DE2908248A1 - Verfahren zur ultraschall-untersuchung von ueber die umrissflaeche des menschlichen koerpers etwas hervorstehenden teilen, beispielsweise der weiblichen brust, sowie anordnung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Verfahren zur ultraschall-untersuchung von ueber die umrissflaeche des menschlichen koerpers etwas hervorstehenden teilen, beispielsweise der weiblichen brust, sowie anordnung zur durchfuehrung des verfahrens

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DE2908248A1 DE19792908248 DE2908248A DE2908248A1 DE 2908248 A1 DE2908248 A1 DE 2908248A1 DE 19792908248 DE19792908248 DE 19792908248 DE 2908248 A DE2908248 A DE 2908248A DE 2908248 A1 DE2908248 A1 DE 2908248A1
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Description

Verfahren zur Ultraschall-Untersuchung von über die Umrißfläche des menschlichen Körpers etwas hervorstehenden Teilen, beispielsweise der weiblichen Brust, sowie Anordnung zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, ferner eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Es ist eine Ausweitung des Anwendungsbereiches der Ultraschall-Echoskopie auf verschiedene Objekte bzw. eine Verbesserung der für die Ultraschall-Echoskopie anwendbaren Apparaturen in der Richtung bezweckt, daß eine vollständigere bzw. besser brauchbare Untersuchung der Objekte erzielt wird. Insbesondere soll dieser Zweck im Bereich der medizinischen Diagnostik bzw. Untersuchung erreicht werden.
Die Ultraschall-Echoskopie liefert Informationen über das geprüfte Objekt, im besonderen Fall über ein Organ des Patienten, welche in Form eines sogenannten Ultraschall-Echogramraes aufgezeichnet werden. Ein derartiges Echogramm besteht aus der Aufzeichnung von akustischen Dämpfungsunstetigkeiten an Reflektionsoberflächen im Objekt.
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Es wird erhalten, indem ein kurzer Ultraschall-Impuls, üblicherweise im Frequenzbereich zwischen 1 bis 30 MHz in das zu untersuchende Objekt gesendet wird, wobei etwa vorhandene akustische Dämpfungsunstetigkeiten den Impuls reflektieren und einen Teil der Energie in Form eines Echos zurücksenden. Dieses Echo wird aufgefangen, in ein elektrisches Signal umgewandelt und als Echogramm mit Hilfe eines Oszillographen, eines Filmes, einer Karte o.dgl. aufgezeichnet bzw. lesbar gemacht.
Das Echogramm kann entweder ein- oder zweidimensional gebildet sein? in beiden Fällen ist die Information in der Position und Größe (Amplitude) des aufgezeichneten Echos enthalten. Bei der eindimensionalen Aufzeichnung wird die Position entlang einer Grundlinie dazu verwendet, um die Entfernung von der reflektierenden Oberfläche aufzuzeichnen, während die Größe des Echos beispielsweise aufgezeichnet wird als Abweichung von der Basislinie MA-System" oder als eine Intensitätsänderung "B-System". In einer zweidimensionalen Aufzeichnung wird die Stellung auf der Grundlinie dazu verwendet, die Entfernung von der reflektierenden Oberfläche anzuzeigen, ebenso wie in einer eindimensionalen Aufzeichnung, während die Richtung auf der Grundlinie dazu verwendet wird, die Ausbreitungsrichtung der akustischen Energie festzuhalten. Die zweidimensional© Aufzeichnung wird durch Änderung dieser Ausbreitungsrichtung der akusti-
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sehen Energie und durch Einführen einer ähnlichen/ aber nicht notwendigerweise identischen, Bewegung auf der Basislinie der Aufzeichnung erhalten. Die Größe des Echos ist wie bei einer eindimensionalen Aufzeichnung beispielsweise aus einer Abweichung von der Basislinie oder als eine Intensitätsänderung verzeichnet.
