenfalls in einem Vortrag vor der "British Medical ultrasonics Group", Glasgow, Großbritannien, 10. Dezember 1971 (Bom, Lancee, Technical Developments in echocardiografic apparatus) in Erwägung gezogen. Jedoch ist die Dimensionierung der Ultraschalleinrichtung, welche für Sonar gilt, so, daß sie ohne Schwierigkeit mit einer großen Anzahl von Elementen versehen werden kann.
Im Gegensatz zur Situation beim Sonar liegen jedoch die Dimensionen, die für einen Katheter zulässig sind, in der Größenordnung von Millimetern, wodurch die Anzahl von Richtelementen bei den Frequenzen, welche für diagnostische Zwecke benutzt werden, begrenzt wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es, diesen Nachteil zu überwinden und ein Gerät vorzusehen, bei welchem die Dimensionen eines hohlen Organes in einer großen Anzahl von Richtungen bestimmt werden können, ohne daß es notwendig ist, den Katheter zu diesem Zweck zu drehen.
Die Erfindung sieht ferner ein Gerät vor, mit welchem es jederzeit möglich ist, eine vollständige Querschnittansicht des Teils des untersuchten hohlen Organes zu erreichen, welcher den Katheter umgibt. Das Gerät gemäß der Erfindung ist durch eine große Anzahl von Elementen gekennzeichnet, welche sehr geringe Richtwirkung in einer Ebene, lotrecht zur Achse des Katheters zeigen, wobei die Elemente in axialer Richtung so bemessen sind, daß der größte Teil der akustischen Energie bei Übermittlung auf eine Ebene lotrecht zur Achse des Katheters beschränkt wird, und durch eine Erregungseinrichtung, welche Gruppen benachbart angeordneter Elemente mit einer Rate von zumindest 15 mal pro Sekunde sukzessiv erregt, und durch Zeitverzögerer, welche die gesendeten und die empfangenen Impulse für die Elemente einer Gruppe so verzögern, daß die Differenzen in den Laufzeiten zwischen den Elementen für die Impulse nach einer Linie hin, oder von einer solchen her, welche in der Ebene, lotrecht zur Katheterachse und lotrecht zur Mittellinie der Gruppe liegt, kompensiert werden, und durch einen Addierer für die Summierung der Echoimpulse, welche durch die Zeitverzögerer in Koinzidenz gebracht werden, sowie durch eine Einrichtung zur visuellen Darstellung des den Katheter umgebenden Teils des untersuchten hohlen Organes, welche durch den Addierer gesteuert wird.
Die Gruppen von Elementen, welche in sukzessiven Zyklen erregt werden, werden vorzugsweise weiterbewegt, und zwar ein Element in Bezug auf jedes andere. Ferner wird bevorzugt, daß jede Gruppe aus einer geraden Anzahl von Elementen besteht.
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Die Elemente einer Gruppe werden vorzugsweise in Paare von Elementen aufgeteilt, welche in Bezug auf die Mittellinie symmetrisch angeordnet sind, wobei kommune bzw. kommunale Zeitverzögert für jedes Paar verwendet werden, sowohl im sendenden Stromkreis als auch im empfangenden Stromkreis.
Bei einer wirksamen und wirkungsvollen Ausführungsform der Erfindung werden alle Gruppen 150 bis 200 mal pro Sekunde durchlaufen, so daß auch die Herzstrukturen, welche sich am schnellsten bewegen, auf dem Schirm einer Kathodenstrahlröhre kontinuierlich beobachtet werden können.
Die Frequenz der Ultraschallwellen liegt vorzugsweise im Bereich von 5 bis 6 MHz, und die Anzahl von Elementen kann beispielsweise 30 bis 40 sein.
Die Selektion der Gruppen wird vorzugsweise durch zwei elektronische Schaltereinheiten bewirkt, welche durch einen Taktgenerator kontrolliert bzw. gesteuert werden, wobei eine Schaltereinheit dazu dient, die Elemente zu erregen, und die andere dazu dient, die Echoimpulse nach einer Verarbeitungsschateana hin zu speisen. Es wird bevorzugt, daß von jedem Taktimpuls ein Startimpuls abgeleitet wird, welcher über zugehörige Zeitverzögerer die Generatoren für die Erregung steuert, wobei die Echoimpulse über entsprechende Zeitverzögerer nach einem Addierer hin gespeist werden, welcher die koinzidierenden Echoimpulse summiert. Da die Stärke der Echos von der Entfernung abhängt, die zurückgelegt wird, wird vorgeschlagen, daß die Ausgangssignale vom Addierer her nach einem Verstärker hin mit einem zeitabhängigen Verstärkungsfaktor gespeist werden, wobei der Verstärker durch den Taktgenerator gesteuert wird, wobei als Folge davon die Differenzen in der Stärke kompensiert werden.
