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Vorrichtung zur Bestimmung, der Einführungs
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richtung und -tiefe von Injektionsnadeln, Sonden und dergleichen in
einen Körper
Vorrichtung zur Bestimmung der Einführungsrichtung
und -tiefe von Inåektionsnadeln, Sonden u.dgl.
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in einen Körper Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung
der Einführungsrichtung und -tiefe von Inäektionsnadeln, Sonden u.dgl. in einen
Eörper, bestehend aus einem einen Bildschirm aufweisenden Ultraschall-Schnittbildgerät,
dessen Schnittbildmechanik bzw. Schallkopf mit einer eine Verstellung der Injektionsnadel,
Sonde od.dgl. nur in der Schnittebene zulassenden Führung verbunden ist.
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.Bei Vorrichtungen dieser Art wird vorzugsweise ein Ultraschall-Schnittbildgerät
verwendet, das mit hoher Bildfolgefrequenz arbeitet, also auch eine Darstellung
bewegter Schnittbilder zuläßt. Das Gerät kann einen über eine Schnittbildmechanik
bewegten Schallkopf mit hin- und hergehendem oder auf einem Rad rotierenden Schwinger
oder auch einen sogenannten Nehrfachschallkopf aufweisen, bei dem eine Vielzahl
von Einzelschwingern in einer die Schnittebene bestimmenden Reihe nebeneinander
angeordnet sind und nacheinander erregt werden, so daß das Schallbündel über die
abgetastete Schnittfläche verstellt wird.
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Es wurde schon seit langem versucht, die Ultraschalltechnik für die
Bestimmung einer vorbestimmten Einführ#srichtung für Injektionsnadeln usw. nutzbar
zu machen. Ursprünglich wurde ein im A-Bildverfahren arbeitendes Gerät verwendet,
bei dem der Schallkopf eine in der achse des Schallbündels verlaufende Bohrung aufwies,
durch welche die Injektionsnadel eingeführt werden konnte. Fär die Bedienung dieses
Gerätes waren schon genauere Kenntnisse der Ultraschalltechnik und im Lesen eines
A-Bildes notwendig. Man muß zunächst den
Schallkopf auf den Zielpunkt
einrichten, dann aus dem sichtbaren A-Bild die Tiefenlage des Zielpunktes bestimmen
und schließlich die Nadel gefühlsmäßig auf diese Tiefe einstechen. Da im A-Bild
gearbeitet wird und die Nadel jeweils axial im Schallbündel zur Einführung gelangt,
entsteht von der Nadel selbst her keine Anzeige und es ist daher aus der Bildanzeige
keine Kontrolle darüber vorhanden, ob das Ziel tatsächlich getroffen wurde.
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Eine Weiterentwicklung des eben beschriebenen Gerätes besteht darin,
in einem Mehrfachschallkopf eines Schnittbildgerätes einen dreieckförmigen Schlitz
vorzusehen, der eine Zwangsführung für eine in der Mitte des Schallkopfes austretende
Injektionsnadel bildet, so daß diese Nadel grundsätzlich nur in der Schnittebene
in den Körper eingeführt werden kann, wobei aber wegen der Dreieckform des Schlitzes
innerhalb der Ebene verschiedene Richtungen gewählt werden können. Die Wahl der
Richtung erfolgt praktisch gefühlsmäßig, die Nadel wird erst dann im dargestellten
Schnittbild sichtbar, wenn sie schon in den Körper eingedrungen ist.
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Stellt man beim Sichtbarwerden der Nadel fest, daß sie den im Schnittbild
erkennbaren Zielpunkt voraussichtlich nicht erreichen wird, so muß die Nadel zurückgezogen
und mit einem neuen Einstich versucht werden, den Zielpunkt zu treffen.
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Die beiden bisher beschriebenen Geräte haben auch den prinzipiellen
Nachteil, daß mit der Nadel bzw. Sonde im Ankopplungsbereich des Schallkopfes eingestochen
werden muß. Für die Ankopplung wird meist ein Koppelmittel, z.B. Parafinöl, verwendet.
Die Ankopplung verhindert praktisch eine einwandfreie bzw. ausreichende Desinfektion
der Einstichstelle.