Die Technik der Ultraschall-Echoskopie wird in der medizinischen Diagnostik zur Gewinnung von Informationen über die Anatomie von Patienten angewandt. Die Anwendung dieser Technik ist bereits weitgehend erforscht und beschrieben, beispielsweise durch D.E. Robinson in der Zeitschrift "Proceedings of the Institution of Radio and Electronics Engineers Australia", Band 31, Nr. 11, S. 385 - 392, November 1970 unter dem Titel: "Die Anwendung von Ultraschall in der medizinischen Diagnostik" (The Application of Ultrasound in Medical Diagnosis). Wie in diesem Artikel ausgeführt, kann die Ultraschall-Echoskopie angewandt werden, um anatomische Querschnitte zu erhalten, welche erhöhte klinische Verwendbarkeit aufweisen und insbesondere dann, wenn Informationen über die physikalischen Dimensionen, die Oberfläche des Organs oder die Struktur oder ähnliches gewünscht werden. Die Ultraschall-Echographie hat sich als besonders wertvolles diagnostisches Hilfsmittel bei der Untersuchung des Bauches, des schwangeren Uterus, des Auges, der Brust, des Gehirnes, der Lunge, der Nieren, der Leber und
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des Herzens erwiesen. Hierbei handelt es sich im allgemeinen um Körperzonen/ die aus weichem Gewebe bestehen, mit wenig Knochen oder Knorpel sowie gegebenenfalls mit Luft« Ganz allgemein kann diese Technik zur Ergänzung anderer Methoden herangezogen werden, um auf diese Weise ein vollständigeres Bild vom Zustand des Patienten zu erhalten; insbesondere ist aber die Technik der Ultrasehall-Echoskopie bei Schwangeren am Platz, um an die Stelle der Röntgenstrahlen zu treten, soweit diese keine befriedigenden Informationen geben oder auch gefährlich sind. Bei medizinischen Anwendungen wird ein Ultraschall-Energie-Impuls in einer bekannten Richtung in den Patienten "gesendet" und die von den Reflektionsoberflachen innerhalb des Körpers zurückgeworfenen Echos werden aufgefangen. Die Zeit, welche zwischen den ausgesandten Impulsen und den empfangenen Echos verstreicht, ist abhängig von der Entfernung zwischen Sender bzw» Schallkopf und reflektierenden Oberflächen, so daß die Distanzinformation, die so erhalten wird, in geeigneter Weise aufgezeichnet werden kann und zur Interpretation sowie zum klinischen Gebrauch als eindimensionale Wiedergabe oder auch als zweidimensionaler Querschnitt gelesen werden kann, wie dies früher schon beschrieben wurde.
Bei manchen Untersuchungen nach dem B-System ist es von Vorteil, den interessierenden Bereich schnell abzutasten.
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Schnelles Abtasten läßt sich entweder auf mechanischem Wege, etwa durch lineares translatorisches Bewegen des Schallkopfes über die gewünschte Länge bzw. durch oszillierendes Bewegen des Schallkopfes im erforderlichen Winkelbereich erreichen, wobei die Bewegungs-Geschwindigkeit von Überlegungen wie etwa gewünschte Linien-Dichte der Ultraschall-Information bestimmt ist. Oder es läßt sich ein lineares bzw. oszillatorisches Abtasten auf elektronischem Wege erzielen, beispielsweise mittels eines oder mehrerer durch Schaltmittel in einem linearen Bereich arbeitenden oder in einem Phasen-Sektor-Bereich arbeitenden Schallkopfes.
Somit ist es Aufgabe der dem Kennzeichnungsteil des Patentanspruches 1 entnehmbaren Erfindung, ein verbessertes Verfahren bzw. eine hierfür geeignete Anordnung zum zuverlässigen schnellen und aussagekräftigen Ultraschall-Abtasten eines Bereiches von einem zu untersuchenden Objekt anzugeben.
In vorteilhafter Weise sieht eine erfindungsgemäße Anordnung u.a. folgende Mittel bzw. Maßnahmen vor:
- Ultraschall-Umsetzmittel (z.B. Schallkopf) zum Senden von Impulsen von Ultraschall-Energie entlang einer Vielzahl von Strahlen innerhalb
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einer einzigen Ebene in das zu untersuchende Objekt und zum Empfangen von Echos besagter Impulse, die zufolge akustischer Impedanz-Unstetigkeiten im besagten Objekt längs vorgenannter Strahlen reflektiert werden und
- eine Einrichtung zum beweglichen Führen bzw. Steuern der Ultraschall-ümsetzmittel relativ zum zu untersuchenden Objekt.
