DE2653384A1

DE2653384A1 - Gewebsphantom zur kalibrierung und ueberpruefung von ultraschallanlagen

Info

Publication number: DE2653384A1
Application number: DE19762653384
Authority: DE
Inventors: Guenter Prof Dr Rer Schoknecht
Original assignee: SCHOKNECHT GUENTER
Current assignee: SCHOKNECHT GUENTER
Priority date: 1976-11-22
Filing date: 1976-11-22
Publication date: 1978-05-24
Also published as: DE2653384B2; DE2653384C3; US4116040A

Description

Anmelder;

1. Prof. Dr. rer. nat. Günter Schoknecht Mühlenstraße 5, 1000 Berlin 37

2. Dipl.-Phys. Udo FIesch
Fontanestraße 7, 1000 Berlin 33

Erfinder:

1. Prof. Dr. rer. nat. Günter Schoknecht Mühlenstraße 5, 1000 Berlin 37

2. Dipl.Phys. Udo Flesch

Fontanestraße 7, 1000 Berlin 33

Bezeichnung der Erfindung:

Gewebsphantom zur Kalibrierung und überprüfung von Ultraschallanlagen.

Die Erfindung betrifft eine Anordnung von Phantomsubstanzen zur Simulation von menschlichem oder tierischem Gewebe, um Ultraschallanlagen kalibrieren und überprüfen zu können.

Die Tiefen der verschiedenen Gewebsschichten unter der Hautoberfläche lassen sich in der medizinischen Diagnostik durch Ultraschall im Impulsechobetrieb darstellen. Geht der Ultraschall von einem Gewebe einer bestimmten Schallimpedanz ξ*< (^= Dichte des Gewebes, σ = Schallgeschwindigkeit in diesem Gewebe) in ein anderes Gewebe mit einer anderen Schallimpedanz über, so wird ein Teil des Ultraschalls an der Grenzschicht dieser beiden Gewebe reflektiert. Die Laufzeitdifferenz des Echos zum ausgesandten Schall wird im sogenannten A-Bildverfahren dargestellt. Dabei kann, wenn die Schallgeschwindigkeit des Schalls im Gewebe, das der Schall big zum Echo durch-

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laufen hat, bekannt ist, die Dicke dieser Gewebsschicht angegeben werden. Aufbau und Prinzip dieses Verfahrens sind ausführlich dargestellt bei Bergmann, L., Der Ultraschall, S. Hirzel-Verlag, Stuttgart 1954; Matauschek, J., Einführung in die ültraschalltechnik, VEB-Verlag Technik, Berlin 1961 und Krautkrämer, J. und Krautkrämsr, H., Werkstoffprüfung mit Ultraschall, Springer-Verlag 1975.

Im menschlichen und tierischen Gewebe wird der Ultraschall in Abhängigkeit von der Untersuchungsfrequenz des Ultraschalls absorbiert. Die Schalldruckamplitude und damit auch die Höhe des Ultraschallechos tiefer gelegener Grenzschichten des Gewebes sind kleiner als die gleichwertiger Grenzschichten, die näher am Schallkopf liegen. Um gleichwertige Grenzschichten im Gewebe durch gleich hohe Ultraschallechos darzustellen, werden allgemein in der medizinischen Technik Ultraschallechos, die von Gewebsschichten in der Nähe des Ultraschallkopfes reflektiert werden und eine kurze LaufZeitdifferenz zum ausgesandten Signal aufweisen, weniger verstärkt als die Echos der tiefer liegenden Schichten, die eine größere Laufzeitdifferenz aufweisen. Die laufzeitabhängige Verstärkung wird als Tiefenausgleich bezeichnet.

Der Tiefenausgleich wird bisher in der klinischen Praxis nach Erfahrungswerten eingestellt. In der Literatur sind bisher keine Gewebsphantome beschrieben worden, mit denen der Tiefenausgleich exakt abgeglichen werden kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt die.Aufgabe zugrunde, bei einer Ultraschallmessung im Impulsechobetrieb den Tiefenausgleich durch ein Gewebsphantom exakt abzugleichen, daß Schichten im menschlichen und tierischen Gewebe, bei denen sich die Schallimpedanz um einen gleichen Betrag ändert, auch immer durch gleich hohe Ultraschallechos dargestellt werden.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das menschliche oder tierische Gewebe durch Phantomsubstanzen dargestellt wird, mit gleicher oder ähnlicher Schallgeschwindigkeit und gleicher oder ähnlicher Schallabsorption für den Ultraschall wie im menschlichen oder tierischen Gewebe. Unterscheiden sich z.B. zwei solcher Phantomsubstanzen durch ihre Schallimpedanz, so können diese beiden Phantomsubstanzen in parallelen Schichten im Wechsel Substanz T, Substanz 2, Substanz 1 u.s.w. angeordnet werden. Von einem Ultraschallimpuls, der diese parallelen Schichten in Richtung der Normale durchsetzt, wird von den Grenzschichten zwischen den parallelen Schichten immer der gleiche prozentuale Anteil des Ultraschalls reflektiert, da die Änderung der Schallimpedanz immer gleich groß ist. Der Tiefenausgleich kann dann so abgeglichen werden, daß immer gleich hohe Ultraschallechos für die verschiedenen Gewebsschichten abgebildet werden.