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Ein Gerät, welches die aufgezeigten Unzukömmlichkeiten beseitigt,
ist in der eigenen AT-PS 344 872 beschrieben
und dargestellt. -Nit
Hilfe dieses Gerätes werden zwei Schnittbilder aus einander im Körper schneidenden
Schnittebenen erzeugt und dargestellt, wobei die die beiden Schnittbilder erzeugenden
Schnittbildme chaniken miteinander mechanisch gekoppelt sind, so daß sie eine Führung
für eine Injektionsnadel zwangsweise auf die Schnittlinie der beiden Schnittebenen
einrichten. Aus prinzipiellen Gründen können hier nur Schnittbildmechaniken verwendet
werden, die Schnittbilder mit divergierenden Rändern erzeugen.
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Die Einstichstelle der Injektionsnadel in der Zielrichtung kann daher
außerhalb der Ankopplungsstellen der beiden Schnittbildmechaniken an den Körper
liegen.
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Die Zielrichtung kann schon vor dem endgültigen Einstich genau festgelegt
werden. Nachteilig ist, daß zwei getrennte Schnittbildgeräte, zumindest aber zwei
vollständige Schnittbildmechaniken und ein die Darstellung beider Schnittbilder
ermöglichendes Gerät notwendig werden, so daß sich ein erheblicher Gesanrtauft#and
ergibt. Es ist manchmal auch schwierig, beide Mechaniken gleichzeitig bzw. einwandfrei
an den Körper anzukoppeln bzw. mit beiden Mechaniken einwandfreie Schnittbilder
zu erzeugen. Lediglich als Beispiel sei bemerkt, daß im Bereich des Oberkörpers
Schnittbilder nur aus zwischen den Rippen liegenden Schnittflächen, aber kaum aus
quer zu den Rippen liegenden Schnittflächen einwandfrei erhalten werden können.
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Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer einfachen Vorrichtung,
die trotzdem eine einwandfreie Bestimmung der Zielrichtung für Injektionsnadeln,
Sonden, Strahlenbündel bei Bestrahlungen bzw. Laseroperationen usw. ermöglicht.
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Die gestellte Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der genannten Art
dadurch gelöst, daß die Führung, wie
an sich bekannt, auf eine von
einer außerhalb der Aufsatz stelle des Schallkopfes liegenden Einstichstelle auf
einen innerhalb der vom Schallkopf bzw.
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der Schnittbildmechanik erfaßten Schnittfläche liegenden Zielpunkt
weisende Zielrichtung einstellbar ist und daß am Bildschirm des Gerätes ein dort
die Zielrichtung anzeigender Richtungszeiger vorgesehen ist, nach dem bzw. mit dem
die Führung einstellbar ist.
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Nach einer einfachen Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
die auch nachträglich bei bestehenden Schnittbildgeräten angebracht werden kann,
sind am Bildschirm des Gerätes zwei Hilfsskalen vorgesehen, wobei der Richtungszeiger
des Bildschirmes über diese Skalen verstellbar ist und die Fhhrung nach analogen
Uilfsskalen auf der Schnittbildmechanik oder einem mit einem Mehrfachschallkopf
fest verbundenen Teil einstellbar ist.
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Die Ealterungen für die Fuhrung od.dgl. oder drehbare und verschiebbare
Ösen, die selbst die Führung bilden, können den Rilfsskalen der Schnittbildmechanik
entlang verstellbar und an beliebiger Stelle fixierbar sein. Unter "analoger Anordnung"
der Skalen an Bildschirm und Schnittbildmechanik ist zu verstehen, daß eine nach
bestimmten Punkten der Skalen am Bildschirm eingestellte, z.B. durch ein Lineal
gegebene Zielrichtung, tatsächlich der gewüiischten Zielrichtung an der Schnittbildmechanik
entspricht, d.h. daß, wenn die Zielrichtung am Bildschirm durch den Zielpunkt geht,
die Führung nach den analogen Skalenpunkten ebenfalls auf den Zielpunkt eingestellt
sein muß. Man kann auch die eine Hilfsskala am Bildschirm bzw. an der Schnittbildmechanik
durch einen festen Drehpunkt für den Richtungszeiger bzw. die analog zum Richtungszeiger
über die
andere Rilfsskala um den festen Drehpunkt verschwenkbare
Führung ersetzen.
