DE2657162A1

DE2657162A1 - Geraet zur pruefung der gesamtempfindlichkeit und des frequenzverhaltens von impulsechogeraeten fuer die zerstoerungsfreie werkstoffpruefung und die medizinische diagnostik nach dem prinzip variabler schallabsorptionsstrecken

Info

Publication number: DE2657162A1
Application number: DE19762657162
Authority: DE
Inventors: Hugo Werner Prof Dr Buschmann
Original assignee: Buschmann hugo Werner profdrmed
Current assignee: Buschmann hugo Werner profdrmed
Priority date: 1976-12-17
Filing date: 1976-12-17
Publication date: 1978-06-22

Description

Titel: Gerät zur Prüfung der Gesamtempfindlichkeit und des
Frequenzverhaltens von Impulsechogeräten für die zerstörungsfreie Werkstoffprllfung und die medizinische Diagnostik nach dem Prinzip variabler Schallabsorptionsstrecken.
Kurzauszug: Gerät mit variabler, genau einstellbarer Schallabsorptionsstrecke (vorzugsweise Flüssigkeitsstrecke mit definiertem Medium) und definiertem Reflektor zur Messung der Gesamtempfindlichkeit bei allen Ultraschali-Impulsechogeräten anhand der Absorptionsstrecke, die mit der gewählten Geräte-Schallkopfkombination und der gewählten Sender- und Empfängereinstellung noch durchdrungen werden kann. Bei Geräten mit zuverlässigem regelbaren Dämpfungsglied (dB-Regler) dient das Gerät außerdem zur Beurteilung des Frequenzverhaltens anhand der Steigung der Kurve der Gesamtempfindlichkeit (gemessen bei verschiedenen Stellungen des dB-Reglers).
Gerät zur Prüfung der Gesamtemptindlichkeit und des Frequenzverhaltens von Impulsechogeräten für die zerstbrungstreie Werkstoffprtitung und die medizinische Diagnostik nach dem Prinzip variabler Schallabsorptionsstrecken.
Bisheriger Stand: Die Gesamtempfindlichkeit von Impulsechogeräten wird bestimmt von der Sendeleistung, den Eigenschaften des Schallkopfes als Sender und Empfänger und von der Empfängerverstärkung. Zur Messung sind Testreflektoren vorgeschlagen und verwendet worden, z. 13. ein plangeschliffener Glasblock im Wasserbad. Man stellt fest, bei welcher Einstellung der Empfangsverstärkung das Echo dieses Testreflektors z. B. mit 10 mm Amplitudenhöhe am Bildschiriu erscheint und stellt fest, um wieviel Dezibel die Einstellung der Empfangsverstärkung geändert werden muß um das interessierende Echo aus dem untersuchten Objekt auf die gleiche Amplitudenhöhe zu bringen.
Für dieses Verfahren müssen die Geräte mit zuverlässigen regelbaren Dämpfungsgliedern (dB-Skala) ausgerüstet sein. Verwendet man dagegen eine schallabsorbierende Flüssigkeit in Kombination mit einem Testreflektor, so ist zur Messung der Gesamtempfindlichkeit ein geeichtes Dämpfungsglied mit dB-Skala nicht erforderlich, eine feingeteilte Skala genügt für reproduzierbare Einstellungen.
Bisher wurden Paraffin-Öl (Paraffinum subliquidum DAB 7) und ein verkantungsfrei verschiebbarer Plexiglaskolben verwendet (Buschmann Zur Ultraschalldiagnostik intraokularer Tumoren", IIabilitationsschrift IIumboldt-Universität Berlin, Medizinische Fakultät 1964, S. 24 - 28). Die Meßbedingungen wurden später durch Hinzufügen einer automatischen Temperatursteuerung mit Heizung und Rührwerk verbessert (Buschmann, W. : ~Ophthalmologische Ultraschalldiagnostik in Der Augenarzt" 2. Auflage, herausgegeben von Karl Velhagen Band II Leipzig Thieme 1972).
Jedoch ist Paraffin-Öl auch nach den Vorschriften des DAB 7 keine ausreichend definierte Substanz. Vielmehr können die Viskosität und die Schallabsorption erheblichen Schwankungen unterliegen.
Deshalb war es notwendig, das Paraffin-Öl durch Vergleich mit 73 <ic-iger Fruchtzuckerlösung vor der Benutzung zu kalibrieren.
Dies schränkte die Brauchbarkeit und die Zuverlässigkeit des Verfahrens bei Verwendung in verschiedenen Laboratorien erheblich ein.