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Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zum Herstellen eines Katheters, welcher mit einem Gerät gemäß der Erfindung verwendbar ist; das hintere Ende des Katheters kann mit einer Katheterröhre verbunden sein, und seine Aufgabe besteht darin, ein hohles Organ, insbesondere das Herz, mit Hilfe von Ultraschallwellen zu untersuchen, wobei der Katheter mit einer Anzahl von umfänglich vorgesehenen, mit gleichen Abständen voneinander angeordneten Elementen versehen ist.
Um zu ermöglichen, den Katheter in das zu untersuchende hohle Organ einzuführen, muß dieser in vielen Fällen einen Durchmesser von nur wenigen mm aufweisen. Folglich werden äußerst hohe Anforderungen an die Herstellung desselben gestellt, insbesondere, wenn man berücksichtigt, daß innerhalb dieses kleinen Durchmessers eine große Anzahl von Elementen unterzubringen ist.
Das Verfahren gemäß der Erfindung bringt nun eine sehr zufriedenstellende Lösung dieses Herstellungsproblemes mit sich.
Es ist dadurch gekennzeichnet, daß der Basisbauteil aus einem im wesentlichen zylindrischen Kern aus isolierendem Material besteht, wobei die äußere Oberfläche desselben mit einer Schicht aus leitfähigem Material versehen ist, welche - durch örtliches Entfernen dieses Materials - in zwei Sektionen, entsprechend eine vordere und eine hintere Sektion, unterteilt wird, welche gegeneinander isoliert sind, und daß auf einem Teil der äußeren Oberfläche des genannten Kerns ein hohler Zylinder aus piezoelektrischem Material placiert wird, wobei der Zylinder so polarisiert ist, daß in radialer Richtung eine Resonanz (Dickenresonanz) stattfindet, für die zu erzeugenden Ultraschallwellen, wobei die zwei Zylinder- Oberflächen mit Elektroden in Form von Schichten versehen werden, welche jeweils mit einer der Sektionen der leitfähigen Schicht auf dem
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Kern verbunden werden, wonach der piezoelektrische Zylinder und der äußere Teil des Kerns längs einer Anzahl radialer Ebenen, welche in gleichen Winkeldistanzen beabstandet sind, durchsägt werden, so daß eine Anzahl separater Elemente gebildet wird, wobei eine der Elektroden jedes Elements über den entsprechenden Teil der leitfähigen Schicht des Kernes mit einem entsprechenden Zuführungsdraht verbunden wird, und die andere Elektrode über den anderen Teil der leitfähigen Schicht mit einem kommunalen Leiter verbunden wird.
Bei einer wirkungsvollen Ausfuhrungsform der Erfindung ist der Kern mit einer zentralen Bohrung versehen, durch welche entweder der kommunale Leiter oder die separaten Zuführungsdrähte hindurch geführt werden. Falls der kommunale Leiter durch die Bohrung hindurch geführt wird, kann er mit den äußeren Elektroden der Elemente mittels einer Metallkappe verbunden werden, welche an das vordere Ende des Katheters angefügt wird.
Falls anfänglich die leitfähige Schicht sich über die gesamte äußere Oberfläche des Kerns erstreckt, muß sie von der Endfläche auf der Seite der separaten Zuführungsdrähte entfernt werden, um ein Kurzschließen zwischen diesen Drähten zu vermeiden.
Bei einem wirkungsvollen Baispiel des Verfahrens gemäß der Erfindung wird der piezoelektrische Zylinder mit Hilfe eines Klebemittels am Kern befestigt. Das Verbinden der Elektroden des piezoelektrischen Zylinders mit den zwei Teilen der leitfähigen Schicht des Kerns kann vorteilhaft durch Löten bewerkstelligt werden.
Der Katheter gemäß der Erfindung kann mit der Katheterröhre durch einen Verbindungsbauteil verbunden werden, welcher den hinteren Teil des Kerns erfaßt. Es ist auch nützlich, daß der
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Kern an seinem vorderen Ende mit einem expandierten Teilstück versehen wird, dessen Durchmesser dem äußeren Durchmesser des piezoelektrischen Zylinders entspricht.
Um übersprechen bzw. Kreuzkoppeln zwischen den verschiedenen Elementen auf ein Minimum zu reduzieren, wird in Vorschlag gebracht, daß die Zuführungsdrähte in Bündeln durch die Katheterröhre hindurch geführt werden, wobei Vorkehrung getroffen ist, daß die Zuführungsdrähte jeder Gruppe von Elementen alle zu unterschiedlichen Bündeln gehören.