Entspricht die Änderung der SchaIlimpedanz darüber hinaus der, die physiologisch im menschlichen und tierischen Gewebe zu beobachten ist, so kann solch ein Phantom als Standardphantomsubstanz zur Kalibirierung von Ultraschallanlagen im menschlichen und biologischen Bereich verwendet werden, eine Aufgabe, die bisher noch ungelöst war.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung, Fig. 1, dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Ein Schallkopf 16 ist aufgesetzt auf eine Folie 1, die durch einen Spannring 2 und der Schraube 3 über den oberen Behälter 8 eben gespannt ist. Folie 1 und Behälter 8 werden durch einen O-Ring 4 gedichtet. Die Dicke der Folie ist kleiner als 0,1 mm. Die folgenden Behälter 9 und 10 sind so wie der Behälter 8 durch eine Folie mit Spannring abgedeckt. Behälter 8, 10 und 9 sind so miteinander verbunden, daß die Folien parallel ausgerichtet

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sind. Die Behälter sind durch O-Ringa ö und 7 gedichtet. Es folgen abwechselnd Behälter wie 10 und 3. Die Anordnung von parallelen Behältern wird begrenzt durch ein Bodenteil 11. Spannbolzen mit Muttern und Scheiben 13 halten diese parallele Anordnung von Behältern zusammen.

über die Schrauben 12 können die Behälter mit einer Flüssigkeit, die dem menschlichen oder tierischen Gewebe entspricht, gefüllt werden. Und zwar werden die Behälter 8 und ¹J mit der Flüssigkeit 14 und die Behälter 10 mit der Flüssigkeit 15 gefüllt.

Damit die parallele Oberfläche der Folien auch bei Ausdehnung des Volumens der Flüssigkeiten durch Temperaturänderung einerseits und bei unterschiedlichem Auflagedruck des Ultraschallkopfes andererseits erhalten bleibt, sind die Kammern, die die Flüssigkeit 14 bzw. 15 enthalten, jeweils miteinander als auch über die Entlüftungsschraube 5 mit der Außenluft zum Druckausgleich verbunden. Der Druck auf beide Seiten der jeweiligen Folien ist immer gleich groß.

Die Höhe r bzw. t der Behälter, die mit der Flüssigkeit 14 bzw. 15 gefüllt sind, kann so abgeglichen werden, daß beide Höhen einem Gewebe von einer vorgegebenen Dicke entsprechen.

Der Ultraschall wandert vom Schallkopf 16 in Richtung der Normalen der Oberfläche der Folien 1. Ein geringer Bruchteil wird an den Folien beim übergang von der einen Flüssigkeit zur anderen reflektiert und vom Schallkopf 16 empfangen. Die lchos werden im A-BiId dargestellt, wobei die Echohöhen mit Hilfe de» Tiefenausgleichs alle auf gleiche Höhe gebracht werden.

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Leerseife

Claims

Patentansprüche;

1. Anordnung von Phantomsubstanzen zur Simulation von Gewebe dadurch gekennzeichnet, daß Behälter (8), (9) und

(10) hintereinander angeordnet sind, daß die Behälter (8) oder (9) und (10) mit verschiedenen Substanzen (14) und

(15) gefüllt sind, daß die Substanzen in Hinsicht Schallgeschwindigkeit, Schallabsorption und Schallimpedanz dem menschlichen oder tierischen Gewebe entsprechen, daß die Substanzen (14) und (15) der Behälter (8) oder (9) und.

(10) durch Folien (1) voneinander getrennt sind, daß die Substanzen (14) und (15) der Behälter (8) oder (9) und

(10) im periodischen Wechsel als parallele Schichtung anordnet sind, daß die Substanzen (14) und (15) der Behälter

(8) oder (9) und (10) unterschiedliche Schallimpedanz haben.

2. Anordnung von Phantomsubstanzen nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Behälter (8) oder (9) bzw. (10) zum Druckausgleich untereinander verbunden sind.

3. Anordnung von Phantomsubstanzen nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Substanzen (14) und (15) zur Simulation des Gewebes aus Rizinusöl und Mineralöl bestehen.

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ORIGINAL INSPECTED