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Bei einer aufwendigeren Konstruktion ist die Führung an einer sie
in der Schnittebene führenden Verstellmechanik gehalten, die Schwenkmechanik weist
Geber für in ihrer Gesamtheit die Lage der Führung bzw. Ziellinie in der Schnittebene
angebende Signale bzw. MeRgrößen auf und im Ultraschallgerät ist eine Anzeigeeinheit
für diese Meßgrößen vorgesehen, die die Ziellinie praktisch gleichzeitig und auf
jeden Fall gemeinsam mit dem Schnittbild sichtbar am Bildschirm anzeigt. Eine solche
Vorrichtung wird man dann verwenden, wenn die Einstichstelle bzw. Eintrittsstelle
der Nadel, Bestrahlung usw. verhältnismäßig weit von der Ankoppelungsstelle des
Schallkopfes am Körper entfernt liegt bzw. wenn der Einstich in einer die Mittelachse
des Schnittbildes z.B. rechtwinkelig schneidenden Richtung, erfolgen soll.
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Für die praktische Ausbildung des Ultraschallgerätes kann man bei
der letzteren Ausführung dadurch einen geringen Aufwand erzielen, daß die Auswertungseinheit
einen zweiten, zusätzlich zum Ablenirverstärker für die Schnittbilddarstellung vorgesehenen
Ablenkverstärker für die Kathodenstrahlröhre umfaßt, der die Ablenkung für die Ziellinie
erzeugt, wobei ein Umschalter vorgesehen ist, der die beiden Verstärker wechselweise
mit der Kathodenstrahlröhre verbindet.
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Für die Darstellung der Ziellinie kann dabei die Pause zwischen aufeinanderfolgenden
Einzelbildern bei der Darstellung bewegter Schnittbilder ausgenützt werden, wenn
der Umschalter von der Schnittbildmechanik gesteuert ist, so daß er den zweiten
Ablenkverstärker immer bei der Umkehr der Bewegungsrichtung des Schallbündels im
Objekt einschaltet. Diese Schalterbetätigung
wird bei einer Schnittbildmechanik
mit hin- und hergehend angetriebenem Schallkopf verwendet. Bei anderen Schallköpfen,
z.B. einem als Rad mit mehreren Schwingern ausgebildeten Schallkopf, wird man den
zweiten Ablenkverstärker in der Bildpause aktivieren.
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Wahrend der Verbindung des zweiten Ablenkverstärkers mit der Kathodenstrahlröhre
kann man einen Helltastimpuls für den Elektronenstrahl erzeugen. Die Impulslänge
wird dabei so bemessen, daß die dargestellte Ziellinie über ihre volle Länge sichtbar
bleibt.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegenstandes gehen
aus der nachfolgenden Zeichnungsbeschreibung hervor.
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In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise veranschaulicht.
Es zeigen Fig.1 und 2 zur prinzipiellen Erläuterung der Erfindung in schematischer
Darstellungsweise einen auf ein Objekt aufgesetzten Schallkopf mit einer Zieleinrichtung
und dem Bildschirm des zugehörigen Schnittbildgerätes mit der Schnittbilddarstellung
durch das Objekt, Fig.3 eine Verstellmechanik für die Führung mit dem zugehörigen
Schallkopf und Fig.4 ein Blockschaltschema für das Ultraschall-Schnittbildgerät.
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Nach den Fig.1 und 2 wurde von einem Ultraschall-Schnittbildgerät
nur schematisiert eine Schnittbildmachanik 5 und ein Bildschirm 6 dargestellt. Dabei
wird angenommen, daß die Schnittbildmechanik 5 auf ein Objekt, insbesondere einem
menschlichen Körper 7, aufgesetzt werden kann, wobei die durch die Lage der Schnittbildmechanik
5 definierte Schnittebene mit einem nach einer Schwenkbewegung verstellten Schallbündel
abgetastet und am Bildschirm 6 entsprechend mit Hilfe des z.B. analog zum Schallstrahl
abgelenkten Elektronenstrahles, das über die zu den einzelnen
Schallimpulsen
einlangenden Echos erzeugte Schnittbild dargestellt wird. Das Schnittbild kann dabei
maßstabgetreu dem abgetasteten Bereich der Schnittfläche entsprechen, aber auch
in x- und y-Richtung verschiedene Maßstäbe aufweisen. Zur Vereinfachung der Erläuterung
wird ein gleicher Maßstab in x- und y-Richtung angenommen. Bei verschiedenen Maßstäben
würde sich beim Bildschirm die Teilung der noch zu beschreibenden Hilfsskalen bzw.
der Abstand dieser Skalen ändern.