Für das Durchtrennen des piezoelektrischen Zylinders und des äußeren Teils des Kerns gibt es zwei Methoden. Bei der ersten Methode wird von einer Kreissäge Gebrauch gemacht, und der Kern wird mit einem Endstück versehen, welches während des Sägens am Kern angeklemmt sein kann und später von diesem entfernt wird. Bei der zweiten Methode wird von einem Metalldraht Gebrauch gemacht, und der Kern wird zwischen Zentren befestigt, welche vorzugsweise durch die Enden des kommunalen Leiters gebildet werden, der durch die Zentralbohrung des Kerns verläuft.
Nachdem der Katheter hergestellt worden ist, wird er vorzugsweise mit einer dünnen Schutzschicht bedeckt. Für das akustische Anpassen des zu untersuchenden Objektes ist es von Vorteil, der genannten Schicht eine Dicke von 1/4 Wellenlänge zu verleihen, wobei die genannte Schicht vorzugsweise aus einem Material auf der Basis von Epoxyharz besteht.
Die Erfindung beinhaltet auch einen Katheter, der durch Anwendung des voraufgeführten Verfahrens hergestellt wird.
Die Erfindung wird nunmehr anhand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung näher erläutert, welche einige Ausführungsformen veranschaulicht, und zwar zeigt
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Figur 1 eine perspektivische Ansicht eines Katheters, für das Gerät gemäß der Erfindung verwendet;
die Figuren 2 und 3 dienen dazu, die Richtwirkung, die durch gruppenweise Erregung der aussendenden Elemente erreicht wird, zu veranschaulichen,
Figur 4 zeigt ein Blockdiagramm eines Gerätes gemäß der Erfindung,
die Figuren 5 und 6 zeigen zwei Varianten eines Details des Gerätes gemäß der Figur 4;
das Verfahren zur Herstellung des Katheters ist durch die Figuren 7 bis 12 dargestellt, und zwar zeigt
Figur 7 einen Katheter, der gemäß der Erfindung hergestellt ist,
Figur 8 einen Längsschnitt des Katheters gemäß der Figur 7, Figur 9 eine Einzelheit des Katheters gemäß Figur 8, Figur 10 eine Variante der Bauart gemäß der Figur 9,
Figur 11 das Sägen durch den piezoelektrischen Zylinder mit Hilfe einer Kreissäge, während
Figur 12 das Sägen durch den piezoelektrischen Zylinder mit Hilfe eines Metalldrahtes erkennen läßt.
Der in Figur 1 dargestellte Katheter besteht aus einem zylindrischen Körper 1, der eine Anzahl von umfänglich angeordneten piezoelektrischen Kristallen oder Elementen 2 aufweist, welche gegeneinander isoliert sind und in radialer Richtung auf der Frequenz der Ultraschallwellen mitschwingen. Diese Kristalle weisen eine solche Länge auf, daß der Schall im wesentlichen auf eine Ebene, lotrecht zur Längsachse des zylindrischen Körpers 1, beschränkt wird.
Figur 2 zeigt schematisch die Wirkungsweise des Gerätes während
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eines ersten Zyklus. Während dieses Zyklus werden die Kristalle Kl - K4 erregt.
Die Kristalle können als Linienquellen- Strahler (line-source transmitters) betrachtet werden, welche Schallwellen in alle radialen Richtungen aussenden. Die Entfernungen von den Kristallen her nach einer Ebene Vl hin, welche zur Mittellinie der Gruppe von Kristallen lotrecht angeordnet ist, variieren; d. h. für die Kristalle Kl und K4 ist die Distanz langer als für die Kristalle K2 und K3. Wenn die Kristalle gleichzeitig erregt werden, werden die Echoimpulse, welche parallel zur Mittellinie ankommen, folglich zu unterschiedlichen Zeitpunkten empfangen. Gemäß der Erfindung wird dieser Unterschied in der Laufzeit mit Hilfe von Zeitverzögerern kompensiert, so daß für die Richtung parallel zur Mittellinie der Gruppe koinzidierende Echoimpulse empfangen werden, welche addiert werden. Folglich wird ein besonders starkes Summensignal für die Echoimpulse, welche parallel zur Mittellinie ankommen, gebildet. Für Echoimpulse, welche aus anderen Richtungen ankommen, werden die Differenzen in der Laufzeit nicht kompensiert, so daß der Summenimpuls für diese Echoimpulse wesentlich kleiner ist. Auf die resultierende Richtwirkung ist durch die Richtungscharakteristik Rl schematisch hingewiesen.
