DE2929799C2

DE2929799C2 - Vorrichtung zur Markierung einer Punktions- oder sonstigen Behandlungsstelle in Verbindung mit oder bei Verwendung von Ultraschallgeräten

Info

Publication number: DE2929799C2
Application number: DE19792929799
Authority: DE
Inventors: Michael Dr. 6680 Neunkirchen Thaele
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-07-23
Filing date: 1979-07-23
Publication date: 1982-06-03
Also published as: DE2929799A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Markierung einer Punktions- oder sonstigen Behandlungsstelle in Verbindung mit oder bei Verwendung von Ultraschallgeräten, bei welchen über einen Ultraschallkopf eine Monitor-Bilddarstellung im B-Bildverfahren bei Real-Time-Scannern erzeugbar ist.

Als nichtinvasive Methode gewinnt die Ultraschalldiagnostik in der Medizin zunehmend an Bedeutung, Besonders die Fachgebiete Radiologie, Gynäkologie und Geburtshilfe, Pädiatrie, Urologie, Neurologie, Augenheilkunde und Innere Medizin bedienen sich heute dieses Verfahrens. Der Ultraschall ermöglicht hierbei z. B. mit dem B-Bildverfahren (gebräuchliche Anwendung) die zweidimensional Bilddarstellung von Körperquerschnitten. Dabei können Organstrukturen sichtbar gemacht, werden. Das Prinzip dieser Darstellung liegt in der unterschiedlichen Reflexion der Ultraschallwellen an den Gewebeinhomogenitäten des menschlichen Körpers.

In den letzten Jahren wurde die Möglichkeit der Ultraschalldarstellung bei diagnostischen Eingriffen, wie z. B. Punktionen, erkannt So wird Ultraschall zur Lokalisation der Punktionsstelle oder zur Kontrolle der Punktionsnadelführung benutzt Besonders sollen hier erwähnt werden: für die Innere Medizin: die perkutane Leberpunktion, für die Urologie: die perkutane Nephrostomie und für die Geburtshilfe: die perkutane Fruchtwasserpunktion zur pränatalen Diagnostik.

Bei der bekannten ultraschallkontrollierten Nadelpunktion besteht die Schwierigkeit der Darstellung der Nadel im Ultraschallbild. Es wurden daher spezielle Kanülen für dieses Verfahren entwickelt z. B. die JOK'ATHA-Nadel, welche sich zwar im Ultraschallbild gut darstellt aber wegen ihres relativ großen Durchmessers und der aufgebrachten Riffelung schwierig zu handhaben ist Viele Untersucher sind deshalb dazu übergegangen, »blind« zu punktieren, d. h. die Punktionsstelle wird im Ultraschallschnittbild festgelegt und danach wird nach Entfernen des Schallkopfes ohne Bildkontrolle punktiert. Die Blindpunktion weist kein statistisch nachgewiesenes höheres Risiko auf. Bei beiden Punktionsarten muß zuvor die Punktionsstelle auf der Haut markiert werden.

Aus der DE-OS 25 53 404 ist ferner noch die ultraschallgelenkte Führung eines Instrumentes bekannt durch welche jedoch keine optische Markierung der durch das Ultraschallgerät ermittelten, interessierenden Stelle erreicht wird. Es wird also keine Markierung im Monitorbild des Real-Time-Scanners sichtbar gemacht. Ferner ist aus der DE-OS 28 48 467 eine Ultraschalldiagnoseeinrichtung bekannt. Eine Lokalisation eines bestimmten Punktes unter Ultraschalllicht ist jedoch hierbei nicht erwähnt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Ultraschalluntersuchungen der oben beschriebenen Art die Festlegung der auf dem Monitorbild als interessant für das Ergebnis der Untersuchung ermittelten Stelle mit einfachen Mitteln zu ermöglichen bzw. zu erleichtern.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der obenerwähnten Art im wesentlichen dadurch gelöst daß die Vorrichtung aus einer die Schallbedingung im Bereich der Behandlungs- oder Beobachtungsstelle verändernden, zwischen Schallkopf und Objekt einfügbaren Maske besteht, welche mit einer Aussparung versehen ist, die eine Markierung auf dem Monitorbild erzeugt

