DE2758040B2

DE2758040B2 - Vorrichtung zur Bestimmung der inneren und äußeren Berandung (Innen- und Außendurchmesser) von Gefäßen bzw. von Organen, die mit Gefäßen durchsetzt sind

Info

Publication number: DE2758040B2
Application number: DE19772758040
Authority: DE
Inventors: Horst Prof. Dr.-Ing. 7250 Leonberg Chmiel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-12-24
Filing date: 1977-12-24
Publication date: 1980-05-29
Also published as: DE2758040A1

Description

Für die Bestimmung des Durchmessers von Gefäßen im menschlichen Körper wird meist ein Röntgenkontrastmittel verabreicht und eine Sichtbarmachung der gewünschten Gefäße unter Zuhilfenahme der Röntgentechnik erzielt, so daß auf diese Weise eine Diagnosestellung bezüglich einer Veränderung der Gefäße (Stenose, Hyperthrophie) möglich ist. Dieses Verfahren kann jedoch nicht bei allen Gefäßuntersuchungen eingesetzt werden; es belastet außerdem den Patienten 4^r> durch die Röntgenstrahlen. Soll z. B. die Prostata untersucht werden, so erfolgt dies routinemäßig digital (Finger) durch Abtasten des Organs vom rectum aus. Wird dabei z. B. ein Blasenhalsadenom festgestellt, so erfolgt zur weiteren Abklärung eine röntgenologische v\ untersuchung und im weiteren Verlauf eine transurethrale Untersuchung.

Es sind aber auch schon Verfahren bekannt (vgl. Coeliac Radial Scanner, Models ASU-8M-C, SSD-62) die mit einem rotierenden Ultraschallwandler arbeiten, v· der sich in einem mit einem akustischen Fenster versehenen Stahlrohr befindet. Dieses Stahlrohr mit einem Außendurchmesser von ca. 12 mm wird in sitzender Stellung des Patienten durch den musculus sphincter ani in das Rectum (Colan) bis auf Höhe der t>o Prostata vorgeschoben, wobei das akustische Fenster in Richtung symphysis pubica (Schambein) ausgerichtet wird. Der Schallstrahl mit einem vertikalen Öffnungswinkel von ca. 30° und einem horizontalen von ca. 45° ermöglicht nach jedem 360° Umlauf eine Aufzeichnung μ der Struktur des Blasenhalses in Form eines Sektorscan. Nachteilig ist bei diesem Verfahren allerdings der Mangel an Hygiene (Einschlüsse von Exkrementen in die Wandlerhaltung) sowie die besondere Anordnung des Wandlers zum Untersuchungsobjekt Durch das starre in das Rectum eingeführte Metallrchr kommt es nämlich zwangsweise zu einer Deformation des zu untersuchenden Organs und somit zu einer Kompression der Gewebestruktur.

Weiterhin sind auch schon ebenfalls mit einem Ultraschallschwinger ausgerüstete Vorrichtungen bekannt (vgL DE-OS 21 42 642 und DE-OS 23 14 367), die zum genauen und schnellen Orten von Blutgefäßen od. dgl. und zum treffsicheren Einführen einer Injektionskanüle in diese Gefäße dienen, bei denen der Schwinger an dem der Kanülenspitze abgewandten Ende der Kanüle angeordnet und akustisch an die Kanüle so angekoppelt ist, daß die von ihm erzeugten Ultraschallwellen durch die Kanüle zur Kanülenspitze gelangen. Die bekannten zum Orten von blutführenden Gefäßen dienenden Vorrichtungen verwenden unter Ausnutzung des Doppeleffekts die der Strömung eigenen Geräusche dazu, um gezielt in das Gefäß einzustechen. Derartige Vorrichtungen eignen sich aber prinzipiell nicht zur Ermittlung des Durchmessers von gefüllten oder leeren Gefäßen oder Organen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bisher verwendeten Meßverfahren zu vermeiden und ein Verfahren zu schaffen, das es ermöglicht, die innere und äußere Konfiguration (innere und äußere Berandung von Gefäßen), insbesondere des menschlichen Körpers oder von Organen, die mit größeren Gefäßen durchsetzt sind, mit Hilfe eines in das Gefäß eingeführten Katheters zu messen. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Vorrichtung gelöst.