Während des folgenden Zyklus, der in Figur 3 dargestellt ist, werden die Kristalle K2 - K5 angeregt, was eine Richtwirkung zur Folge hat, welche durch die Richtcharakteristik R2 angedeutet ist.
Dadurch, daß die Gruppe angeregter Kristalle nach jedem Zyklus eine (einzelne) Kristallposition vorbewegt wird, erhält man eine sich drehende Richtcharakteristik, mit welcher der gesamte Umfang des hohlen Organs abgetastet werden kann.
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Die in Figur 4 dargestellte Einrichtung wird durch einen Taktgenerator KG kontrolliert. Dieser Taktgenerator steuert eine logische Schaltung LC, welche dazu dient, die Gruppen zu selektieren, und steuert ferner einen Impulsgenerator SP, welcher die Anregung der Kristalle der Gruppe, die selektiert wurde, initiiert. Die Erzeugung der Anregungsimpulse und die Verteilung dieser Impulse über die Kristalle der selektierten Gruppe wird mit Hilfe einer Einrichtung A bewirkt, welche auf zwei verschiedene Arten vorgesehen werden kann.
Bei der in Figur 5 dargestellten Bauart wird der Startimpuls nach einer Serie von Verzögerern VOl, V02 etc. gespeist, welche jeweils einen entsprechenden Generator Gl, G2 etc. kontrollieren. Die Impulse jedes Generators werden nach zwei Eingängen der elektronischen Schaltereinheit Sl gespeist, welche durch die logische Schaltung LC kontrolliert wird, wobei die Eingänge zu Elementen gehören, die in Bezug auf die Mittellinie der Gruppe symmetrisch angeordnet sind. Die Ausgänge der Schaltereinheit Sl werden entsprechend mit den Kristallen Kl, K2 etc. verbunden.
Bei der Bauart der Figur 6 werden die Ausgangsimpulse der Verzögerer VOl, V02 etc. direkt nach der Schaltereinheit Sl hin gespeist, deren Ausgänge mit einem entsprechenden Generator Gl, G2 etc. verbunden werden, wobei jeder dieser Generatoren nun ein entsprechendes Kristall anregt.
Gemäß Figur 4 werden die Echoimpulse, welche durch die Kristalle empfangen werden, über Vorverstärker Wl, W2 etc. nach einer zweiten Schaltereinheit S2 hin gespeist, welche ebenfalls durch die logische Schaltung LC kontrolliert wird. Die Echoimpulse, welche von den Kristallen her, die in Bezug auf die Mittellinie der Gruppe symmetrisch angeordnet sind, empfangen werden, werden durch die Schaltereinrichtung bzw. -einheit S2 nach
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einem Addierer 01, 02 etc, gespeist, welcher die entsprechenden Impulse addiert. Das Ausgangesigna1 von jedem Addierer her wird nach einem Zeitverzögerer VPl, VP2 etc. hin gespeist, welcher eine solche Verzögerung bewirkt, daß von den Echoimpulsen, welche parallel zur Mittellinie der Gruppe ankommen, die koinzidierenden Impulse nach dem Addierer OT hin gespeist werden. Die Ausgangsimpulse vom Addierer OT her werden über einen Verstärker RV geleitet, dessen Verstärkungsfaktor sich als eine Funktion der Zeit erhöht, und dieser Verstärker wird durch den Taktgenerator KG kontrolliert. Als Folge wird die Differenz in der Stärke als eine Funktion der Laufdistanz kompensiert, über den Detektor D wird das empfangene Signal nach einem Organ IM hin gespeist, welches die Intensität des Kathodenstrahles einer Kathodenstrahlröhre KB kontrolliert. Die Deflexionsbauteile DX und DY dieser Kathodenstrahlröhre werden durch einen Deflexionsgenerator DG kontrolliert, der mit dem Taktgenerator KG verbunden ist. Der Deflexionsgenerator bewirkt, daß der Kathodenstrahl vom Zentrum der Kathodenstrahlröhre her radial abgelenkt wird, wobei die Richtung des Strahles stets mit der Mittellinie der selektierten Gruppe übereinstimmt. Auf diese Weise wird ein Abbild der sich bewegenden Wand des hohlen Organes, das untersucht wird, auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre dargestellt.
Die Anzahl der Elemente kann 32 sein, wobei die Taktfrequenz so selektiert wird, daß alle Gruppen etwa 16O mal pro Sekunde abgetastet werden.
Diese Abtastfrequenz ist so hoch, daß das Auge ein kontinuierliches Bild der sich sehr schnell bewegenden Herzstrukturen wahrnimmt. Eine geeignete Frequenz der Ultraschallwellen ist 5-6 MHz.