Ferner sind in der Vergangenheit zur Beurteilung der Gesamtempfindlichkeit auch biologische Objekte - z. B. die Lederhaut des Auges oder durch Citratzusatz ungerinnbar gemachtes Blut verwendet worden. Diese Verfahren sind jedoch viel zu ungenau.
Zur Messung der in den Ultraschallimpulsen enthaltenen Frequenzkomponenten gibt es elektronische Spektrumanalysegeräte, die teilweise auch in klinischen Forschungslaboratorien eingesetzt werden.
Diese sind jedoch sehr aufwendig und zur sachgerechten Anwendung kann auf die Elitarbeit eines Physikers oder Ingenieurs kaum verzichtet werden. - Bei einigen Gerätetypen (z. B. Kretztechnik 7100,Sperry-lteflectoscXe RS 80) können die ungleich-gerichteten iiochfrequenzschwingungen am Bildschirm dargestellt werden (RF display). Zur groben Ori-entierung über die innerhalb der Impulse vorherrschenden Frequenzen wurden in der Vergangenheit die auf eine Mikrosekunde entfallenden iiochfrequenzschwingungen am Bildschirm ausgezählt. Das setzt voraus, daß ein zuverlässiger Zeitmarkengeber am Gerät vorhanden ist (Herrmann und Buschmann: Methods for measuring the IIF oszillation frequency in ultrasound pulses of equipment for diagnostic ultrasonography.
Ophthalmic Research 3 (1972) 274 - 282).
Aufgabe der Erfindung ist es, durch ein neues Gerät Betrieben und Kliniken, die nicht über ein größeres Elektroniklabor mit entsprechenden Ingenieuren und Physikern verfügen, einfache und zeitsparendefjedoch trotzdem ausreichend genaue und reproduzierbare Messungen der Gesamtempfindlichkeit und des Frequenzverhaltens in einem Arbeitsgang zu ermöglichen.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Gerät mit variabler exakt reproduzierbarer Schallabsorptionsstrecke benutzt. Die Ausführung kann z. B. so gewählt werden, daß ein ebener Stahlreflektor (V4A-Stahl, Feinschliff) mittels Schraubtrieb in einem Ölbad verkantungsfrei bewegt werden kann. Als besonders geeignet erwies sich Phenyl-Methyl-Silikon-Öl mit einer Viskosität von 500 cST bei 250 C. Dieses Öl hat bei 25 C eine Dichte von i,iO und einen Brechungsindex von 1,500. Produktionsbedingte Schwankungen könnten am ehesten im Verhältnis des Phenyl-und Methylanteils auftreten und wären dann über den Brechungsindex zu erfassen und auszuschließen. Im Gerät wird das Öl mittels Elührwerk und Thermostat bei konstanter Temperatur (z. B. 300 C)gehalten. Der Schallkopf (7) taucht in das Ölbad ein und wird z.
B. mit hilfe einer Kugelgelenkzange (8), welche Justierbewegungen ohne wesentliche Abstandsänderungen erlaubt, auf maximales Echo der Reflektorplatte justiert. Dies entspricht einem senkrechten Auftreffen des Schallbündels. In regelmäßigen Stufen wird der Abstand zwischen Reflektor und Schallkopf (7) geändert. Für jeden Abstand wird festgestellt, bei welcher Einstellung der für die Regelung der Gesamtempfindlichkeit vorhandenen Regler an der Sender- oder Empfängerseite am Bildschirm ein Echo der Reflektoroberfläche von z. B. 10 mm Amplitudenhöhe erscheint.
Die für die verschiedenen Geräteeinstellungen und Gerät-Schallkopfkombinationen gefundenen Werte für die durchdringbare Ölstrecke (z. B. Skalenteil 90 = maximale Sendeleistung = 64 mm durchdringbare Ölstrecke im genannten Öl) sind ein objektives und verlässliches, vergleichbares Maß für die verfügbare Gesamtempfindlichkeit.
Die Messung kann von angelernten iiilfskräften ausgeführt werden.