Das erfindungsgemäße Verfahren beinhaltet in vorteilhafter Weise mindestens folgende Verfahrensschritte:
- Senden von Ultraschall-Energie-Impulsen entlang einer Vielzahl von Strahlen in einer einzelnen Ebene in den zu untersuchenden Körperteil,
- in Umdrehung Versetzen der Strahlen-Ebene um eine gegen eine ausgewählte Stelle des zu untersuchenden Körperteiles gerichtete Achse,
- Empfangen von unter dem Einfluß von akustischen Impedanz-Unstetigkeiten im untersuchten Körperteil entstandenen Echos längs der vorgenannten Vielzahl von Strahlen sowie
- Umsetzen, Weiterleiten und Auswerten des Strahlenbildes.
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Ganz allgemein gesprochen bedient sich die Untersuchungstechnik entsprechend vorliegender Erfindung in vorteilhafter Weise eines einzigen Schallkopfes, der entweder translatorisch bzw. oszillatorisch in einer Ebene bewegt ist, um ein Querschnittbild eben dieser Ebene zu bewirken oder es wird eine Gruppierung von Schallkopfelementen vorgesehen, die so aktiviert wird, daß ein Querschnittbild des Objektes in der gewählten Ebene erhalten wird. Während der Untersuchung des Objektes wird die Ebene rotiert bzw. verschwenkt, um so eine Serie von Schnitten zu bewirken. Somit dient die Bewegung der Abtast-Ebene des Ultraschall-Umsetzers dazu, um einen bestimmten Bereich im zu untersuchenden Objekt für das Auge erkennbar zu machen.
Die Rotation bzw. Verschwenkung des Ultraschall-Umsetzers kann sowohl durch mechanische Mittel als auch, wenn ein zweidimensionaler aus mehreren Elementen zusammengesetzter Umsetzer angewandt wird, durch elektrische oder elektronische Verfahren bewirkt werden. Das Rotations-Zentrum kann entweder mit dem Zentrum der Abtast-Ebene zusammenfallen, wodurch man eine Serie von diametralen Schnitten erhält, bzw. eine Kante der Abtast-Ebene bilden, was eine Serie von Radial-Schnitten entstehen läßt, bzw. außerhalb der Abtast-Ebene liegen, was die Untersuchung eines ringförmigen Raumes erlaubt. Oder das Zentrum kann an beliebiger Stelle
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innerhalb der Abtast-Ebene liegen. Dieses Verfahren ist am wirkvmgsvollsten beim Abtasten von kreissymmetrischen Volumina.
Soweit bei vorliegendem Erfindungsgegenstand ein einzelner Schallkopf Anwendung findet, kann er Fixfokus-Aufbau haben, oder für einen ringförmigen Bereich einstellbar sein. Für die untersuchung eignet sich das Kontakt-Verfahren mit direktem oder durch eine Membrane hindurch erfolgendem Kontakt zwischen Schallkopf und zu untersuchendem Objekt. Andererseits kommt auch das Flussigkeits-Koppelverfahren zur Anwendung, wozu der Schallkopf in einem Flüssigkeits-, insbesondere Wasserbehälter angeordnet ist. Die Anordnung des Schallkopfes ist derart ausgebildet, daß je nach Wunsch horizontale, vertikale oder irgendwie geneigte Schnittbilder des zu untersuchenden Objektes erhalten werden.
Die Untersuchungstechnik nach vorliegender Erfindung ist dann besonders vorteilhaft anzuwenden, wenn nur wenige Bezugspunkte zum Orten des untersuchten Bereiches zur Verfügung stehen. Beispielsweise bildet bei der untersuchung der Brust die Mamilla den einzigen exakten Bezugspunkt. Daher erlaubt eine Serie von diametralen oder radialen Schnitten, wobei die Mamilla den Bezugspunkt bildet oder in der Bezugslinie liegt, eine zuverlässige Untersuchung dieses Organes. Die Mamilla wird bei jeder Abtastung ab-
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gebildet, wodurch sich alle dargestellten Einzelheiten einwandfrei örtlich zuordnen lassen.
In Fällen, bei denen die Abtasttechnik nur zu einem sehr einfachen Abtasten des Objektes dient, kann zum Abtasten auch ein Schwenken der Abtast-Ebene gehören, wobei diese Bewegung veranlaßt wird, um die Richtung der Verstärkung und der Schattenbildung zu verändern, welche von georteten Gewebebereichen mit unterschiedlicher Schwächung oder gegenüber Gewebebereichen unterschiedlicher Tiefenlage erhalten wird.