Nach erfolgter Lokalisation der Kathetersonde werden die einzelnen Schwingelemente (Piezokristalle) mit extrem kurzen Impulsen angeregt, um Ultraschallimpulspakete in radialer Richtung auszusenden. Die Schwingelemente werden anschließend auf Empfang geschaltet, um die einlaufenden Echosignale zu registrieren. Die Messung der inneren und äußeren Berandung erfolgt nach dem Prinzip der Laufzeitmessung des Ultraschalls.

Es ist vorteilhaft, möglichst viele, mindestens aber drei Schwingelemente am Katheterumfang zur genauen Erfassung des Winkelraumes anzuordnen. Durch die Verwendung von mehreren Sender-Empfängerkristallen, die radial an dem Katheter angebracht sind, entfällt eine drehende Bewegung. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens ist die Aufzeichnung eines »Panorama-Bildes« von 360° entsprechend 4 (oder mehr) Sektoren zu 90° (oder kleiner). Aufgrund der kompressionslosen Gewebedarstellung ist eine eventuelle Strukturveränderung in ihrer anatomisch richtigen Zuordnung z. B. auf einem Monitor darstellbar und kann so unter Sichtkontrolle rektal biopsiert werden. Durch einen über die Sender-Empfängerkristalle angeordneten Ballon, der seinerseits über ein im Katheter befindliches Lumen z. B. mittels NaCI Lösung aufgefüllt wird, kann unter Röntgenkontrolle eine optimale Lokalisation des Katheters im Ureter vorgenommen werden. Prinzipiell können damit alle kathetermäßig zugänglichen Gefäße und Organe in ihrer Geometrie und Berandung erfaßt und dargestellt werden. Es kann aber auch vorteilhaft sein, am Katheterumfang nur ein oder zwei Schwingelemente anzuordnen, wenn die Möglichkeit besteht, die Kathetersonde innerhalb des zu untersuchenden Gefäßes axial zu verdrehen, um auf diese Weise den ganzen Winkelraum zu erfassen.

Zur Durchführung der Messung sind gemäß weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Schwingelemente mit einer Schalt- und Steuereinrichtung verbunden, die mit Hilfe der von den Piezokristallen empfangenen Ultraschall-Echosignale die jeweilige Entfernung der Berandung in diesem Winkelraum zahlenmäßig (digital) oder bildlich (auf einem Bildschirm) anzeigen.

Es ist aber auch möglich, außer den Berandungen selbst auch Bereiche veränderter Gewebt-struktur, z. B. Tumore innerhalb oder an den Berandungen zu erfassen, da diese Bereiche zusätzliche Echosignale auslösen. Bei der bildlichen Darstellung ist es möglich, in an sich bekannter Weise eine Grauwertabstufung der einzelnen Gewebnbereiche durch Ausnutzung der unterschiedlichen Laufzeiten und Amplituden der Echosignale vorzunehmen.

Bekannterweise betragen die Schallgeschwindigkeiten bei Körpertemperatur in physiologischer Kochsalzlösung 1560 m/sec, in Tumorgewebe ca. 1220—1300 m/ see. und in gesundem Gewebe 1350—140? m/sec. Dieser Umstand kann bei der elektronischen Verarbeilung der Echosignale (Laufzeitbestimmung) erfindungsgemäß zur maßstabgetreuen Darstellung z. B. auf dem Bildschirm verwendet werden.