Weitere vorteilhafte Einzelheiten sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Bei der Vorbereitung einer Punktion wird unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wie folgt vorgegangen:

Zunächst wird im Ultraschall-B-Bild eine geeignete Punktionsstelle an dem zu punktierenden Organ gesucht. Dann wird die mit einem sogenannten Kontaktgel bestrichene Markierungshilfe zwischen Applicatormembran des Ultraschallkopfes und die Haut des Patienten geschober. Die konische Aussparung der Markierungshilfe wird dabei im Ultraschall-Schnittbild als dreieckiges (pfeilförmiges) Echo sichtbar. Dieser Pfeil wird über das geplante Punktionsgebiet geführt und dort festgehalten. Danach wird der Ultraschallkopf abgehoben und die Punktionsstelle mit einem Hautmarkierungsstift durch die konische Aussparung hindurch

auf der Haut des Patienten markiert Es kann dann die Markierungshilfe entfernt werden, und nach Desinfektion des die Markierung einschließenden Hautareals erfolgt die Punktion.

Weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung sind aus der Zeichnung ersichtlich und werden anhand der Zeichnung erläutert, in welcher eine Vorrichtung nach der Erfindung in einem Ausiührungsbeispiel veranschaulicht ist Es zeigt

Fig. 1 eine Maske und Markierungshilfe gemäß der Erfindung in Draufsicht,

F i g. 2 in Seitenansicht,

F i g. 3 die Vorderansicht,

F i g. 4 die Rückseite und

F i g. 5 einen Ausschnitt der konischen Aussparung.

Während die F i g. 1 —4 ein Ausführungsbeispiel einer Markierungshilfe nach der Erfindung im Maßstab 1 :1 veranschaulichen, wie es zur Durchführung der Markierung von Punktionsstellen geeignet ist, besitzt die Darstellung der Fig.5 einen MaEitab 3:1. In allen zeichnerischen Darstellungen sind dabei zur besseren Veranschaulichung und Erläuterung der Erfindung die Maßangaben für die einzelnen Teile enthalten und eingezeichnet

In der zeichnerischen Darstellung ist mit 1 eine Maske (plattenförmiger Rechteckkörper), vorzugsweise aus Polyesterharz bezeichnet, welcher mit einem Metallgriff 2 und einer runden konischen Aussparung 3 versehen ist.

Die runde konische Aussparung kann im Ultraschall-B-Bild als dreieckiger Pfeil sichtbar gemacht werden, w Dies geschieht wie auch die Ultraschall-B-Bilddarstellung von Gewebsinhomogenitäten im Körper durch die Reflexion der Ultraschallwellen. Diese gehorchen den Gesetzen der Wellenphysik. Die Ultraschallwellen sind Longitudinalwellen. In der medizinischen Diagnostik wird dabei meist im Frequenzbereich zwischen 2 und 3,5 MHz gearbeitet. Treffen Ultraschallwellen von einem Medium auf ein anderes, so kommt es zu den in der Wellenphysik bekannten Erscheinungen von Reflexion, Brechung, Beugung und Interferenz. Was im Monitorbild des Ultraschall-B-Bildverfahrens sichtbar wird, ist die sogenannte Grenzflächenreflexion, die vom Unterschied der Schallwiderstände der beiden Medien abhängt Als Schallwiderstand ist das Produkt aus der Dichte des Mediums und der Schallgeschwindigkeit in diesem definiert (W = ρ ■ Ci). Je mehr die Schallwiderstände zwischen zwei Medien differieren, desto stärker ist die Grenzflächenreflexion. Die größte Reflexion findet sic'.i an den Grenzflächen fester oder flüssiger Medien gegen gasförmige (wie Luft), da die gasförmigen so in diesem Fall mit dem leeren Raum gleichgesetzt werden können.