Die Herstellung des Katheters wird nunmehr anhand der Figuren 7 bis 12 erläutert.
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Beim Katheter 1 gemäß Figur 7 ist eine Anzahl von umfänglich angeordneten, piezoelektrischen Kristallen 2 vorgesehen. Es können beispielsweise 32 oder 36 dieser Elemente vorhanden sein. Am vorderen Ende kann der Katheter durch eine Metallkappe 3 abgeschlossen sein. Der Katheter wird mit einem normalen Katheterröhrchen mittels eines Verbindungsbauteiles 4 verbunden?
Die Herstellung eines solchen Katheters wird anhand der Figur veranschaulicht. Der Basisbauteil bei der Herstellung ist ein im wesentlichen zylindrischer Kern 5 aus isolierendem Material, welches mit einer leitfähigen Schicht 6 bedeckt wird. Der Kern kann beispielsweise aus einem synthetischen Material des ABS-Typs bestehen, in welchem Fall die leitfähige Schicht in drei Stufen aufgebracht werden kann, nämlich durch Aufbringen einer Kupferauflage, was chemisch bewirkt werden kann, und Elektroplattieren bzw. Galvanisieren eines Nickelüberzugs und dann Elektroplattierung eines Goldüberzugs. Die Gesamtdicke der Schicht kann dann etwa 40 Mikron betragen.
Es ist auch möglich, den Kern aus Epoxyharz herzustellen, auf welches eine dünne Auflage aus Aluminium durch Verdampfen aufgebracht werden kann. Am vorderen Ende ist der Kern mit einem expandierten Teilstück 7 versehen, dessen Durchmesser dem Außendurchmesser der vorzusehenden kreisförmigen Anordnung von Elementen entspricht. Im Kern wird eine zentrale Bohrung vorgesehen, in welcher ein Leiter 8 angebracht wird, der an seinem vorderen Ende mit einem Schraubengewinde 9 versehen ist, mit dessen Hilfe die Kappe 3 am Katheter befestigt wird. Die leitfähige Schicht 6 wird nun von einem Teil 10 der äußeren Oberfläche des Kerns entfernt, auf welcher die Elemente zu placieren sind, sowie von der konischen Endfläche 11. Falls notwendig, wird die leitfähige Schicht auch von der flachen Endfläche 12 entfernt. Es ist ferner möglich, Ausführungsformen
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zu verwenden, bei welchen der Kern ursprünglich mit einem Endstück versehen ist, das später abgetrennt wird, in welchem Fall keine leitfähige Schicht auf der Endfläche 12 vorhanden ist.
Nachdem die leitfähige Schicht in den vorgenannten Zonen entfernt worden ist, wird ein hohler Zylinder 13 am Kern placiert, wobei der hohle Zylinder aus einem piezoelektrischen Material besteht und so polarisiert ist, daß für die zu erzeugenden Schallwellen in radialer Richtung Resonanz stattfindet. Der Zylinder 13 ist auf seiner Innenfläche und auf seiner Außenfläche mit Elektroden 14 und 15 in Form einer Schicht versehen (siehe die Figuren 9 und 10). Der Zylinder 13 wird am Kern mit Hilfe eines Klebemittels 16 befestigt. Die äußere Elektrode wird an den vorderen Teil der leitfähigen Schicht des Kerns nahe dem Ende des Katheters gelötet, wie durch das Bezugszeichen 17 angedeutet, während die Elektrode 15 an den hinteren Teil der leitfähigen Schicht, dem freien Katheterende abgelegen, gelötet wird, wie durch das Bezugszeichen 18 angedeutet. Um das Anlöten an der besagten letztgenannten Stelle zu erleichtern, wird der Kern lokal mit einer Nut 19 versehen.
Es sei darauf hingewiesen, daß bei dem Aufbau gemäß der Figur 10 beide Enden des piezoelektrischen Zylinders 13 abgeschrägt sind, wobei folglich die Lötung 17 und 18 innerhalb des Umfange s des Zylinders 13 zu liegen kommt. In diesem Fall ist die Nut 19 also nicht notwendig.
Die Figuren 11 und 12 zeigen zwei unterschiedliche Methoden, den hohlen Zylinder 13 aus piezoelektrischem Material in eine große Anzahl von separaten Elementen zu teilen.