Bei Untersuchungen in Blutgefäßen dient das die Kathetersonde umgebende Blut als Übertragungsmedium für den Ultraschall. Bei Gefäßen, die nicht mit Flüssigkeit gefüllt sind, wie z. B. die Speiseröhre (oesophagus), Harnröhre, Darm (insbesondere der Bereich des rectum), Luftröhre und ihre Verzweigungen u. ä. ist es vorteilhaft, die Kathetersende mit einem dünnwandigen Ballon zu umgeben, der an der zu messenden Stelle mit Flüssigkeit, z. B. Infusionslösung gefüllt wird. Dieser Ballon legt sich an der Innenwandung der Gefäße an und schafft so das für den Ultraschall notwendige Übertragungsmedium. Die diagnostische Aussagefähigkeit gegenüber der digitalen Methode (Fingeruntersuchung) ist um ein vielfaches höher, zumal aufgrund der Meßwerterfassung und photographischen Speicherung eine spätere Vergleichsuntersuchung sowohl prä- als auch postoperativ gewährleistet ist Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand der Ausführungsbeispiele erläutert Es zeigt

F i g. 1 die erfindungsgemäße JCathetersonde,
F i g. 2 die Anordnung der Schwingelemente (Piezokristalle),

Fig.3 einen Schnitt durch ein zu untersuchendes Organ,
Fig. 4 ein Meßdiagramm (Oszillogramm) der

it> Echoimpulssignale.

Gemäß F i g. 1 sind an dem Umfang eines doppellumigen Katheters 1 am vorderen Ende die Piezokristall 3 angeordnet, die über das Lumen 4 verlaufenden elektrischen Koaxialkabel 6 mit einer nicht dargestell-

■> ten Schalt- und Steuereinrichtung verbunden sind. Über das zweite Lumen 5 kann z. B. 0,9% physiologische Kochsalzlösung in den dehnbaren Ballon 2 eingebracht und aus diesem abgezogen werden, so daß er sich im Bereich der Meßstelle an der Innenwand anzulegen vermag.

Die F i g. 2 zeigt die vorzugsweise Anordnung von sechs Piezokristallen 3 in perspektivischer Darstellung.

In F i g. 3 ist der Querschnitt eines Organs C(z. B. der Prostata) dargestellt

2") Hierin ist A die äußere Berandung der Prostata, Bdie innere Berandung der Harnröhre im Prostatabereich (prostatica urethral), C der Ballon, der mit physiologischer Kochsalzlösung E gefüllt ist und der mit beispielsweise mit vier Piezokristallen D bestückten

«' Kathetersonde.

Wenn z. B. in dem Organ G Inhomogenitäten F oder an dem Organ vorhanden sind, dann lassen sich deren Abmessungen ebenfalls durch die erfindungsgemäße Vorrichtung erfassen. So werden nacheinander die

i"» Entfernungen a. b. c, d gemessen, wie ein in F i g. 4 schematisch dargestelltes Oszillogramm zeigt. Die Laufzeit der Sendeimpulse bei unterschiedlicher Dichte des Gewebes wird aufgrund der Amplitudenmodulation durch die Laufzeitsteuerung durchgeführt und kann auf

Ι¹¹ einem Fernsehmonitor mit unterschiedlichen Grauwerten entsprechend der Dichte dargestellt werden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Bestimmung der inneren und äußeren Berandung (Innen- und Außendurchmesser) von Gefäßen bzw. Organen, die mit Gefäßen ^r> durchsetzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß am Umfang des distalen Endes einer Kathetersonde Piezokristalle als Ultraschall-Sender und -Empfänger angeordnet sind, die in radialer Richtung wirksam sind. ιο

2. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer oder mehrere Sende-Empfänger am Katheterumfang angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Patentanspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathetersonde im Bereich der am Katheterumfang angebrachten Piezokristalle von einem mit Flüssigkeit füllbaren und dehnbaren Ballon (2) umgeben ist

4. Vorrichtung nach Patentanspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die am Umfang der Kathetersonde (1) angeordneten Sende-Empfänger (3) mit einer elektronischen Schalt- und Steuereinrichtung verbunden sind, die mit Hilfe der von den Piezokristallen empfangenen Echosignale die jeweilige Entfernung der Berandung zahlenmäßig oder 2*1 bildlich anzeigen.

5. Vorrichtung nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalt- und Steuereinrichtung die empfangenen Echosignale derart aufbereitet, daß die Gewebedichte durch eine gegebenenfalls in elektronisch veränderbare Grauwertabstufung darstellbar ist.