Der Erfindungsgegenstand ermöglicht ebenfalls die Anwendung von Verbund-Abtastung zur Untersuchung von Objekten.
Weitere Einzelheiten des Gegenstandes der Erfindung sowie erzielte Vorteile gehen aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles sowie der rein schematischen Zeichnung hervor.
Nach dem Ausführungsbeispiel befindet sich der Ultraschall-Umsetzer bzw. Schallkopf 1 in einem Flüssigkeits-, insbesondere Wasserbehälter 2 und ist derart nach oben gerichtet, daß er längs der Achse des Strahls 5 gerichtete Ultraschall-Impulse zu übermitteln vermag. Hierbei sind Mittel vorgesehen, um den Schallkopf 1 mechanisch in Richtung des
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Pfeiles A wandern zu lassen. Diese Bewegungen erfolgen mit verhältnismäßig hoher Geschwindigkeit, beispielsweise in der Größenordnung von 1/5 Sekunde für die Bahnlänge des Gleitträgers 3, durch den die Querschnitt-Ebene des Bildes bestimmt ist. Eine geeignete linearbewegliche Äbtasteinrichtung ist beispielsweise in der australischen Patentanmeldung 35579/78 vorgeschlagen worden und kann hier zweckmäßigerweise zur mechanischen translatorischen Bewegung des Schallkopfes 1 dienen. Außerdem sind Mittel vorgesehen, um den Gleitträger 3 unterhalb des zu untersuchenden Objektes, beispielsweise der Brust 6 rotieren zu lassen, wie dies durch den Pfeil B symbolisiert ist. Hierzu taucht die Brust in das im Wasserbehälter 2 befindliche Wasser ein. Die Umdrehungsgeschwindigkeit des Gleitträgers 3 kann beispielsweise in der Größenordnung von 180° je Minute liegen. Hierbei sind Änderungen zufolge von Faktoren möglich, wie sie das Sichtbarmachen von Querschnittbildern des Objektes bei Winke!ansteuerung mit sich bringt. Die Rotation des Gleitträgers 3 kann beispielsweise mittels eines Elektromotors gegebenenfalls über ein Getriebe, oder einen anderen geeigneten Antrieb bewirkt sein.
Vorzugsweise sind im Wasserbehälter auch noch Mittel vorgesehen, um den Schallkopf samt seiner Trageinrichtung in Richtung der Pfeile X und Y zu bewegen, so daß die Drehachse
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des Gleitträgers wunschgemäß, beispielsweise auf die Mamilla ausgerichtet werden kann. Ferner können geeignete Mittel eingebaut sein, um den Schallkopf bzw. dessen Trageinrichtung in Richtung des Pfeiles Z einzustellen, so daß sich der Schallkopf in zweckmäßigem Abstand von der Brust befindet. Schließlich kann der Gleitträger 3 auf der Trageinrichtung 4 schwenkbar angebracht sein, wie dies der Pfeil C andeutet. Eine geeignete Trag-Einrichtung zum Bewirken der Bewegungen in den X-, Y- und Z-Richtungen ist in der australischen Patentschrift 13334/76 beschrieben worden.
Vorbeschriebenes Ausführungsbeispiel ist natürlich nur eine der möglichen Ausgestaltungen; selbstverständlich liegen im Rahmen der Erfindung sämtliche Gleichwerte, sowohl für Einzelteile als auch für die Gesamteinrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Claims (13)

Patentansprüche
1. Verfahren zur Ultraschall-Untersuchung von über die Umrißfläche des menschlichen Körpers etwas herausragenden Teilen, beispielsweise der weiblichen Brust, mittels beweglich geführter bzw. gesteuerter Ultraschall-Umsetzer, gekennzeichnet durch die Schritte:
1.1) Senden von Ultraschall-Energie-Impulsen entlang einer Vielzahl von Strahlen (5) in einer einzelnen Ebene (z.B. entsprechend Pfeil A) in den zu untersuchenden Körperteil (z.B. 6),
1.2) in Umdrehung Versetzen bzw. Verschwenken der Strahlen-Ebene um eine gegen eine ausgewählte Stelle des zu untersuchenden Körperteiles (beispielsweise die Mamilla gerichtete Achse (z.B. entsprechend Pfeil B)),
1.3) Empfangen von unter dem Einfluß von akustischen Impedanz-ünstetigkeiten im untersuchten Körperteil entstandenen Echos längs der vorgenannten Vielzahl von Strahlen sowie
1.4) Umsetzen, Weiterleiten und Auswerten des Strahlenbildes.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Richten der Achse der Strahlen (5, z.B. entsprechend Pfeil C) in der Art, daß die Strahlen (5) möglichst senkrecht auf den zu untersuchenden Körperteil auftreffen.