Im Falle des Ausführungsbeispiels treten folgende Grenzflächen auf: Wasser-Polyester Wasser, da die Markierungshilfe in ein wasserähnlirhes (bezüglich Schallwiderstand) Kontaktgel eingehüllt ist

Dazu die jeweiligen wellenphysikalischen Größen:
WASSER

Dichte (p) : 1,0 ( 10³-^- )

\ nr /

Schallgeschwindigkeit (c,) : 1,5 ( 10³ -™- J
Schallwiderstand (HO : 1,5

POLYESTER (Mittelwerte)

Dichte (p) : 1,2 ( 10³-^- )

V m /

Schallgeschwindigkeit (q) : 2,5 ( 10³ -^- J

Schaliwiderstand (HO : 3,0 f 10⁶ -^f- )

\ ms/

Das in einem praktischen Anwendungsfall der Erfindung für die Ultraschall-Diagnostik benutzte Gerät arbeitet mit der Frequenz 2,4 MHz. Daraus ergeben sich die Wellenlängen von 0,62 (10"³m) in Wasser und 1,0 (IO-³ m) in Polyester.

Eine Markierungshilfe gemäß der Erfindung erfüllt für den praktischen Gebrauch folgende Forderungen:

1. Deutliche Sichtbarmachung einer Markierung im Ultraschall-B-Bild (Real-Time-Scanner);

2. möglichst geringe Einschränkung der Beeinflussung des Gesamtbildes;

3. Möglichkeit der Hautmarkierung nach erfolgter Ultraschall-Lokalisierung;

4. gute praktische Handhabung.

Zu 1

Der Unterschied der Schallwiderstände muß ausreichend groß sein. Dies wird bei der Erfindung bewußt erstrebt und auch erreicht. Für den Durchgang der Ultraschallwellen durch die Markierungshilfe finden die Gesetze für Reflexion und Durchlässigkeit von Platten Anwendung. Nach Bergmann gilt beim senkrechten Auftreffen der Ultraschallwellen auf Platten:

Reflexion:

¹ ( ¹Y

— im-— I
4 \ m /

sin'

2nJ_ λ

1+-

2nd

Durchlässigkeit: D_n =

If_1n-LY sin¹
4 \ m J

2nd

m ist die Abkürzung Tür das Verhältnis der Schallwiderstände

W^ (Wasser) ₌

f
nrs

W₂ (Polyester)

d ist die Plattendecke (9 mm)
λ ist die Wellenlänge in Polyester.

Nach den aufgeführten Formeln ergeben sich für die Markierungshilfe:

R = 0,28
D = 0,72

Es werden 28% des Schalldiuckes reflektiert und 72% durchgelassen.

Für das gute Sichtbarwerden des konischen Einschnittes im Kunststoffkörper kommt jetzt hinzu, daß die Ultraschallwellen auf die im Querschnitt abgewinkelt verlaufenden Kanten und Seiten der Aussparung schräg auftreffen, so daß hier Winkelreflexionen (Reflexionswinkel = Einfallswinkel) und Brechung auftreten (es soll unberücksichtigt bleiben, daß beim

schrägen Einfall von Ultraschallwellen auf feste Stoffe auch Transversalwellen entstehen).
Für die Brechung gilt:

_ C| (ein Wasser)
C₂ (ein Polyester)

a_E: Einfallswinkel
a_B: Brechungswinkel

II)

Durch die kleinen Maße der konischen Aussparung werden die reflektierten Wellen auch zur Gegenseite reflektiert, wodurch es zu Mehrfachreflexionen kommt. Zusätzlich führt die gewollte Oberflächenunebenheit innerhalb der konischen Aussparung, die durch gekörn- ■ ■; te Keramikfräsköpfe hergestellt wurde, zu Mehrfachreflexionen.

Die deutliche Sichtbarmachung der Markierung im B-BiId setzt sich also aus Platten-, Winkel- und Mehrfachreflexion zusammen. Die Größe der konischen Aussparung bewirkt zum einen die Mehrfachreflexion, zum anderen ist sie so gewählt, daß sie auch bei Ultraschallgeräten mit relativer Verkleinerung eine klare Darstellung erlaubt.