Bei der Methode gemäß Figur 11 wird der Kern 5, auf welchem der hohle Zylinder 13 sich befindet, in einer Klemmvorrichtung 23
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befestigt. Der Kern 5 weist bereits den zentralen Leiter 8 auf (siehe Figur 8). Anschließend wird eine sehr dünne, rotierende Diamantsäge 24 durch den Zylinder 13 in axialer Richtung hindurch bewegt (siehe den horizontalen Pfeil in Figur 11). Im Zylinder 13 wird ein Sägeschnitt vorgesehen, welcher eine Breite aufweist, die im Bereich von 100 bis 140 ic sein kann. Die Tiefe des Schnittes der Diamantsäge ist so bemessen, daß sie auch gerade die leitfähige Schicht (siehe Figur 8) entfernt, welche sich auf dem Teil des Kerns 5 gegenüber der Innenwand des Verbindungsbauteiles 4 befindet.
Nach jedem Sägeschnitt wird der Kern 5 mit dem hohlen Zylinder 13 um einen bestimmten Winkel gedreht, abhängig von der Anzahl der Elemente, die vorgesehen werden sollen. Nachdem auf diese Weise der Zylinder 13 in die gewünschte Anzahl von Elementen unterteilt worden ist, wird ein Teil des Kerns 5 in radialer Richtung bei 22 abgesägt.
Bei der Methode gemäß Figur 12 wird der Kern 5 mit dem auf diesem befindlichen Zylinder 13 mittels der Zentrierenden 25, 26 des zentralen Leiters 8 festgespannt. Der Zylinder 13 wird nun mit Hilfe eines Hartmetall- Schneiddrahtes 27, welcher durch die Rollen 28, 29 geführt wird, durchgeschnitten. Dies wird dadurch erreicht, daß das Werkstück 5, 13 dazu gebracht wird, eine Bewegung in Richtung des Schneiddrahtes 27 auszuführen, oder durch Bewegen der Schneidvorrichtung 27, 28, 29 nach dem Werkstück 5, 13 hin.
An jeden der Sektoren, in welche die leitfähige Schicht 6 geschnitten wurde, wird am hinteren Ende desselben ein Zuführungsdraht 20 placiert, was ebenfalls durch Löten bewerkstelligt werden kann, wie in den Figuren 9 und 10 angedeutet. Jeder Zuführungsdraht gehört zu einem einzelnen Element. Ein Zuführungsdraht 21 wird an den Leiter 8 in der zentralen Bohrung des Kerns befestigt.
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Anschließend wird die Metallendkappe 3 am Leiter 8 angeschraubt, v/obei als Folge hiervon die äußeren Elektroden aller Elemente mit dem Zuführungsdraht 21 Verbindung aufweisen. Der Katheter wird mit einem Katheterröhrchen 30 der üblichen Bauart mittels eines Kupplungsbauteiles 4 verbunden, welcher den hinteren Teil des Kerns 5 erfaßt. Die Zuführungsdrähte 20 und 21 werden durch das Katheterröhrchen 30 hindurch geführt.
Die Zuführungsdrähte 20 sind aus einer Anzahl von Bündeln zusammengesetzt, welche vorzugsweise jeweils einen Erdleiter aufweisen, wobei dafür zu sorgen ist, daß die Zuführungsdrähte 20 jeder Gruppe von Elementen alle zu unterschiedlichen Bündeln gehören. Auf diese Weise wird das übersprechen bzw. Kreuzkoppeln zwischen den verschiedenen Elementen, welche auch als Empfänger der Echoimpulse wirksam sind, auf ein Minimum reduziert.
Der Zuführungsdraht 21 wird mit Erde verbunden, so daß die äußeren Elektroden aller Elemente geerdet sind. Auf diese Weise wird die Gefahr, der ein Patient ausgesetzt ist, auf ein Minimum reduziert.
Der Katheter wird fertiggestellt, indem er mit einer dünnen Schutzschicht bedeckt wird, was dadurch bewirkt werden kann, daß dieser wiederholt in eine Lösung aus Polyurethan in einer Mischung aus Dioxan und Tetrahydrofuran eingetaucht wird. Auf diese Weise wird ein abdichtender überzug erzielt, welcher das Blut oder das Gewebe des zu untersuchenden Patienten nicht beeinträchtigt.
Um die akustische Impedanz derjenigen des zu untersuchenden Objektes anzupassen bzw. anzugleichen, ist es von Vorteil, eine Schutzschicht aus einem Material zu verwenden, welches eine Basis von Epoxyharz aufweist, wobei die genannte Schicht eine Dicke von 1/4 Wellenlänge besitzt.
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Das Anschließen der Elektroden des piezoelektrischen Zylinders an die Zuführungsdrähte kann mit Hilfe eines Lötmittels durchgeführt werden, welches eine niedrige Schmelztemperatur, beispielsweise 60 - 95° C, aufweist, bei welcher die Kristalle nicht depolarisiert werden, oder durch Löten für eine sehr kurze Zeitspanne bei einer höheren Schmelztemperatur, oder durch Verwendung eines leitfähigen Klebemittels.