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An der Schnittbildmechanik 5 ist eine Zielvorrichtung 8 angebracht,
die zwei Skalen 9 und 10 trägt.
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Am Bildschirm 6 sind analoge Bilfsskalen 9a und 10a vorhanden, die
zum dargestellten Schnittbild die analoge Relativlage,wie die Skalen 9,10 zu der
von der Schnittbildmechanik 5 abgetasteten Schnittfläche im Objekt 7 haben. Im Objekt
7 wurde ein Zielpunkt 11, z.B. ein Tumor, angedeutet, der im Schnittbild als Zielbild
11a sichtbar ist. Die Justierung der Skalen 9a,10a gegenüber den Skalen 9,10 kann
mit Hilfe eines Testkörpers mit bekannten Reflexionsstellen erfolgen. legt man am
Bildschirm einen Richtungszeiger 12a so an, daß er beide Skalen 9a,10a schneidet,
und durch das Bild 11a des Zielpunktes 11 geht, so kann man an den Skalen 9a,10a
ablesen, wie die Einstellung einer Führung nach den Skalen 9,10 erfolgen muß, damit
eine nach dieser F~uhrung eingeführte Injektionsnadel 12 den tatsächlichen Zielpunkt
11 trifft. Fährt man eine Nadel 12 entsprechend ein, so wird sie überdies am Bildschirm
6 vom Eintritt in das dargestellte Schnittbild an sichtbar und man kann beobachten,
wie sie das Ziel erreicht.
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Die Einstichstelle 13 liegt im Abstand von der Ankopplungsstelle 14
der Schnittbildmechanik 5 bzw. des entsprechenden Schallkopfes. Die Ziellinie 12a
kann von einem Lineal gebildet oder auch elektronisch angezeigt werden. Für die
Ftihrung der Nadel 12 sind
die Längsteile der Skalen 9,10 von Schlitzen
gebildet, in denen Ösen 9b,10b, die an Steckbolzen sitzen und um diese drehbar sind,
verschiebbar und fixierbar sind.
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Stellt man die Ösen 9b,10b auf jene Punkte der Skalen 9,10 ein, die
in den Hilfsskalen 9a,10a von der Ziellinie 12a geschnitten werden, hat man schon
eine die Zielrichtung genau angebende Zwangsführung für die Injektionsnadel 12.
Man könnte auch nur eine Skala 9 oder 10 verwenden und die andere Skala durch einen
festen Schwenkpunkt ersetzen, so daß Ziellinie 12a und Nadel 12 um diesen Punkt
über die andere Skala verschwenkbar und nach dieser Skala einstellbar sind.
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Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Ziellinie 12a am Bildschirm
elektronisch zu zeichnen und eine elektrische Kopplung mit den die Einstichrichtung
bestimmenden Elementen herzustellen, so daß die Ziellinie in jedem Augenblick genau
jene Richtung angibt, in die das die Einstichrichtung bestimmende Element weist.
Eine mögliche Ausführungsform dazu ist in den Fig.3 und 4 veranschaulicht.
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Nach Fig.3 ist eine Führung 15 für eine Injektionsnadel mit der Schnittbildmechanik
5 über eine diese Führung 15 in der Schnittebene führende Verstellmechanik 16,17
verbunden, wobei diese Mechanik aus zwei gelenkig verbundenen Armen 16,17 besteht
und zusätzlich zu diesem Verbindungsgelenk 18 weitere gelenkige Verbindungen 19,20
mit der Schnittbildmechanik 5 und der Fäiuiung 15 vorgesehen sind. Die Gelenke 18
bis 20 halten die Führung 15 jeweils in der durch die Mechanik 5 gegebenen Schnittebene
und sind mit Gebern ausgestattet, die jeweils dem Relativschwenkwinkel zum benachbarten
Teil entsprechende elektrische Signale abgeben, aus denen in der Gesamtheit die
Zielrichtung der Bu~hrung 15 in der Ebene bestimmbar ist. Entsprechende Einrichtungen
sind an und für sich bei Schnittbildmechaniken mit von
Hand aus
geführtem Schallkopf bekannt, werden hier aber zur Bestimmung der Zielrichtung der
Führung 15 relativ zur Schnittebene verwendet. Man kann aus den über die Geber erzeugten
Signalen Ablenkspannungen zur elektronischen Darstellung der Zielrichtung am Bildschirm
gewinnen. Eine dies ermöglichende Schaltung ist in Fig .4 veranschaulidt. Bei dem
Gerät nach Fig.4 ist in bekannter Weise ein Taktgeber 21 vorgesehen, der einen Sender
22 und einen Kippgenerator 23 erregt. Die Sendesignale gelangen zur Schnittbildmechanik
5 und werden dort vom Schallkopf in Schallimpulse umgewandelt und in das Objekt
7 eingeleitet. Die vom Schallkopf aufgenommenen Echos werden einem Empfänger 24
zugeführt, dort entsprechend verarbeitet und dann über eine leitung 25 der Helligkeitssteuereinrichtung
des Elektronenstrahles der Kathodenstrahlröhre 6 zugeführt.