3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Anwenden einer Koppelflüssigkeit, insbesondere Wasser, zwischen dem Schallkopf (1) und dem zu untersuchenden Körperteil (z.B. 6).
f4.JAnordnung zum Durchführen des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch die Kombination mindestens folgender Mittel bzw. Maßnahmen: 4.1) Einbau von mindestens einem Ultraschall-Umsetzmittel (z.B. Schallkopf 1) zum Senden von Impulsen von Ultraschall-Energie entlang einer Vielzahl von Strahlen (z.B. 5) innerhalb einer einzigen Ebene in das zu untersuchende Objekt (z.B. Brust 6) und zum Empfangen von Echos besagter Impulse, die zufolge akustischer Impedanz-Unstetigkeiten im besagten Objekt längs vorgenannter Strahlen (z.B. 5) reflektiert werden und
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4.2) Einrichtlang zum beweglichen Führen bzw. Steuern der Ultraschall-Umsetzmittel relativ zum zu untersuchenden Objekt.
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
5.1) die Ultraschall-Ümsetzmittel einen einzigen Schallkopf (1) beinhalten und daß
5.2) dieser während der Untersuchung mechanisch in einer einzigen Ebene translator!sch bzw» oszillierend bewegbar gegenüber dem zu untersuchenden Objekt geführt ist.
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet/ daß
6.1) der Schallkopf {1) von einem Gleitträger (3) getragen und daß dieser
6.2) während der Untersuchung des Objektes mechanisch rotierend ausgebildet ist.
7. Anordnung nach Anspruch 5 bzw. 6, dadurch gekennzeichnet/ daß ein Fixfokus-Schallkopf (z.B. 1) angewandt ist,
8. Anordnung nach Anspruch 5bzw. 6/ dadurch gekennzeichnet/ daß ein auf einen ringförmigen Bereich fokussierter Schallkopf {annular array focused transducer) angewandt ist.
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9. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
9.1) eine Gruppierung von Ultraschall-ümsetzmitteln sowie
9.2) Mittel zum Aktivieren besagter Gruppierung in der Art angeordnet sind, daß Ultraschall-Energie-Impulse längs einer Vielzahl von Strahlen, jedoch in einer einzigen Ebene, sendbar sowie entlang dieser Strahlen reflektierte Echos empfangbar sind.
10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
10.1) die Umsetzer- bzw. Schallkopf-Gruppierung linear aufgebaut und
10.2) diese Gruppierung während der Untersuchung mechanisch rotierbar ausgebildet ist.
11. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
11.1) die Umsetzer- bzw. Schallkopf-Gruppierung als zweidimensional Gruppierung und daß
11.2) besagte Strahl-Ebene während der Untersuchung durch elektronische Mittel rotierbar ausgebildet ist.
12. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
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12.1) die Umsetzer-Mittel innerhalb eines Behälters (2) angeordnet sind und daß
12.2) dieser Behälter mit einer Koppelflüssigkeit, z.B. Wasser, gefüllt ist.
13, Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß
13.1) die im wesentlichen waagerechte obere öffnung des Behälters (2) durch eine nachgiebige, jedoch flüssigkeitsdichte Membran flüssigkeitsdicht überdeckt ist und daß
13.2) das zu untersuchende Körperteil die Membran plastisch verformend sowie an dieser dicht anliegend in die Koppelflüssigkeit eintaucht.
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DE19792908248 1978-03-03 1979-03-02 Verfahren zur ultraschall-untersuchung von ueber die umrissflaeche des menschlichen koerpers etwas hervorstehenden teilen, beispielsweise der weiblichen brust, sowie anordnung zur durchfuehrung des verfahrens Withdrawn DE2908248A1 (de)

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