Der beschriebene Katheter ist in erster Linie zum Untersuchen des Herzens bestimmt, wobei der Katheter über ein Blutgefäß in das Herz eingeführt wird. Ein intrakardialer Katheter gemäß der Erfindung wurde mit 32 Elementen versehen und hatte einen Außendurchmesser von nur 3 mm. Jedes Element wies eine Dicke d von 0,33 mm (in radialer Richtung) und eine Länge 1 von 5 mm (in axialer Richtung des Katheters) auf. Jedoch kann der Katheter auch zum Untersuchen sonstiger hohler Organe verwendet werden, beispielsweise der Harnblase.
Die oben umrissene Ausführungsform kann innerhalb des Umfangs und Wesens der Erfindung noch variiert werden. Zum Beispiel ist es nicht unbedingt erforderlich, daß die Endkappe am Katheter mit Hilfe eines Schraubengewindes befestigt wird; ^ür diesen Zweck können verschiedene elektrisch leitfähige Befestigungsmittel verwendet werden. Ferner ist das Vorsehen der zentralen Bohrung im Kern zum Unterbringen der Verbindungen freigestellt; alternativ können die Anschlüsse an der Außenseite des Katheters vorgesehen werden.
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Claims (24)

  1. ι l.j Gerät zum Untersuchen eines hohlen Organes, insbesondere des Herzens, wobei das Gerät einen Katheter aufweist, der im hohlen Organ placiert wird und an seinem Ende umfänglich vorgesehene, abstandsgleich angeordnete Elemente besitzt, wobei jedes der Elemente sowohl für die Übermittlung als auch für den Empfang von Ultraschallwellen dient, gekennzeichnet durch eine große Anzahl von Elementen, welche sehr geringe Richtwirkung in einer Ebene, lotrecht zur Achse des Katheters zeigen, wobei die Elemente in axialer Richtung so bemessen sind, daß der größte Teil der akustischen Energie bei Übermittlung auf eine Ebene lotrecht zur Achse des Katheters beschränkt wird, und durch eine Erregungseinrichtung, welche Gruppen benachbart angeordneter Elemente mit einer Rate von zumindest 15 mal pro Sekunde sukzessiv erregt, und durch Zeitverzögerer, welche die gesendeten und die empfangenen Impulse für die Elemente einer Gruppe so verzögern, daß die Differenzen in den Laufzeiten zwischen den Elementen für die Impulse nach einer Linie hin, oder von einer solchen her, welche in der Ebene, lotrecht zur Katheterachse und lotrecht zur Mittellinie der Gruppe liegt, kompensiert werden, und durch einen Addierer für die Summierung der Echoimpulse, welche durch die Zeitverzögerer in Koinzidenz gebracht werden, sowie durch eine Einrichtung zur visuellen Darstellung des den Katheter umgebenden Teiles des untersuchten hohlen Organes, welche durch den Addierer gesteuert wird.
  2. 2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppen von Elementen, die in sukzessiven Zyklen angeregt werden, ein Element in Bezug zueinander vorbewegt werden.
  3. 3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Gruppe aus einer geraden Zahl von Elementen besteht.
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  4. 4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente einer Gruppe in Paare von Elementen unterteilt sind, welche in Bezug auf die Mittellinie symmetrisch angeordnet sind, wobei kommunale Zeitverzögerer für jedes Paar sowohl im sendenden Kreis als auch im empfangenden Kreis verwendet werden.
  5. 5. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß alle Gruppen 150 - 200 mal pro Sekunde durchlaufen werden.
  6. 6. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der Ultraschallwellen 5-6 MHz beträgt.
  7. 7. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Selektion der Gruppen durch zwei elektronische Schaltereinheiten bewirkt wird, welche durch einen Taktgenerator kontrolliert werden, wobei eine Schaltereinheit dazu dient, die Elemente anzuregen, und die andere dazu dient, die Echoimpulse nach einer Verarbeitungsschaltung hin zu speisen.
  8. 8. Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß von jedem Taktimpuls her ein Startimpuls abgeleitet wird, welcher über geeignete Zeitverzögerer die Generatoren für die Anregung steuert, wobei die Echoimpulse über geeignete Zeitverzögerer nach einem Addierer hin gespeist werden, welcher die koinzidierenden Echoimpulse summiert.
  9. 9. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale vom Addierer her nach einem Verstärker hin mit einem zeitabhängigen Verstärkungsfaktor gespeist werden, wobei der Verstärker durch den Taktgenerator gesteuert wird.