Verfügt das gemessene Ultraschallimpulsechogerät über ein regelbares Dämpfungsglied mit geeichter Skala (z. 13. dB-Skala) so ergibt sich eine graphische Darstellung der Meßergebnisse nach Zeichnung 2. In diesem Falle kann aus der Steigung der Kurve (wieviel Dezibel werden für 10 mm durchdringbare Ölstrecke mehr benötigt) die im jeweiligen Abschnitt innerhalb der Impulse dominierende Frequenz abgelesen werden. Änderungen der Kurvensteigung bedeuten, daß die dominierende Frequenz sich verändert hat. Das Öl wirkt ebenso wie die Gewebe des menschlichen Körpers als ein Tiefpaßfilter. Die höheren Frequenzanteile werden stärker absorbiert und herausgefiltert. Sind anergiereiche niedrigere Frequenzanteile vorhanden, so werden diese bald dominierend. Die ersten vorläufigen Ergebnisse zeigen,daß bei 4 MHz Arbeitsfrequenz innerhalb der Impulse die durchdringbare Ölstrecke um etwa 8 mm zunimmt, wenn die Empfangsverstärkung um 10 dB erhöht wird. Die gleiche Erhöhung der Verstärkung führt bei Frequenzen von 6,5 bis 7 MiIz nur zu einer Zunahme der durchdringbaren Öl strecke um etwa 4 mm. So können aus der Meßkurve der Gesamtempfindlichkeit Angaben über Frequenz und Frequenzspektrum (insbesondere das Vorhandensein energiereicher niederfrequenter Komponenten) ohne jede zusätzliche Messung gewonnen werden.
Die Position von Reflektor (6) und Schallkopf (7) kann mit Hilfe der am Gerät angebrachten doppelten Skala (9) parallaxefrei abgelesen werden. Der Behälter (l) ist vorzugsweise aus durchsichtigem, dickem Plexiglas gefertigt um ausreichende Wärmeisolation zu bieten und dennoch etwa vorhandene, störende Luftblasen erkennen zu können. Heizung (2), Rührwerk (3), Kontrolltermometer (4) und Kontakttermometer (5) gewährleisten eine ausreichend gute Temperaturkonstanz. Der Schraubtrieb (10) gewährleistet, daß der Reflektor (6) in der schallabsorbierenden Flüssigkeit (11) verkantungsfrei bewegt werden kann.
Dezibel-Skalen allein gewährleisten noch keine vergleichbaren Einstellungen der Gesamtempfindlichkeit. Dies ist erst gegeben, wenn auf das Echo eines Testreflektors Bezug genommen wird Von Seiten der Gerätehersteller geschieht dies bisher nicht. Ebenso wird bisher von den Herstellern keine Angabe zur tatsächlichen Arbeitsfrequenz und zum Frequenzspektrum der resultierenden Ultraschall impulse gegeben. Vielmehr wird die Gnindresonanzfrequenz angegeben, welche die Schwingerplättchen vor dem Einbau in den Schallkopf hatten. Durch die Bedämpfung, die Zuschaltung einer Spule und die elektrische Anpassung sowie durch Einflüsse der Impulsform des Sende impulses und durch den Empfangsverstärker können die Frequenzen und Frequenzspektren der Ultraschallimpulse sehr erheblich beeinflußt werden. #Vergleichbare Echogramme aus untersuchten Objekten sind aber nur dann zu erzielen, wenn mit gleicher Frequenz und gleicher Gesamtempfindlichkeit gearbeitet wird. Dies wird durch das vorgeschlagene Gerät auf einfache Weise ermöglicht.
In einer anderen Ausführung könnte das Gerät aus einer Reihe von Festkörperblöcken unterschiedlicher Dicke bestehen, wobei ein Material verwendet werden muß, das genau definiert ist und mit gleichbleibender Schallabsorption geliefert werden kann. Der Durchmesser der einzelnen Festkörperb#öcke muß mindestens dein dreifachen Schallbündelquerschnitt entsprechen.
L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche ~J-~~> 1. Gerät zur Prüfung der Gesamtemfpindlichkeit und das Frequenzverhaltens von Impulsechogeräten, dadurch gekennzeichnet, daß eine variable , definierte und exakt reproduzierbare Absorptionsstrecke zur Messung der Gesamtempfindlichkeit bei allen Geräteeinstellungen und Gerätschallkopfkombinationen verwendet werden kann und bei Geräten mit geeichtem regelbaren Dämpfungsglied (z. B. d#-Skala) aus der Steigung der gewonnenen Kurve zugleich die Arbeitsfrequenz und das Frequenzverhalten (insbesondere bezüglich energiereicher niederfrequenter Frequenzanteile) abgelesen werden kann.
2. Gerät nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, daß die variablen Schailabsorptionsstrecken aus einem Satz von Festkörperblöcken unterschiedlicher Dicke bestehen, die aus einem Material gefertigt sind, das mit ausreichend konstanter Schallabsorption hergestellt werden kann.