Zu 2

Durch die starken Reflexionen wird hinter dem dreieckigen Pfeil ein echofreier Bezirk erzeugt. Dadurch wird bzw. bleibt der Pfeil gegenüber der Umgebung sichtbar. Um diesen Bezirk andererseits möglichst klein jci zu halten, beträgt die Gesamtbreite der Markierungshilfe nur 3 mm mehr als der größte Durchmesser der Aussparung (d, h, auf jeder Seite 1,5 mm Rand).

Zu 3

Γ)

Höhen und Durchmesser der einzelnen Etagen der konischen Aussparung erlauben das Einführen eines handelsüblichen Faserstiftes (Fettstift) für die Hautmarkierung. Insbesondere läßt der unterste Durchmesser von 5 mm eine sichere und deutliche Markierung auf der Haut zu.

Zu 4

Für die praktische Handhabung der Markierungshilfe sind — wie die Erprobung mehrerer Prototypen ergab — Mindestmaße gesetzt, um das Gerät noch handlich und stabil zwischen Ultraschallapplikator und Patient führen zu können. Dabei war wichtig, daß die Möglichkeit der Verkippung oder Verkantung bei der Anwendung im Interesse der Genauigkeit der Lokalisierung und damit auch der Markierung möglichst gering gehalten werden mußte, Ein I-okalisierungsfehler wird bereits dadurch ausgeschlossen, daß der dreieckige Pfeil als Abbildung des Querschnittes der konischen Aussparung nur dann im B-Bild sichtbar ist, wenn die Schnittebene senkrecht steht und das Zentrum der Aussparung abbildet. Auf Grund dieser Tatsache erübrigt sich ein Lokalisieren in zwei Ebenen. Die Breite des Kunststoffkörpers mit vorzugsweise 16 mm und seine Länge mit z. B. 45 mm lassen eine sichere Stabilisierung der Markierungshilfe zu. Die konische Aussparung ist auf die Länge des Kunststoffkörpers so angeordnet, daß sie bei stabiler Führung der Markierungshilfe ohne Störecho im Ultraschall-Schnittbild erscheint Der hintere Anteil des Kunststoffkörpers ist außerdem noch lang genug, um eine störungsfreie Befestigung des Metallführungsgriffes zuzulassen.

Der Metallführungsgriff ist in seinen Maßen so gewählt, daß er zur Vermeidung möglicher Störechos möglichst klein gestaltet wurde, zum anderen erlaubt die Länge ein bequemes und sicheres Führen des Kunststoffkörpers unter dem Ultraschallapplikator.

Die Erfindung kann auch für technische Ultraschalluntersuchungen zur Anwendung gelangen.

Hier/u 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Markierung einer Punktionsoder sonstigen Behandlungsstelle in Verbindung mit oder bei Verwendung von Ultraschallgeräten, bei welchen über einen Ultraschallkopf eine Monitorbilddarstellung im B-Bildverfahren bei Real-Time-Scannern erzeugbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer die Schallbedingun- ι ο gen im Bereich der Behandlungs- oder Beobachtungsstelle verändernden, zwischen Schallkopf und Objekt einfügbaren Maske (1) besteht, welche mit einer Aussparung (3) versehen ist, die eine Markierung auf dem Monitorbild erzeugt

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung (3) der Maske (1) mit konischen Wänden versehen ist

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß die Aussparung (3) mit konischen Wänden verschiedener Neigungswinkel versehen ist

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 — 3, dadurch gekennzeichnet daß die Wände der Aussparung (3) rauh gestaltet sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 —4, dadurch gekennzeichnet daß die Aussparung (3) rund gestaltet ist

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 —5, dadurch gekennzeichnet daß die Breite der Maske (1) den Durchmesser der Aussparung (3) nur geringfügig übersteigt

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Maske (1) eine plattenartige Form geringer Banddikke aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1—7, dadurch gekennzeichnet daß die Maske (1) aus Kunstharz, vorzugsweise Polyesterharz, besteht

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß der piattenförmige Körper der Maske (1) mit einem Metallstiel versehen ist.