  10. 10. Verfahren zur Herstellung eines Katheters, bei einem Gerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche verwendbar,
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    wobei das hintere Ende des Katheters mit einem Katheterröhrchen verbunden sein kann und es Aufgabe des Katheters ist, ein hohles Organ, insbesondere das Herz, mit Hilfe von Ultraschallwellen zu untersuchen, wobei der Katheter mit einer Anzahl von am Umfang angeordneten, mit gleichen Abständen voneinander vorgesehenen Elementen versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Basisbauteil aus einem im wesentlichen zylindrischen Kern aus isolierendem Material besteht, dessen äußere Oberfläche mit einer Schicht aus leitfähigem Material versehen ist, welche, durch örtliches Entfernen dieses Materials, in zwei Sektionen, entsprechend eine vordere und eine hintere Sektion, unterteilt wird, welche gegeneinander isoliert sind, und daß auf einem Teil der äußeren Oberfläche des genannten Kerns ein hohler Zylinder aus piezoelektrischem Material placiert wird, wobei der Zylinder so polarisiert ist, daß in radialer Richtung eine Resonanz stattfindet, für die zu erzeugenden Ultraschallwellen, daß die zwei Zylinder- Oberflächen mit Elektroden in Form von Schichten versehen werden, welche jeweils mit einer der Sektionen der leitfähigen Schicht auf dem Kern verbunden werden, wonach der piezoelektrische Zylinder und der äußere Teil des Kerns längs einer Anzahl radialer Ebenen, welche in gleichen Winkeldistanzen beabstandet werden, durchsägt werden, so daß eine Anzahl separater Elemente gebildet wird, wobei eine der Elektroden jedes Elementes über den entsprechenden Teil der leitfähigen Schicht des Kernes mit einem entsprechenden Zuführungsdraht verbunden wird, und die andere Elektrode über den anderen Teil der leitfähigen Schicht mit einem kommunalen Leiter verbunden wird.
  11. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern mit einer zentralen Bohrung versehen wird, durch welche entweder der kommunale Leiter oder die separaten Zuführungsdrähte hindurch geführt werden.
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    SlO
  12. 12. Verfahren nach Anspruch 11, bei welchem der kommunale Leiter durch die Bohrung hindurch geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Leiter mit den äußeren Elektroden der Elemente mit Hilfe einer Metallkappe verbunden wird, die am vorderen Ende des Katheters vorgesehen wird.
  13. 13. Verfahren nach Anspruch 12, bei welchem die leitfähige Schicht anfänglich die gesamte äußere Oberfläche des Kerns bedeckt, dadurch gekennzeichnet, daß diese Schicht von der hinteren Endfläche des Kerns entfernt wird.
  14. 14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der piezoelektrische Zylinder mit dem Kern mittels eines Klebemittels verbunden wird.
  15. 15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden mit den zwei Teilen der leitfähigen Schicht des Kerns durch Löten verbunden werden,
  16. 16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Katheter mit dem Katheterröhrchen mit Hilfe eines Verbindungsbauteiles verbunden wird, welcher den hinteren Teil des Kerns erfaßt bzw. an diesem befestigt wird.
  17. 17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern an seinem vorderen Ende mit einem expandierten Teilstück versehen ist, dessen Durchmesser dem äußeren Durchmesser des piezoelektrischen Zylinders entspricht.
  18. 18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungsdrähte in Bündeln durch das Katheterröhrchen hindurch geführt werden, wobei
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    sorgfältig darauf geachtet wird, daß die Zuführungsdrähte jeder Gruppe von Elementen alle zu verschiedenen Bündeln gehören.
  19. 19. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Sägen des piezoelektrischen Zylinders und des äußeren Teils des Kerns mit Hilfe einer Kreissäge bewirkt wird, wobei der Kern mit einem Endstück versehen wird, welches während des Sägens angeklemmt ist und entfernt wird, wenn das Sägen beendet ist.
  20. 20. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Sägen des piezoelektrischen Zylinders und des äußeren Teils des Kerns mit Hilfe eines Drahtes bewirkt wird, wobei der Kern mit Hilfe von Zentren eingespannt wird, welche vorzugsweise durch die Enden des kommunalen Leiters gebildet werden, welcher durch die Zentralbohrung des Kerns verläuft.
  21. 21. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Katheter dadurch fertiggestellt wird, daß er mit einer dünnen Schutzschicht bedeckt wird.
  22. 22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Schicht eine Dicke von 1/4 Wellenlänge gegeben wird.
  23. 23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus einem Material besteht, welches eine Basis von Epoxyharz aufweist.
  24. 24. Katheter, dadurch gekennzeichnet, daß dieser durch Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche IO bis 23 hergestellt ist.
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    e e rs e 11 e
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