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Die Schnittbildmechanik 5 gibt ferner ein Positionssignal über die
jeweilige Relativlage des Schallkopfes und damit des ausgesandten Schallbündels
in der Schnittebene ab, das, ebenso wie die Kippspannung vom Kipp generator 23,
einem Ablenkverstärker 26 zugeführt wird, der daraus die Ablenkspannung für die
Basislinie des Bildschirmes erzeugt. Soweit bisher beschrieben, entspricht die Anordnung
der grundsätzlichen Schaltung eines Ultraschall-Schnittbildgerätes. Zusätzlich ist
jedoch ein elektronischer Umschalter 27 vorgesehen, der von der Schnittbildmechanik
5 her so gesteuert wird, daß er während der längsten Zeit den ersten Ablenkverstärker
26 mit den zlir Ablenkeinheit der Kathodenstrahlröhre führenden Leitungen 28,28a
verbindet, kurzzeitig aber, und zwar insbesondere zwischen aufeinanderfolgenden
Einzelbildern bei bewegten Schnittbildern bzw. während der Bewegungsumkehr des Schallkopfes
in der Schallkopfmechanik 5/einen zweiten Ablenkverstärker 29 mit der
Leitung
28,28a verbindet. Dieser Ablenkverstärker 29 wird von einer Auswertungseinheit 30
gesteuert, welche die Signale der in den Gelenken 18 bis 20 angeordneten Geber verarbeitet.
Ferner ist der Ablenkverstärker 29 ebenfalls mit dem Kippspannungsgenerator 23 verbunden.
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tiblicherweise ist die Helligkeit beim Elektronenstrahl der Kathodenstrahlröhre
von der jeweiligen Ausgangsspannung des Verstärkers 24 abhängig. Um auch die Ziellinie
hell zu tasten, wird von der Ablenkeinheit 5 mit der Umschaltung des Umschalters
27 auf den Verstärker 29 ein Impuls an eine Schalteinheit 31 abgegeben, die den
Verstärker 24 für eine Zeitdauer, die für die volle Sichtbarmachung der Ziellinie
ausreicht, an eine am Ausgang eine die Helltastung erzeugende Spannung bewirkende
Eingangsspannung legt. Durch Verstellen der z,B. als Rohr ausgebildeten Führung
15 wird die Lage der dargestellten Ziellinie am Bildschirm verändert. Vorzugsweise
werden die Gelenke 18 bis 20 z.B. über elektromagnetische Bremsen feststellbar ausgebildet,
damit die einmal nach der Schnittbilddarstellung gefundene Zielrichtung auch relativ
zum' Objekt bzw. zur Schnittbildmechanik fixiert wird.
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Der Vollständigkeit halber sei noch einmal erwähnt, daß Ultraschall-Schnittbildgeräte
mit einer Schnittbildmechanik an und für sich bekannt sind. Solche Geräte bzw. Mechaniken,
die mit einer erfindungsgemäßen Zielvorrichtung versehen werden könnten, sind u.a.
in den US-PS 3 605 724, 4 010 634 und 4 102 204 beschrieben.
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Es wurde deshalb in der vorstehenden Beschreibung auf eine genauere
Schilderung der Funktion eines Schnittbildgerätes und einer Schnittbildmechanik
verzichtet.